Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Репродуктивная биология Dioscorea nipponica Makino

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Репродуктивная биология Dioscorea nipponica Makino"

На правах рукописи

Аг-

ТОРШИЛОВА АЛЛА АНАТОЛЬЕВНА

РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ Вшсогеа трротса Макшо

{ТМоэсогеасеае)

03.00.05 - «Ботаника»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-л 1етербург 2007

003064733

Работа выполнена в Лаборатории эмбриологии и репродуктивной биологии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН

Научный руководитель доктор биологических наук,

член-корреспондент РАН Батыгина Т.Б.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

член-корреспондент РАН Цвелев H.H.

доктор биологических наук, профессор Вишнякова М.А.

Ведущая организация

Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится 10 октября 2007г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета К 002.211.01 при Ботаническом институте им. В.Л. Комарова РАН по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2 (зал Ученого совета). Тел.: (812) 346-37-42, факс: (812) 234-45-12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

Автореферат разослан 23 августа 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

О. С. Юдина

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сохранение биологического разнообразия растений и оценка значимости растительных ресурсов России в настоящее время являются одними из главных задач современной биологии (Буданцев, 1998; Андреев, Горбунов, 2003). Сохранение генофонда ресурсных видов растений связано с успешным протеканием репродукционных процессов, основу которых составляют пыльник, семязачаток, семя. Изучение сопряженности развития структур семязачатка и семени в динамике позволяет выявить определенные морфогенетические корреляции, обуславливающие специфический характер их формирования. Выявление морфогенетических корреляций является полезным для понимания различных отклонений и аномалий, являющихся вероятной причиной снижения семенной продуктивности и появления нежизнеспособных семян и проростков. Таким образом, сохранение и воспроизводство растений невозможно без знания полной картины органо-образовательных процессов, происходящих с момента зарождения организма вплоть до образования им плодов, семян и проростков (Батыгина, 1974, 2004; Никитичева, 1979).

Одним из методов сохранения биоразнообразия и биологических ресурсов является интродукция растений на территории ботанических садов и питомников. Однако успешное семенное и вегетативное размножение вида в условиях интродукции во многом зависит от правильно выбранных условий с учетом специфических особенностей репродуктивной биологии вида.

Репродуктивная биология - одна из быстро развивающихся направлений современной ботаники, возникшей на стыке эмбриологии и ряда ботанических дисциплин (фитоценологии, морфологии, физиологии, генетики и др.), включает в себя широкий диапазон комплексных исследований с целью выявления закономерностей зарождения, развития и существования растительных организмов в различных условиях, а также их способность к размножению (Пономарев, 1969; Батыгина, 1969, 1999, 2000; Левина, 1981; \УП1зоп, 1983; Терехин, 1993).

Вюясогеа трротса (сем. Бюзсогеасеае) относится к ценным ресурсным видам, является источником стероидных соединений (диосгенина) и основой для синтеза ряда гормональных препаратов (Яковлев, Блинова, 1999). Неконтролируемое использование дикорастущих растений данного вида привело к сокращению численности популяций в ряде районов естественного произрастания (Куренцова, 1973; Денисов, 2005). В связи с этим В. трротса включена в перечень объектов растительного мира, занесенных в Красную книгу России.

Научный и практический интерес к данному виду, как источнику сырья, возник в России в середине прошлого века. Было проведено изучение некоторых особенностей репродуктивной биологии £>. трротса в условиях интродукции (Московская область). Однако попытки создания крупных искусственных популяций столкнулись с рядом проблем: общие низкие темпы развития растения, двудомность и значительное превышение числа мужских особей по отношению к женским в популяциях, недоразвитие зародыша на момент диссеминации, низкая семенная продуктивность. Кроме того, при многократном вегетативном

размножении растений участками корневищ остро встал вопрос об утрате полезных с хозяйственной точки зрения веществ (Грушвицкий, 1961; Герасименко, Тропова, 1966; Даниличева и др., 1971; Даниличева, 1975; Шорина, 1994).

Бюзсогеа трротса, как и другие виды рода Июзсогеа, характеризуется сочетанием некоторого числа морфологических, анатомических, эмбриологических признаков, присущим как однодольным, так и двудольным растениям (ВигкШ, 1960; Силкцш^ 1981; БаЬ^геп е1 а1., 1985 и др.), в связи с чем детальное изучение различных аспектов его репродуктивной биологии окажется полезным при решении проблем систематики и филогении.

