Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфолого-анатомическое и цитоэмбриологическое исследование вегетативно-репродуктивной системы степи (.......) в условиях интродукции на южном берегу Крыма

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Морфолого-анатомическое и цитоэмбриологическое исследование вегетативно-репродуктивной системы степи (.......) в условиях интродукции на южном берегу Крыма"

к

государственный ордена трудового' красеоп) знамени

ншггскиИ ботанически:! сад ■ #

На правах рукопачи

па5ферт елена згальлси1а

у2к 633.06:5ё1.3:561.4: я. ь: б л, 529 (4-7?.75:

морхлого-анатомшзсжз и ютгозглерйсхог.яь^кое якякоганиз -БЕГЕТАТЖКО-РЫТРО^СГ'уНЮИ СИЛЕН стег ¡:и ( ¿Л'з'лА рьеа^-1)1 айа с г»!-....*! 5 НЗ«Ь. } ь шопш кптошшв! на ЕШл4

берегу крь_7а

А в т о р е г с с с-диссертации на еовскзнзе рчонсЯ степени каддадята окологкчесггих наук

Ялта -

19 3 2

Работа выполнена в отделе даюгенетики в эмбриологии 1Ъсударствэнного Ншштокого ботанического сада в <1989-1991 г.г.

Научный руководитель - доктор бпологотестаос наук, профессор, чвен-корреставдент АН-Ыоадовы А.А .Чеботарь

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.И.МашаноЕ

- кандидат биологических наук, доцент Л.М.Тепляцкая

Еодущое учреждение — Институт клеточной биологии, и

генной инженерии ( г. Киев )

Защита диссертации состоится " ¡¿7 " ^ССг7-(}Тс2-1992 г. в е— часов на заседании специализированной совета Л 020.76i.0I но защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Государственном ордена Трудового Красного Знаыени Никитском ботаническом саде.во адресу: 334267 Крымская АССР, гДлта, пгт Никита, Государственный Някдтский ботанический сад.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного Никитского ботанического сада.

Автореферат разослан " с€7" " 1532 года.

Баша отзывы и замечания по автореферату, заверенные гербовой печатью, проста« направлять в двух экземплярах ш адресу: 334267 Крамская, АССР, г. Ялта, 1Ъсударствэнянй Никитокзй ботанический сад. Специализированный совет.

Учений секретарь Специализированного

Совета, доктор биологических наук ^ Ю.А,Акамоз

ОЕГЛЯ ХАРМГГЕРИСТИКЛ РАБОТЫ

- •: й!

Актуальность темы» Из немногих растений, способных елуяить источниками природных подсластителей, наиболее перспоктивкго! является стоил, или ыцовая трава "каа~хз" ( rebaudiar.fi

(Веггоп!) Псша1.). Ставил, дапно и хорошо известна на своей ро-дяяо в Ларагвао. В последило годи её активно гптродуцируют во многие страпи мира: з Японию, СКА, Корею, Китай, на Тайвань. Для нашей страни стовия является новой, .малоизвестной культурой.

Высокий интерес к этому растению обусловлен тем, что во всех ого органах, больше всего ь листьях, содержится целый комплекс датерпеиовах гликозидов, сладость которых гтрэвшлазт сладость сахароз« в 300-400 раз, а концентрация достигает 15 % на сухой вое. Кроме высокой степени сладости эта зеяеетва пенни том, что по требуют для своего усвоения выработки инсулина и могут употребляться в пшцу людьми, больший сахарным диабетом. Помимо сладких глякозидов в растепли содержится эфирное пасло, флагапоидн, их гликозиды к другие вэщества, что позволяет использовать его в качестве ароматизатора тэдешх проектов и как лекарственное средство.

Несмотря на то, что стовия представляет большей интерес как культура с возможностями многопланового использования, она слабо изучена в ботаническом отношении. Существенны,! затруднением при интродукция Евда л для ведения селекционной работы яв-.ияется низкая семенная продуктивность, а часто и полное отсутствие выполненных селян у стевии в условиях искусственного возделывания . Б естественных популяциях также отмечена нестабильность сеюшошения и низки!! процент всхожих семян.

Природа стерильности у покрш'осомепних растений нередко связана с нарушениями б формировании репродуктивкнх органов. У стевпи закономерности полового воспроизведения: биология цветения, опыления, споро-,, такого- и экоркогоноз мало изучены. Поэтому проведение эмбриологических исследовали?. является актуальным и может служить кличем к пониманию причин пустосемяянооти растения. Успех д.элл»г£аой работы по интродукции и селекизя на пош'ленле семенной продуктивности и ::очяйс'.геалко-ценных признаков, создание новых окотчпо» и •/.сотних популяций требует четкого знания а гьрхтт-жого нопольуогдная :.:ор}^логмчооких и анатомических осооелкосте" ряеюнп!:, ¿г-иояогка его развития, биологии цуетеип: и хсуъу.жлох ом'лптея.

Цель и задачи исследования. Цель работа: изучение закономерностей половой репродукции у стеши и выяснение причин неза-вязышнич семян в условия:? интродукции на Южком берегу Крыма.

Для достижэнгя поставленной цэли гютробовалоь решить ряд задач: I. Опйсать морфолого-анатомические особенности растения Е условиях интродукция;

2. Выяснить важнейшие особенности фенологии развития, биология цветения, механизмов опыления;

2. Изучить процессы мегаспоре- и мегага,.етогенеза, развитие зародышевого мешка и особенности его организации в зрелом состоянии;

4. Изучить процессы микрсспоро- и микрогаметогенеза, строение VI состояние зрелого пнльцевого зерна;

5. Изучить процесс оплодотворения, эмбрио- и ендоспермо-гоквз; 6. Определить наличие отклонений от нормального развитая в хода споро-, гамето- и эмбриогенеза, опроделякщае пустосемян-ность растения.

Научная новизна работы. Шервые у стевии б условиях изучены биологические особенности роста и развития, дано под-побноа. морфологическое описание и проведено анатомическое ис!-оледсванйе вогатативных и хчзнератхзкых органов. Изучено строение и выявлены закономерности топографии трихомов различных типов; на всех надземных органах растения. Показано, что аелезия-тые еолоски секретируют эфирное масло, прослежен их онгогенэз.