Цель исследования - выявление закономерностей репродукции Оюясогеа трротса в местах естественного произрастания (Приморский край) и при интродукции (Ботанический сад БИН РАН, С.-Петербург) в связи с проблемой сохранения вида и оптимизации способов его размножения. Задачи исследования:

1. Изучить фитоценотические условия произрастания растений О. трротса, их способность к семенному размножению.

2. Выявить специфику развития репродуктивных структур и прохождения эмбриональных процессов (пыльника, семязачатка, семени, микро- и мегаспорогенеза, оплодотворения, эмбриогенеза и эндоспермогенеза) в естественных условиях произрастания и при интродукции.

3. Выявить морфогенетические корреляции и структурно-функциональные особенности в развитии семени.

4. Оценить качество семян из естественных мест произрастания и интродукции на основе: определения степени их выполненности, оптимальных температурных условий для прорастания (тип покоя) и анализа структуры проростков.

5. Выявить способ вегетативного размножения и этапы онтогенеза, на котором осуществляется его реализация.

6. Разработать рекомендации по оптимизации семенного и вегетативного размножения.

Научная новизна. Изучены эколого-фитоценотические условия произрастания вида в двух районах (Уссурийский, Шкотовский) Приморского края, обилие вида и сроки прохождения основных фенофаз (бутонизации, цветения, плодоношения). Впервые проведено сравнительное исследование развития репродуктивных структур у растений В. трротса, произрастающих в естественных условиях и при интродукции (особенности формирования пыльника, семязачатка, • семени, микро- и мегаспорогенеза, оплодотворения, эмбрио- и эндоспермогенеза, окружающих структур семени) и выявлены морфогенетические корреляции между ними, обуславливающие нормальное прохождение процессов семенной репродукции. На основании полученных данных дополнена и уточнена эмбриологическая характеристика П. трротса (Оюзсогеасеае). Выявлена неустойчивость ряда цитоэмбриологических признаков, которая, вероятно свидетельствует в пользу архаичности данного рода и особого положения семейства Оюзсогеасеае - в основании филогенетической системы цветковых растений.

Впервые выявлена гетерогенность семян по морфометрическим показателям, размерам и степени дифференциации зародышей, зависимость процента прорастания семян от данных показателей, уточнен тип покоя семян. Изучены особенности строения семени в связи с явлением доразвития зародыша и выявлен ряд общих признаков для семян, относящихся к этой группе. Изучены также некоторые особенности формирования корневища и способ вегетативного размножения. Данные по репродуктивной биологии могут быть полезны для уточнения спорных вопросов систематики и филогении не только рода Dioscorea, но и семейства в целом.

Практическая значимость работы. Выявлены оптимальные эколого-фитоценотические условия произрастания D. nipponica, способствующие семенному размножению, условия, при которых семенное размножение затруднено, а также причины низкой семенной продуктивности, в том числе при интродукции. Полученные результаты позволяют в значительной мере скорректировать условия для создания искусственных популяций данного вида. Морфогенетические корреляции и структурно-функциональные аспекты в развитии семязачатка и семени, описанные в работе, позволяют выделить критические стадии развития данного вида с целью управления процессом онтогенеза растения. На основании экспериментальных данных выявлены оптимальные условия для проращивания семян и сформулированы рекомендации для семеноводческих и селекционных целей. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы для разработки методик получения сырья в культуре in vitro.

Апробация. Материалы, содержащиеся в диссертационной работе, были доложены на XVII International Congress on Sexual Plant Reproduction (Lublin, 2002), на II Международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002), на XI съезде Русского ботанического общества (Барнаул, 2003), на XI International Conference on Plant Embryology (Brno, 2003), на XVII International Botanical Congress (Vienna, 2005), на I Международной Школе для молодых ученых (Санкт-Петербург, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов и списка литературы (162 наименования, из них 65 на иностранных языках). Работа изложена на 192 страницах, включая 9 таблиц и 31 рисунок.

Содержание работы

Глава I. Обзор литературы

Обзор литературы состоит из 7 разделов. Рассмотрены вопросы систематического положения D. nipponica, условий произрастания вида на территории России, морфологии и анатомии вегетативных и репродуктивных органов, эмбриологические аспекты: развитие пыльцевого зерна, зародышевого мешка, строение семени, прорастание семян и формирование проростков. Проанализирован опыт создания искусственных популяций вида вегетативным

способом в условиях интродукции (Московская область и Узбекистан), особенности цветения и плодоношения вида в этих условиях.