ИсследоЕаны процессы развития мужских и женских генеративных органов и гаиетофитов, изучены биология цветения и опыления, позволюипиэ вскрыть причины семенной стерильности стовии на ЮБК.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования показали, что культивирование стеши с целью получения биомассы возможно на ВЕК а условиях открытого грунта, для этого необходимы: выращиваике рассады в закрытом грунте, искусственное оро-пение на протяжении всего периода вегетации и зимнее укрытие.

Акцентировано внимание на возможности использования ставки не только в качества нетрадиционного подсластителя, но и как ароматического растения. Еиавлвны структуры синтезирующие и на-кашшпаюшио эфирное масло. Благодаря знанию их строения и топографии на растении объясняются некоторые причины малого выхода масла при его получении'методом гидродиотилляции и болое высокий выход эфирного масла из соцветий по сравнению о вегетативной массой.

Выявлены причина отсутствия полноценных семян в условиях ЮШ, исходя из чего покачано, что получение семян возмсяно лишь в условиях закрытого грунта, для чего нообходако «окусс-тверное перооналенио форм, далеких в генетическом отношении, либо применение некоторых лабораторно-экспервментальных методов преодоления генетически, обусловленной системы несоЕмести-мостп пыльцевого зерна и рыльца пестика. Определены стадии развития цветков, наиболее благоприятные для сбора пнльци и проведения искусственного отлетая.

Проведена опенка морфошго-анатоуичоекпе сссбэнноатой двух индуцированных z трех, полученных из каллуса в культуре тканей форм ставки как возможного »сходного материала для се-лекциошюй работы.

Апробация работы.Освоаные положения диссертации доложен» на XI Международном симпозиуме "Эмбриология и семенное во?.произведение растений" а Ленинграде (июль 1990 г.), на У Бсесоюз-иом симпозиума "Основные направления научнйх исследований по интенсификации зфироиаслкчного производства" в Кигаиноке (сентябрь 1990 г.), на Украинской республиканской конференции, посвященной 25-летию Донецкого ботанического сэда АК УССР в Донецке (сентябрь I9SQ г.), на произЕодстЕеннкх совещаниях отдела цитогенетики и эмбриологии Государственного Никитского ботанического сада.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех основных глав, заключения, выводов и предложений. Работа изложена, на IS1 странице машинописного текста, в том числе III страниц содержания, 12 таблиц, 40 рисунков. Список литературы вклгчает 225 наименований, 154 из которых на иностранных языках.

СОДЙЕ'ХЛНИЕ РАБОТЫ .

Глава I. stovia ic-bttüdiarit' - новый источник природных подсластителей (обзор литературы)

СтеЕИЯ ( tevie rntaudi ал г. ( üertoni) Hernsl. ) — представитель об.'тарного рода stevia , Бклгяакщэго более 1.80 ч:х-Л9Я\:ерикансках видов и относящегося к триба Kupatoriu-т. соне;1ства Astei-aoeaß . ]-.iicpEua было описано к.О.Бертонз под назнаялеу. L'upatorium rebaucLI.arrjm (Sertoni , .1899), а ПОЗЯО

определено докторам Гемолеем как ззд рода stevia ( Anonirj,ls.I8) Диплоидной набор хромосом 2я -.22 (Darlington „Janaki Awaal , 1945). Стовия - эндемичное растение из районов Ашыбайа и Иква-зу северо-восточного Парагвая, встречаемая в поймах рек и по берегам болот на небогатых кислых nscicax и лоосах в зоне полувлажного субтропического климата с летним влажным периодом ( Shock' , 1982).

Во всех надземных органах растения обнаружены сладкие ди-терпеноаыа гликозида: стевиозвд, ребаудиозвды А, Б, С, Д и Е ( Tanaka , IS80; Сгмиег , Ikon , 1986; Pullac et al., 1989), дулькозиди А и Б ( ХоЪауазаА et al, , 1977), стевиолбиозвд, стераьины Е, 5' , G и Н ( Oshim et al, IS83), сладость которых превышает сладость сахарозы в 300-400 раз, а концентрация колеблется от 5 до 15 % на сухой вес ( Bridsl , lavieillo , 1931; Crammer , Ikon , 1906;Крутоашюва, Уrep, 1988). Стеш-озид - главное сладко а начало листьев стевиа, это самый сладкий природный продукт, известный к настоящему времени, и единственное неазотнстсо вещество высокой подслащивающей способности ( Ulrich, , 19521 Fletcher , 1955; Wood et al., 1955).

За последние годы в Бразилии, Японии, США выполнены обвшр-ные тесты в отношении безопасности потребления стеЕлозвда для здоровья человека, их результаты показали отсутствие у отого продукта мутагенной, канцерогенной к генотсксичэской активности и убедили органы здравоохранения разрешись выпуск стевиозида в продажу. Комплекс сладких гликозадов стевив применяют в этих и других странах в производства напитков, кондитерских и кулинарных изделий, при изготовлении кевательной резинки, зубной пасты, губной помада ( Suuiida , 1ЭТ6; Зубонко, Чудновзкий, 19Э0).

Е растении содержится эфирное масло, иыекцее специфический запах, концентрация ого колеблется и составляет 0,025-0,16 % в листьях И 0,42 % в соцвэтиях ( su.lita et al., 1У77; Martelli, Prattin.1. , 1905). Масло содержит более 300 компонентов, -48 пз которых к настоящему .времени идентифицированы, основными компонентами терпеновдного комплекса являются спатуаелол, кариофилдок-оксид, JJ-кариофиллен, фаркезол (Цаиава.н др.-, 1989). Запатентован способ использования стезяи для ароматизации напитков и пищевых продуктов ( Dobberatein , Suzuki , 1988).

Б народной йедицано стешя используется как гипстликениче;-кое ( К lege а , 1951; Von Schra-jling et al. , 1977; Galpei-In

de Levy , 1982), контрацептивное (Plauaa , Kuc , 1968; Мету et al. , 1981; Rajbhandari .Roberta , 1983) И стимулярущее пишешрение ( Anonim , 1918) средство.

• Б XIX векэ возделывалие стевии эпизодически проводилось в Парагвае, е местах его естественного произрастания { Wood et е-1., 1955; Алексеев', 1915). Первые попытки интродукцяи были предприняты англичанами в 30-е годы нашего столетия, но оказались .безрезультатными ( Soejarto • et al. , 1982).. Только в 1571 году профессор Т.Сумида привез семена и черешок стевии в Японию, в работу были включены 60 научно-исследовательских институтов EO всех регионах страны, и через шесть лет Япония уде продавала подсластители- из листе» этого растения ( Sumida , 1973; 1978). Из Японии культура стевии,распространилась в другие страны,

Б СССР стевия, как возможный продуцент сладких веществ попала в коллекцию Н.И.Еавалова еще в I93S году, однако, привезенные им семена не дали всходов ЦлакееэЕ, 1956), и работы со стевией в те годы не получили развития, в настоящее врзмя а научно-исследовательской работе по введению стовия в культуру в нашей стране участвуют: ЕИР им. Н.И.Вавилова, НПО "Сахсвекиа", ЬНПО чая, субтропических культур а чайной промышленности, Киезз-ский институт гигиена питания, ВНИИ химической технодагим лекарственных средств. Закарпатский НШСХ и другие.учревдения. В основном разработаны приемы агротехники выращиванил отевии как з-умеренной зоне, так и в зона советских субтропиков, технология переработки сырья, залеяены опытнно плантации в разных регионах страны (Зубенко, I99G; Зубеико и др., 1990; Зубенпо, Чудновский, 1990).

Семенная продуктивность у с^вип низкая, часто семэна стерильны , это существенно тормоэиг селекционЛую и интродукционкуп работу, а такие суяает масштабы промышленного Еозделывания. Закономерности полового воспроизведения стевии практически на изучены, сведения по этому вопросу весьма ограничен« , прияад- • лежат группе китайских авторов ( Guo <7eh et- ai« 1939; jCfc--hene et al^ 1989; Нопв et al., 1989).

ТЛава П. Условия проводешк, катериа*' п методы исследования

Работа проводилась в 19ft3-1091 годах на базе отдела цитоге-нетикя и эмбриологии 1Ш£. Территория Никитского сада находится

е

в юшом субтропическом районе Крыма, почвы здесь бурые горно- i лесные, климат средиземноморский засушливый (550 мм осадков в год, из них 260 г«л в вегетационный период) с мягкой зимой (ср. тем. самого холодного месяца февраля - +2 - +4 °С) и жарким, . сухим летом (ср.тем. самого тарного месяца июля - +26 -+28 °С),

Основным экспериментальным материалом служили диплоидные растения, переданные нам отделом новых технических растений: Я 431 и # Б-П. размяок&ли растения методом стеблевых чоронков и выращивали в условиях открытого и закрытого грунта.

Наблюдения за сезонным циклом роста и развития проводили на 30 модельных растениях (1.5 - открытый грунт, 15 - закрытый грунт). Изучение морфологии проводили на кивом и гербаризированном материале, терминология приведена по Л.А.Федорову (Федоров и др., 1956; 1962;1975), морфология.пыльцы описана по Г.Эр-даману (Эрдтмая, 1955). Анатомическое строение изучали: на срезах, приготовленных на микротоме с замораживающим столикрм, их окраиивали реактивом Шиффа, ацетокармином, спиртовым кармином по Сноу (Паушева, 1380) в заключали в глицерин или смесь Гойе-ра. Локализацию эфирного масла в трихомах определяли гистохимическим методом '(Гродзинскйй, Гродзшгский, 1973). Для изучения строения трихомов материал фиксировали фиксаторами Карнуа (5:3: :1), Кларка (3:1), готовили временные препараты с окраской ацетокармином и ацетокело:югематоксилином (wittrcan «Freitag , 1963), постоянные препараты готовили по общепринятой методике с окраской гематоксилином по Делафильду. Плотность трихомов подсчитывали при помоиш бинокулярной сетки на бииокулярэ МБС-9.

Для изучения процессов развитая мукского и женского гоые-' тофитов фиксировали бутоны, находящиеся на последовательных стадиях развития и раскрывшиеся цветки в течение 10 суток после распускания, использовали фиксаторы Карнуа (6:3:1) и Наваляна (10:4:1). Временные давленные препараты окрашивали ацетокармином, пропионлакмоидом, метиягрмнпиранином, раствором Люголя, пс стоянные - гематоксилином по Далафильду с подкраской эозином, железным гематоксилином по ГеЯденгайну, генциакфиолетовын по Ньютону. МдкроскопирОЕанне проводили ка микроскопе " Jctnwaed рисунки выполнены рисовальный аппаратом РА-4, микрофотографии -микрофотонасадкой уж-5.

Глгт изучения особенностей прорастания пыльцы на искусство! üijx -,',:< vi -/ь.'.-'г. ':;>",:..•.:< счли испытаны растворы сахарозы различи« ,е.го: 0 r,o •U) гочдаент увеличения концентрации со

ставал 5 %. Раствор каэдой концентрации был испытан, в двух вариантах: чистый и с добавлением измельченных тканей рыльца.Проредившие проводили по методу Д.А.Тракковекого (Транковский, 1Э30). Испытывала также агаризароваиные питательные среды: то не варианты растворов уплотняли I, 3 и о % агар-агара.

С целью изучения прогамной фазы оплодотворения проводка искусственное опыление разной степени родства: между цветками одного растений, между растениями одной формы и между растениями разных форм(проведено II вариантов прямых и обратных скрещиваний) Опыленные рыльца темпоралько окрашивали $иксирувдгыи красителями (апв-окарманом и пропионлаямовдоч) через 2, 4, б, 8 и 24 часа.

Цифровые данные обработаны методами математической статистики 'Доспехов, 1979; Лакин, 1280).

Глава Ш„ Результаты исследования.