Анализ работ по эмбриологии выявил отсутствие данных по развитию стенки пыльника, развитию семязачатка и семени, эмбриогенезу, качеству семян; фрагментарность данных по микроспорогенезу, двойному оплодотворению, эндоспермогенезу, доразвитию зародыша и прорастанию семян. Вопросы, касающиеся способов опыления, природы органов зародыша у представителей рода Вюясогеа дискуссионны. С практической точки зрения при создании крупных искусственных популяций О. трротса существуют значительные трудности получения необходимого количества семян в связи с низким процентом числа образующихся женских особей.

Глава П. Материал и методы исследования

Геоботанические , описания растительных сообществ осуществлялись в Уссурийском и Шкотовском р-нах Приморского края в июне - июле 2000 года. Описания делгшись на пробных площадях размером 20x20м. Для каждого высотного полога определялось количество стволов по видам, диаметр и высота. Подрост и подлесок оценивались по видам на пробной площади. Фитоценотическая роль видов в травостое оценивалась по шкале Друде. Количество особей I). трротса на единицу площади (в шт. на 1м2) - обилие вида - определялось путем деления количества растений на пробной площади на размер площади (20м2), их состояние оценивалось глазомерно. Классификация растительных сообществ проведена на основании эколого-фитоценотических принципов (Нешатаев, 1971, 1986).

Сбор материала для эмбриологических целей производили в естественных условиях в Уссурийском и Шкотовском р-нах Приморского края с июня по сентябрь 2000 года, а также в условиях интродукции на интродукционном питомнике БИН РАН в 2001 году. Материал фиксировали в смеси БАА (70% этиловый спирт, ледяная уксусная кислота, формалин в соотношении 100:7:7). Исследование развития генеративных и репродуктивных структур производилось согласно общепринятой цитоэмбриологической методике (Паушева, 1970). Срезы окрашивали гематоксилином по Гейденгайну с подкраской алциановым синим, а также тройной окраской (кислым фуксином по Фёльгену, гематоксилином Эрлиха, алциановым синим) (Камелина и др. 1992). Оценку внешней морфологии органов цветка, зародыша и проростков проводили с использованием метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и просматривали на микроскопе КМ-35 (Гео1, НПасЫ).

Образцы семян для оценки качества семян были собраны в октябре 2002 года в природных популяциях Уссурийского, Лазовского, Ханкайского, Чугуевского р-нов Приморского края и в Ботаническом саду БИН РАН, Санкт-Петербург (семена были получены в семенной лаборатории). Определение морфометрических показателей семян и зародыша проводили под стереоскопическим микроскопом МБС-1 в трех иовторностях по 20 шт. каждая. Длина семени определялась вдоль оси микропиле-халаза без учета длины крыла и халазального выроста. Оценку степени

выполненности семян проводили путем взрезывания. Выборка исследованных семян составляла более 1000 шт. для каждого р-на, за исключением Лазовского, в котором было собрано 500 шт. семян. Определение жизнеспособности семян проводили в лабораторных условиях с использованием ростового теста. Мониторинг доразвития зародыша и прорастания семян осуществляли в чашках Петри при трех температурных режимах: 23 °С, 9-10°С и 0-3°С. Часть семян выдерживали при температуре 0-3°С, т.е. в условиях холодной стратификации в течение 60 суток, с последующим переносом на 23°С. Опыты проводили в 5-тикратной повторности. Количество проросших семян выражали в процентах от общего числа семян в опыте, с вычислением среднего значения и ошибкой среднего, согласно статистическому методу обработки данных В.Л. Вознесенского (1969). Полученные проростки доводили до ювенильной фазы развития при комнатной температуре (18-20°С) и высаживали в почву.

Глава Ш. Результаты исследований

1. Условия произрастания и характеристика фитоценозов с участием Dioscorea nipponica

В разделе проанализированы 9 растительных сообществ двух районов Приморского края (Уссурийский и Шкотовский). Данные сообщества отличаются расположением (склон или вершина сопки, равнина, межгорное понижение), экспозицией склона, видовым разнообразием, степенью освещенности, обводнённостью почвенного горизонта и др., что определяет различное: обилие вида и сроки начала фенофаз (бутонизации, цветения, плодоношения).

Независимо от условий произрастания, во всех приведенных растительных сообществах лиана D. nipponica нигде не образует зарослей и представлена, в основном, редкими экземплярами. Вид имеет максимальное обилие (0,4 шт/м2) и самые благоприятные условия для цветения и вызревания плодов на южных пологих склонах сопок до высоты не более 150-200 м над ур. м. в дубняках леспедециевых из Querqus mongolica Fisch., характеризующихся относительно небольшим видовым разнообразием, высокой степенью освещенности, обусловленной низкой сомкнутостью крон древесного яруса (0,6-0,65), невысоким и относительно разреженным подлеском. Почвы слабокислые или почти нейтральные с мощностью гумусового горизонта 3-25 см (Иванов, 1976). Кроме того, успешное вступление в генеративную фазу развития отмечается также на открытых местообитаниях (обычно рудерального типа, а также в «окнах», образованных в результате рубок леса). В начале июля растения там находятся на начальной стадии плодоношения (женские), цветения (мужские). Данные условия произрастания способствуют успешному семенному размножению вида.

Реже всего на исследованных территориях вид встречается в полидоминантных широколиственных и хвойно-широколиственных лесах (обилие вида минимальное - 0,05 шт/м2 ), характеризующихся сочетанием таких факторов как: большое видовое разнообразие, низкая освещенность, обусловленная

многоуровневым древесным ярусом и высокой сомкнутостью его крон (0,8-0,9), густым подлеском. Почвы бурые лесные оподзоленные или горные буро-лесные (Иванов, 1976). В таких условиях создаются наименее благоприятные условия для семенного размножения, и преимущественным способом размножения является вегетативный способ. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1. Стадии развития ЛЬясогеа трротса в различных экологических условиях (Приморский край) (лето 2000 года).

Фитоценоз Местоположе ние и экспозиция Сомкнут ость Обилие вида (кол-во на 1 м2). Стадии развития

Июнь, 2-я пол. Июль, 1-я пол.

Дубняк леспедециевый, Уссурийский район склон сопки, юг 0,65 0,25 генеративная: цветение генеративная: начальный этап плодоношения

Дубняк леспедециевый, Шкотовский район склон сопки, юг 0,6 0,4 генеративная: цветение генеративная: начальный этап плодоношения

Участки нарушенным растительным покровом, опушки леса (открытые местообитания) пологие склоны территории с преимущ-но южйой зксп. и равнины Нет не опред. генеративная: цветение генеративная: начальный этап плодоношения

Дубняк редкопокровный подножие склона, юг 0,75 0,1 генеративная: бутонизация генеративная: цветение

Широколиственный лес с Fríш/JИJ тапсккипса межгорное понижение 0,7 0,15 генеративная: бутонизация генеративная: цветение

Клено-липо-дубняк разнотравно-папоротниково-осоковый подножие склона, север 0,8 0,1 генеративная: бутонизация генеративная: цветение

Липо-дубняк разнокустарниковый вершина сопки 0,8 0,1 вегетативная вегетативная

Клено-дубо-липняк плановый редкопокровный середина склона, север 0,9 0,1 вегетативная вегетативная

Чернопихтово- широколиственный лес равнинный участок 0,9 0,05 вегетативная вегетативная

Хвойно- широколиственный лес с Ртиз согаепзгз склон сопки, север 0,8 не опред. вегетативная вегетативная

2. Формирование репродуктивных структур Dioscorea rtipponica в природных популяциях

2.1. Строение мужского цветка. Формирование пыльника, микроспорогенез и развитие пыльцевого зерна

Цветок актиноморфньш, трехчленный, содержит б тычинок в 2-х кругах по 3, Имеется недоразвитый гинецей. Пыльник 4-гнездный, двухтековый. Тип формирования стенки пыльника - центростремительный, но с различными вариациями с внешней стороны и со стороны связника. С внешней стороны формирование стенки пыльника осуществляется по типовой вариации, со стороны связника - по компликатной (по Терехину и др., 1994). Образование тапетума как с внешней стороны, так и со стороны связника происходит в результате деления клеток париетальных слоев, различных по происхождению. Тапетум клеточный (секреторный), без реорганизации (по Камелиной, 1978, 1994), двуядерный. Уточнены характеристики сформированной и зрелой стенок гнезда пыльника: с дистальной стороны описания совпадают с литературными данными (Юрцев, Юрцева, 1970), с проксимальной стороны даны впервые. Выявлена неустойчивость типа микроспорогенеза, который в основном симультанного типа, однако в редких случаях присутствует промежуточный тип, а также наряду с изобилатеральными тетрадами микроспор образуются тетраэдральные и Т-образные. Зрелое пыльцевое зерно двуклеточное, однобороздное, основные запасные вещества - крахмал и белки. Вскрывание пыльника интрорзное, осуществляется продольной щелью.

2.2. Строение женского цветка. Формирование семязачатка, мегаспорогенез и развитие зародышевого мешка

Цветок актиноморфньш, трехчленный, гинецей представлен цилиндрической завязью, коротким столбиком и трехлопастным рыльцем. Завязь нижняя, 3-шездная, ребристая, плацентация угловая. В цветке имеется 6 недоразвитых тычинок, представленных стаминодиями. По положению в завязи семязачатки апотропные, эпитропные, в редких случаях - плевротропные (по Warming, 1913; Тахтадасяну, 1948). Недоразвитие гнезд завязи и неспецифическая форма семязачатка (ана-кампилотропный) находятся в числе факторов, снижающих семенную продуктивность.