Биологические особенности госта и развитая ставки на ЮБК. Стевгя - многолетний ежегодно цветуэдй полукустарник, в условиях' ЮЕК семян не завязывает, Черенкование проводили в конце февраля - начале марта. Приживаемости и характер роста черенков у разных форм стовии не отличаются друг от друга: пазушные тачки трогаются вырост на 10-12 сутки, образованна раневого каллуса на нижнем срезе черенков происходит через 15-18 суток, укоренение - через 20-25 суток, каждые 7-10 суток на побеге образуется новый узел. Через 2-2,5 месяца растения достигают 10-14 см в высоту 1 вступает в фазу активного иегетатианого роста, в это время формируется основная масса примета. С конца ивдл растения вступают в генеративную фазу развития (Табл. I): в пазухах апикальных листьев закладываются генеративные почки, которые с середины сентября дают побеги с первыми бутонами. Е первый год жизни цветут все растения, цветение ремонтантного типа, растянуто на 2-4 месяца. Первая, наиболее массовая волна цветения приходится на ноябрь, вторая, менее обильная - на конец докаср.т. Рассеивание семян происходит б конце декабря - начале января.

Большинство растений в условиях УЕК в открытом гранте не зимуют, гибель растений происходит в конце ноября - начале декабря при снижении температуры воздуха .до *-5 -• +7 °С. Растения, выжившие с проплого года начинает отбивать новые побеги в конке мая. Ь закрытом грунте растения находятся в состоянии покоя с января, по март, надземная часть растений сохраняется. Общая

Таблица I

Фонология развития стевии в условиях ЮЕК:

1990 |1991

Фаза- развития

1939 |I990 jl9SI

Открытый грунт

1939

Закрытый грунт

Черенкование -

Начало роста побегов - 25.У 18.У

Заложение генеративных почек 14.УШ 15.УШ 18.:л

Бутонизация 27.IX I.X 25.IX

Начало цветения 12.X 23.X

Массовоо цветение: начало 29.X 5.XI

конец - 25.XI Вторая волна цветения Конец цветения

Рассеивание семян, начало покоя - -

Общая длила вегетации (дней) - 185

27 .П 24.11 1.Ш 10.Ш 9.Ш 15.Ш 7.УШ 10.УШ 12.УШ 2ЛХ 8.IX 5.IX 15.X 2.Х 15.X I.X 3.XI 25.Х 2.XI 29.Х - 23.XI 29.XI 27.XI 2.ХП 30.XI

- 25.ХП 24.XII

- 12.I 8.1 170' - 322 312.

длина вегетации в открытом грунте составляет 170-185 суток, в закрытом - 312-322 суток. По биологическим и фенологическим признакам формы стевии мата отличались друг от друга, обладая общими, присущими виду признаками.

Морфология растений в генеративной йаае развития. Стенин при внрэшивапии на ЮЕК достигает высоты ПС-130 см. Корневая си-стека растений первого года мочковатая до 40-60 см, в верхней части корни одревесневают, у многолетних растений образуется корневище. Побега прямостоячие, несколько раскадистые, неспециализированные, вегетативный побег заканчивается соцветием. В первый год растение формирует 1-Зяобега, во второй и третий — 3-6. Стебель травянистый, неветЕЯпдайся, диаметром 4-6 км, одревесневает в базальной части. Листорасположение расставленное„ порекрест-но-супротивное. Лист травчнистнй, без прилистников, простой, цельный, сидячий. Листовая пластинка обратно-яйцевздная с клиновидно оттянутым основанием и притуыленной верхушкой, край листовой пластинки у основания цельный, на церхуяже - крупногородчатый. Жилкование треднервное,-переходящее в краебежно-петлевидное. Длина листа в среднем составляет 70,5±0,7 мм, ширина - 26,9-1,1 мм, площадь - 1687,7-101 мы2.

Цвтеки у стевии расположены по пять в корзинках, ксторно в свою очередь собраны в сложное соцветие типа кистевидного слабо разветвленного тирса. Прицветника овальные :»ля ланцстшэ, листовидные. Основу корзинки состаачяет ось, слегка выпуклая с: пятью ямками и пятью сближенными верховыми листьями, образующими обертку корзинки. Все цветки в корзинко одинакового строгния, обсеполые, актиномор^ш/'4, циклические, .Венчик спайнолепестный, пятичлонный трубчатый, отгиб белый, трубка окрадена в темно-ли-ловыЯ цвет. Чаюочка сросшаяся, трубчатая, ребриста"., отгиб её вкцоизмеячотся е волосистый хохолок - папаус, состоящий из 1Ь равновеликих щетикок. АадроцеЙ пятичлошшй, тычточниэ нити свободные, связник продолжает тычиночную нить с удлиненней в виде копьевидно-элшггическогс придатка верху илсой. Зрелые пыльники двугнездныв, срастаются теками в тальниковую трубку, вскрнваются интрорзно, стомиум продольный. Зрелое пыльцевое зерно сфепкчеа-кое керидконально-трех-берогдао-апэртурное с шидсавтоЯ экзиной, тсехклоточное. Завязь шганяя, содержит одну азатропную тонуину-целлятную семяпочку, плацентация базальн&ч, пестик один прямостоячий с верхушечным.двулопастным рыльцем. Б целом пветок описывается формулой: ^х К^ А^) 97. Плод - нижняя парэдйрп-ная семянка, несот хохолок, способствующий рассеивания семян.

iop.ua Л 431 характеризуется ярупнолистностью, большим ветвлением и раскидиотостыо соцветия по сравнении с формой У) Б-П, что определяет более сильный общий габитус растения.

Анчтоуччоокоэ строение надзшных органов. Стебель стевтш • имеет четко вкражеинуа пучковую структуру с радиальным располо-хечлем проводящих пучков. Покровная ткань представлена типичным одг'.ослойша; эпэдермчеом, покрытым снаружи уокцшшсткм слоем ку-тлкулы. Под эпидермисом располагается олой первичной коры, в состав которол входят: неспециализированная паренхима, 1-2-слоЗ-.чг^ хлореюажа :г элекеятн хеллвнхдоя. Дзагаша «гееду корой и стелой ст.б.та вкра^еча ясно, зндоцзр:/.а однословная. Проводящие ткани четко разделены на сосуяисто-проьодедце пучки, разделенные участками перииедулирной зоны. Пучки открытые, колатэрзлыше с лсрои:с различимыми эле«еитгки нрото- и метаксилегяы, протс- и ме-та]-тоо::!.'. Пэрвичясе утолшенче стебля мздуллриохч) типа, вторэтное - ;:раг-косрочпоо и необильное, каетт-копыл камбий но заклаливает-зя, структура пу»ш>у сэхрояяс-та»:. вентральную часть стебля занимает рахлая, хрупноклотна.« аер2..ц«»нль'а.

lO uiw

Ркг,. I. Трахомы стевив: А-проотно^ (

гурн

волоски, Б-снтогенэз железо:

•ура, e-вовревшю. «да« "-гс- .................

Лист стевяи ло анатомическому строению дорзо-вантральиый. Клетки эпидермиса на срезе выглядят изодиаметрическими, в плане-амебовлдными, покрыты тонким слоем кутикулы; устьица аяомоцитко-го типа, дайна замыкающих клеток колеблется от 24 дс 36-мкм, ширина - от 7,2 до 9,6 мкм. Лист амфисточатичесхий, плотность расположения устьиц в среднем составляет 330-360 пг/м.ч'' на абакси-альной стороне к 410-450 гат/мм^ на адаксяальной. Мезофилл хиста рыхлый, составляет 270-360 мкм в поперечнике, состоит из однослойной г:атгасадной и 4-5-слойнсй губчатой тканей, Жилки ссдгрулт по одному кодатеральному проводил ему пучку, окруженному паренхимой.

Трихомы стевии. Все надземные органы ставил покрыты трихомами различного строения. Простые трихомы представлены крупными- я мелкими волосками, железистые будавовпалыми и сидячкми железками. I. Крупные волоски шглозэдно-коикческой г[о?мн, неветвящиеся, 70-130 .'«см длиной, состоят из 7-6 клеток, основание валоста образуют 3-4клатки; расположены на листе, стебле, соцветия.

2. Мелкие волоски похожи но форме яа крупные, достигают 4550 мкм, состоят из 445 клеток с одной клеткой в основа® л, встречаются па стебле, листе, обкладке ксрзанки, венчике цветка,

3. Булаговвдкке яелеэха диаметром до 55 мкм состоят из двух базальиых и восьми секреторных клеток, в апикальной части расположено хранилища секрета - субкутикулярная полость; расположены

на обкладке корзинки, стебле, генчико и чашечки цветка, на пестике.

4. Сидячие железгл сходны по строению п размерам с булавоввд-ши, за исключением того, что они до уровня субкутикулярной полости погружены в воронкообразное углубление эпидермиса; встречаются только на листе.

Гистохимический тест реактивом Шщфа (Гродзлнский, Гродзяи-скяй, 1973) пожазызаэт, что яэлейистнб волоска синтезирует эфяр-асе масло. Последовательность онтогенеза аелезек полностью прослеживается на срезах апекса побега. Инициалы) для развитая железок служат пара эпвдермальйис меток, после их деления образуются две базальные клетки которые более не долятся к две апикальные, давдие начало секретирухэдод клткам железки, деления в них происходят асинхронно. Увеличение числа клеток ведет к увеличению размеров железки: 2-клеточкая имеет диаметр 14-18 .мкм, 4-1£леточная - 18-22 мкм, 6-клеточная - 28-32 шем, 8-клеточная - 44-48 мкм. Секрет выделяется в субкутикуляопуа полость, дяаметр её сЬстарлчет 48-55 мкм

л

Плотность распределений трихомов нэ. надземных органах стеши (шт/ид*"):

Орган растения Крупны« Мелкие ¡Булавовидные Седачие • Суммарная

вслоскв волоски | яелоэкг келезкн опупекность

5 4 X I 1± зх * ± 1 * 5Х

Стебель:

базаяьная часть 4,0^0,02

средняя часть 6,Э*0:39

апикальная часть 18.4*1,18

Верхний эпидермис листа: ОСНОВаНИв сэредака верхушка край

Нижний эпидермис листа: основание середина верхушка край

Сопветяе:

обкладка кйряипкк 79,5*1,57

Ееячик цветка чашечка цветка

24,0-1,23 84,0-3,62 124,3-1,50

12,9-0,05 16,9*0,03

6,7*0,05 21 •, 7*0,05

8,5*0,01 16,6*0,03

17,5-0,05 38,8*1,80

11,7*0,05 24,САЗ,05

11,9*0,04 25,4*0,05

7,8*0,04 29,2—3,07

16,8*0,07 51,9*1,80

80,7*1,68 66,7*1,05

1,6*0,01 - 2S.6il.26

3,8*0,03 - , 94,7*4,04

3,7*0,03 - 146,5*3,11

I,5*0,09 31,333.10

2,3*0,09 30,7±0,14 м

5,4*0,42 30,5*0,09 **

4,6*0,20 50,2-1,90

2,4±0,21 38,1*0,14

3,3*0,4° 40,6*0,13

5,8*0,68 42,8*0,15

4,5*0,45 83,2*1,93

17,9*0,52 - 173,1*3,77

64,4*1,46 - 131,1*2,53

256,3122,5 - 258,3*22,3

На всех органах растения наибольшей плотностью расположения характеризуются мелкие волоски, затем следуют крупные волоски и наиболее редко расположены железки (Табл. 2). На стебле расположены простые волоски и булавовидные железки, наблэдаэтся заметное увеличение опушэшюсти стебля от базалъной части к апикальной. На поверхности листа расположены крупные волоски, мелкие волоски и сидячие железки. Нижняя сторона листа опушена сильнее, чем верхняя. Плотность железок на сбеих сторонах последовательно возрас!-тает от основания к середине и верхушке и от середины к краю листовой пластинки, плотносгь простых волосков варьирует заметно возрастая у края; суммарная опушенность во всех зонах листа практически одинакова, лишь несколько возрастает у края. Отмечается увеличение силы корреляционной прямой зависимости мевду плотностью железок на нижнем и верхнем эпидермисе л по одной поверхности листа от основания к середине и верхушке и от середины к крав листа. Закономерность расположения желозок сходна на всех листьях- независимо от яруса его расположения на побеге. Наибольшая плотность трихомов наблюдается на генеративных органах: (Табл. 2).

Изучение топографии трихомов дает основание полагать, что выделение эфирного масла из-растения методом гидродистилляцзи затруднено но только всвязи с низким его содержанием и преобладанием; водорастворимых компонентов, по и потому, что листья, составляодие большую часть сырья, несут на своей поверхности сидячие яедезкд), хорошо защищенные и лучше удерживающие масло, булавовидные еолозки, из которых можно более результативно извлекать масло таким способом, расположены на стебле и соцветиях, составляющих меньшую часть. Максимум концентрации железок на генеративных органах позволяет ожидать увеличения выхода масла из соцветий по сравнении с вегетативной массой и в фазы бутонизации и цветения.

Мегаспорогвкез а развит е зародышевого меика. У стеная донская археопориальная клетка единичная, дифференцируется оубэпядер-малько без образования кроющих клеток, по размерам (5-7. мкы) превышает другие нуцелляряыо клетки, становится материнской клеткой мегаспор. Тетрады линейные, образуются оукцесокию. Материнской клеткой зародышевого кеака становится обычно халазальнап мегаспора, остальные дегенерируют. Бнутренпай эпидермис семяпочки дифференцируется в выстилавший олой - интегументальный тапэтум. Цитоплазма мегаспоры вакуолизируется, а ядро претерпевает три псагедо-

вательныэ деления, давая начало зародышевому мешку Pol.ycouuit-типа. Зрелый зародышевый мешок Еореаеновидный до 150 мхм длиной с хорошо дифференцированными яйцевым и шгилодаяышм аппаратами. Число антипод варьирует от 3 до 6. Нарушений и аномалий, а также случаев полиспории в развитии женского гаметсфита у стевии не выявлено. Б момент распускания бутона и выбрасывания рыльце, зародышевый мешок полностью дифференцирован, способен к оплодотворении на 3-7 сутки цветения, по истечении этого срока начинается его дегенерация.

Микроспорогекоз к развитие мужского гаматсйита. У стевии все процессы развития мужского гаыетофита строго синхронизированы в пределах ацдроцея одного цветка. В одной тычинке дифференцируется 4 млкроопорангал, мужской археспорий многорядный. Стенка пыльника развивается центробежно, на стадии микроспороцитов состоит из эпидермиса, эндотеция, среднего слоя и клеточного тапетума; средний слой эфемерный, исчезает к стадии тетрад. Мейоз в основном протекает правильно, немногочисленные наругаения встречались в анафазе П, выражались в забегании отдельных хромосом. Тетрады образуются по симультанному типу, аномальных, тетрад не обнаружено. Тетрады у стевии тетраэдральные, диаметр их составляет 22-28 мнм. К стадик тетрад тапетум становится многоядеркым, тапетальные клетки приобретают неправильные очертания и свош выступами проникает внутрь гнезда шльника, происходит частичное растворение оболочек но протопласты не сличаются, образуется ложный периплазмодий; на стадии поздней микроспоры в тапегуме появляется удлиненные реституционные ядра. Первое деление гаметогекеза дает крупное слабоок-рашонкое вегетативное и мелкое, интенсивно окрашенное генеративно ядра. Ьторое деление протекает в пыльцевом зерне (ПЗ), дает два у линенных спермин. Стенка зрелого пыль!Ш{а состоит из эпидермиса и фиброзного зндотепия, тайетум исчезает. Зрелое ПЗ диаметром 30 мн

Процент стерильной пыльцы у стевии очень велик и достоверно не отличается при разных условиях выращивания (Табл. 3), колеблет ся от 9 до 15 в среднем составляет 13,1-1,4. Абортпрование прс исходит на постмейотяческой стадии после образования оболочек ПЗ, сопровождается нарушением процесса накопления запасного крахмала (фертаяь.чые ПЗ содержат большое число крахмальных зорен, cropiLib-ные лишены их полностью). Картина абортировакия ПЗ у стегни напоминает таковую у видов и форм растений с ЦМС механизмом стерильности.

Рис. 3.

¿асрогс-кегсгенвз а пильцгвок зерно стовак.

Таблица 3

Количество нормально развитых ПЗ стевии 15?):

Год Открытый грунт Закрытый грунт

ft 431 | й B-II : й 431 I JB B-II

198Э 13,2*0,8 10,3*0,4 9,340,7 I2,0±0,8

1990. 12,7-1,9 12,5*0,7/ 13,1-1,4 I2,e±I,0

1991 I4,8±0,9 II,8±I,0 14,7*1,0 I0,I±0,6

Из аномалий развития пыльцу у стевал встречены двухапертур-ныс, попарно сросшиеся и карликовые (14-15 мкм диачетром) ПЗ, иногда полное отсутствие пыльников или образованна редуцированных пыльников, лишенных пыльцы, во внешне полноценных бутонах.

Биология цветения и опыления. Цветочные почки у стевии закладываются за 1,5-2 месяца до начала цветения. Ведущим фактором, обусловливающим переход от вегетативной фазы к генеративной является длина фотопериода (Kudo , Koga , I977;Zaidan et al. , I960). Дифференциация и распускание корзинок на оси соцветия происходи? в акропеталыгой последовательности. Части цветка.закладывается,в обычной очередности: сначала палпус (метаморфизцрованная чашечка),, затем венчик, андропей и позже всего - гидеией. Бутоны в корзапко распускаются с промежутком в одни сутки, продолжительность цветения одного ЦЕвтка составляет 9-12 суток. До момента цветения бутон проходит четыре стадии развития: I - дифференциация бутона; П - органогенез; Ш - Д1пперенииация я созревание гамстофнтоз; 17-бутон, готовый к распусканию. Внутри стадий ввделекы некоторые полстадиа и отражены морфобяологическяе особенности соответствующих им состояний муяокой и женской частей цветка, отмочено опережение темпов развития андроцея по сравнению о гинецеем, что определяет з дальнейшем протерандричность цветков у стевии. В процессе цветения также выделено чс ?ыре стадии: У « мужская фаза цветения (1-2 сутки: вскрытие пыльников, распускания лепестков венчшса, начало роста столбика), Л - венская фаза цватешш. (3-6 сутки: выдвижение лопастей рыльца, принимающих Т-образное пояснение), УП -старение цветка (7-10 сутки: последовательное усыханаэ венчика и рыльца), УШ - опадение венчика, образование плода. Соответственно, собирать пыльцу целесообразнее всего в 1У-У ¡разе, а опылять рыльца - в Л фазе развития цветка.

Пыльца стевии но проявляла функциональной активности и не прорастала на испытанных питательных средах, отмечалось лишь набухание пыльцевых зерен и выпячивание цитоплазмы через отверстия апоргур на 20^-ном растворе сахарозы с добавлением тканей рыльца, ко образования полноценных пыльцевых трубок ке обмечено. Не на- 1 блвдали прорастания пыльцы на рыльцах при искусственном, опылении. Причиной этого является малое генетическое разнообразие популяции, проявляющееся а действии системы сшоносовместимости, которая отмечается у ствеии некоторыми авторама ( Sumida г ,1876; Miyngavm , IS84). По таким признакам, как сухой тип рыльпа, развитая толсто-покрозкая зкзина, трёхклегочность шльш, блокирование роста пыльцевых трубок на поверхности рыльца, систему саыонесовместимостя у стевии можно отнести к типу спорофатной гомоморфной. . -

Б условиях KSK для стеЕИи затруднен процесс естественного переопыления , в пределах одного цветка этому препятствует функциональный дгхоантезио и как следствие дихогамия, проявляпциеся в протеракдричности цветков. Перекрестное опыление, как и у больший ства видов сложноцветшх додано осуществляться посредством энтомофилии, о чем говорят такие признака как хорошо развитая скульптура зкзшш, нелетучесть п мобильность пыльцы, наличие запаха и образованна нектара, развитый околоцветник и агрегация цветков в соцветия. Однако в открытом грунте цветки ставки ко посещались какими-либо насекомыми. Такое положение монет быть объяснено поздним цветением при неблагоприятных погодно-климатическах условиях, которые препятствуют лету насекомых; неспособностью стевии конкурировать в борьбе за опылителя с местными дикорастущими и традиционно вырашиваешдз. культурными растениями; а также, еозкояно, наличием у стевии специфичности по отношению к определенному виду насекомого-опылителя, обитаздему на родине растения. Механизм анемофилии представляется маловероятным. .

а«клшЕнж

Таким образом, диссертационная работа представляет первичное ботаническое описание нового для СЕК технического растения stevi» rebaudiana ( Bertemi > Hemsl. ( Astcraceae ) , имеющего возможности комплексного использования в народном хозяйстве страны. Собрана и проанализирована литература, касающаяся различных сторон строения, жизнедеятельности, химического состава, возможностей интродукции и способов использования растения, составлен обзор.

Проведено описание фенологии вида, морфологических я анатомических признаков, изучено строение, топография я онтогенез трихомов, прослежена процессы формирования генеративных органов, споро- и гамгтогенез, проведена оценка функциональной полноценкоста мужского к венского гаметофитов, изучен биология цветения и опыления, выявлены причины отсутствия семян.

Е настоящее вреда интерес з области использования стевия направлен в основном на применение" сладких гликозкдов в диетическом питании, незаслуженно мало, внимания уделяется эфирному маслу растения, его ароматическим л.другим свойствам. Данные, полученные при исследовании особенностей строения, топографии и дпфференпирсв-ки трихсмсЕ атевии могут быть использованы в последущем изучении; маслообразоЕательного процесса и для разработки диагностики количественных характеристик содержания эфирного масла в.сырье ствЕии.

. При выращивании на ПБК стевия требует искусственного орошения и зимнего укрытия, при выполнении этих условий имеет достаточ-: ную теплообэспечекность и развивает большую вегетативную массу, а выращивание с-ё с этой целью можно считать целесообразным, но получение лжзнэспособнкх семян представляет серьезную проблему.

Как растение короткого дкя стевия зацветает в конце вегетации; б осенний период (в Крыму - октябрь-ноябрь), неблагоприятный в отношении погодно-климатичеекпх условий. Отсутовио сеглян обусловливает такке неполноценность мужской генеративной сферы, дат- | щей в среднем 10-13 % фертильней пыльца. Многно признака (нормальное течоние кейоза, абортяровшгав на постмейотической стадии, нарушение процессов накопления запасного .крахмала в ПЗ,- активная эндомитэтическая деятельность в клетках тапетука, ведущая к образовании ШЛИПЛОВД1ШХ реституционных ядер) наряду о медифнкапион-ной позволяют предполагать у стовпи механизм ЩС. ЕаанеЗыэй причиной отсутствия сеиян является система саыонесошестямоота спо-рофитного типа, ооноы которой закладываются п момент образоЕанкя оболочек ПЗ и базируется на перераспределении веществ из тшгетума в экзину. Затрудняет естественное завязывание семян и отсугсглэ эффективного механизма перекрестного опыления.

Для преодоления семенной стерильнсств целесообразно выраии-вать растение в закрытом грунте, привлечь в эксперимент болев пи- . рокий по генеткчекоыу разнообразию материал, изучить возмонность преодоления састзмы самопесошэстимсстл ПЗ и рнльца лабораторно-зкепериментальными методами.

гг

ВЫВОДЫ:

1. В условиях интродукции на ЮЕК по фенологии развития стевил является позднецветущам растением, в открытом грунте развивает большую вегетативную массу, но погибает от низких температур в фазе массового цветения, во заканчивая своего цикла вегетации.

2. По ыорфолого-аиатомическим особенностям строения вегетативных и генеративннх органов формы & 431 и й Б-П мало отличаются друг от друга, биометрические исследования показывают, что форма 431 характеризуется большими размерами листовой пластинки и расквдиотостьй соцветия по сравнению с фермой Е-П. Растения, полученные из каллуса не отличались от исходного .

3. Бее надземные органы покрыты трихомами двух типов: простыми, и железистыми волосками. Простые волоски представлены мелкими и крупными волосками, железистые - сидя'шш и булавовидными железками, которые синтезируют и накапливают эфирное масло. Ыелезки дифференцируются экзогенно и начинают функционировать. на самых ранних этапам формирования неоуяего их органа.

4. В распределении трихомов по органам растения выявлены следующие закономерности: простые волоски расположены на всех органах, кроне чашечки цветка, булавовидные железки - на Есех органах, кроме листа, где их заменяют сидячие железки, отсутствующие на других органах; на воем растении наибольшей плотностью расположения характеризуются мелкие волоски, далее следуют едупные волоски и наиболее редко расположены железки; нижний эпидермис листа опушен сильнее, чем верхний - плотность трихомов возрастает от основания к середине а верхушке и от середины к краю листовой пластинки; максимальное количество трихомов наС-лодается на апикальной части растения и на генеративных, органах.

5. Б-процессах развития женской генеральной сферы на выявлено каких-либо нарушений в аномалий. Одноклеточный женский археспорий дифференцируется субапвдермально без образования крощих клеток, $ает начало линейной тетраде, зародышевый мешок развивается по г о!у копит-типу., как правило из халазальной мегаспоры, характеризуется хорошей дифференциацией элементов.

6. Б результате изучения процессов развития мужского гаметофпта показано, что у стевии мужской археспорий многорядный, тетрадо-

гэноз протекает по симультанному типу, тетради тетраэдралышо, зрелоо пыльцевое зерно трехклетсчноо. Выявлены нехюторыа нарушения в анафаза П мейоза и низкий уровень форгальностн мупской генеративной сферы. Качаю абсртированпя приходится на постмой-отнческкй период и сопровождается нарушением накопления запасного крахмала.

7. Причалы пустосомяшюсти.у стеваи в условиях интродукции на J3EK не связаны с неполноценностью панского гамвтофята, а обусловлены совмещением трех причин: неболыаоо генетическое разнообразие популяции» определяющее действие спорофитной системы несовместимости: пыльцевого зерна п рыльца при сагло- и близкорсдетван-ном опылении; низкий уровень выполненности и фушсцйокал!.пой'активности пыльцы; отсутствиз агента, способною осуществить аффективное естественное переопыление растения.

9. Получение полноценных сомяп возможно в условиях КЖ лига в закрытом груптз, для чего необходимо привлечете к оттеняв генетически отдшгашпи форм. Удобнее. гсого проводить искусственное опыление в перьу» волну цветения, гольцу собирать на 17-У стадии развития цветка! (бутон с окрашенной трубкой волчищ. пли порЕЫо сутки цветения), а опнление производим на. 71 стадия:(прп Т-ооразпом поло .те нна рыльца - 2-5 сутки цветения).

ПРЕДЛОЖЕНИЯ. ПО ДАЛЬПЕЙДЕЙ РАБОТЕ С. ИСГЮЛЬЗОВЛЩЩД РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ _

Ддя дальнейшего успешного ведения интродухплонпой л ссшох-ционной работы с культурой стевиа и преодолена.^ стерильности растения целесообразно вести научно-псследогательскув работу по следующий! наххраагениям:

1. Создание коллекции разнообразных qopy, эпотшюв, популяций п видов стевии, как естественны)., так л полученных сблепцяогашлг; методами. Еыделениэ форм с высоким уровнен фортальностш тгльцц шш имеющих Еьтслнаянко семена.

2. Проведение мешгопуяяциоиного и меквздогого пэроопагония с целью аскясчониа действия системы са'.<оиесо£;.&стх.:осгл л получения фертклышх гибридных семян.

3. Изучение антэколотаческнх особенностей п биология ошигешг

растения, в разных регионахÍ прн разных условиях возделывания.

4. Болео детальное изучение процессов развития мужского гачето-фита, в частности, трофьчесного я биохимического взаимодействия "тапетум-развиваизаяюа ккроспора", которые яелягтся причиной абортировапия макроспор й дотррмшшрувт действие слорофлтной спстеш самонесовместкиостЕ»

5, Организация и проведение генетических исследований с целью определения генетической детерминация механизмов мужской стерильности и оамонэсовиеотимости у стенш,- а также для их преодоления.

5. Изучение способности стевпи к апомиктичному развитию семян, исследование возможности экспериментального получения автономных апомикгон в условиях, ксклвчапцлх"оплодотворение.

7. Изучение возможности преодоления системы самонесовместимости пыльцевого зерна и рыльца при помощи микрохирургических методов (нанесение пыльцы на срез рыльца или столбика, непосредственно на поверхность семяпочки; растворение каллозной оболочки на поверхности рнльца*и устранение таким образом блокады прорастания ПЗ на несовместимом рыльце).

8. Исследование эфирного масла стевии, включая его количественное содержание, качественный состав, ароматические, бактерицидное» фармацевтические и другие свойства, способы выделения в. динамкку накопления.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИСС2РТАЦДО;

I. ühaftex-t E.K., Chebotaru A.A., То the queation oí Stovia rebaudiana // Abstracts of the papera and pesters, presented at the XI International nipoeluni "Etnbriology and need reproduction",- beningraú,- 3-7 July 1?50,- p. 150.

2.Чоботарь A.A., Шафферт Е.Э. Некоторые биоморфологическив особенности стевии на ЮЕК // СЮорнкк матер, конф. "Ирсмьиленна^ ботаника: пробяегы и перспективы развития",-Донецк,-236.

3.ШасЕферт Е.Э. Зпвдермашнге образования стеь:ш // Тез. докл. У Воесоюз. езишоз, "Основные направлен;« исследований по интенсификации эфирогглсличного прскзводстЕа"(К.чнл1ШЕ, 17-19 сен. IS9Ü),- Симферополь,- ÍÍ39G,- с. 91-92.

4,Шаф£ерт Е.У., Чеботарь A.A., Новикова );.:•.■;. гДорфолого-златомк-