Развитие семязачатка изучено детально с самых ранних стадий до преобразования в семя. На ранних стадиях развития происходит закладка инициалей и дифференциация его основных структур: нуцеллуса, интегументов. В апикальной области нуцеллуса формируется париетальная ткань, разрушающаяся к стадии двуядерного зародышевого мешка, в базальной - формируются инициали постамента и подиума. Инициали подиума примыкают к инициалям гипостазы. Интегументы закладываются на базе общих инициалей с образованием мезохалазы. Внутренний интегумент эпидермального происхождения, образует эндостом, наружный - эпидермально-субэпидермального происхождения. Зрелый семязачаток битегмальный, красстинуцеллятный со структурами нуцеллярного колпачка (2-3-слоя), постамента, подиума, гипостазы (4-5-слоев); Археспорий одноклеточный или многоклеточный, тетрада мегаспор Т-образная, функциональной мегаспорой является халазальная или эпихалазальная мегаспора тетрады.

Зародышевый мешок моноспорический, трехмитозный, биполярный, Polygonum-типа развития. Зрелый зародышевый мешок (по Батыгиной и др., 1982) 7-клеточный, 8-ядерный, округло-цилиндрической формы, с узким вытянутым халазальным концом. Содержит яйцевой аппарат (яйцеклетку и две синергиды с нитчатым аппаратом и клювовидными выростами), центральную клетку с двумя не слившимися полярными ядрами, но находящимися в контакте, как правило, в нижней части зародышевого мешка и три клетки антипод.

2.3. Цветение, опыление и процесс оплодотворения

Массовое цветение вида (20-25 июня) приходится на теплый сухой период (температура воздуха составляет 25-27°С - Уссурийский р-н). Вид является двудомным и характеризуется только перекрестным типом опыления. Данные антэкологаческих наблюдений свидетельствуют о преимущественно энгомофильном способе переноса пыльцы. Специальных исследований по опылению не проводилось.

Проводниковый тракт пестика включает воспринимающую влажную поверхность рыльца, открытый канал столбика, полость завязи, плацентарный обтуратор, микропиле семязачатка, ткань нуцеллярного колпачка и синергиду зародышевого мешка - конечный элемент проводникового тракта. Продолжительность прогамной фазы составляет 10-15 часов. Деление генеративной клетки (начало профазы) осуществляется в пыльцевой трубке на рыльце пестика, окончание деления (телофаза) — в пыльцевой трубке в верхней части канала столбика. Процессы сингамии и тройного слияния осуществляются по премитотическому типу, при этом процесс сингамии опережает процесс тройного слияния. Завершение процессов - через 22 и 25 часов после опыления соответственно. Особенность прохождения процесса тройного слияния состоит в том, что оно осуществляется в нижней части центральной клетки у входа в узкий халазальный канал. Однако' нами отмечены аномальные случаи слияния полярных ядер со спермием в микропилярной части, в непосредственной близости от яйцевого аппарата. При этом образование и деление первичного ядра эндосперма значительно задерживалось (на срок до двух суток). Выявленное отклонение имело следствием нарушение корреляций между сингамией и тройным слиянием (их одновременное начало — вместо асинхронного) и влекло за собой аномалии в развитии эндосперма.

Особенностью процесса оплодотворения является частое вхождение дополнительных пыльцевых трубок в зародышевый мешок, что иногда влечет за собой повреждение второй целой синергиды, которая в норме сохраняется необычно долго, подвергается гипертрофии и очевидно выполняет важную функцию в развитии зародыша. В случае повреждения этой синергиды возможен процесс гибели зародыша. Кроме того, дополнительные пыльцевые трубки приносят дополнительные спермии. Фактов проникновения спермиев в зиготу не отмечено, однако наблюдались случаи их проникновения в центральную клетку зародышевого мешка и вступление в контакт с полярными ядрами. Специфическое аномальное развитие эндосперма, выявленное нами в ряде случаев, позволяет предположить

и

возможное множественное оплодотворение полярных ядер. Зигота характеризуется крупными размерами, полярностью, формированием полисахаридной оболочки вокруг клетки, содержит крахмал. Процесс созревания зиготы длится двое суток, после чего она приступает к делению.

2.4. Формирование семени.

Развитие семени и плода £>. трротса в естественных условиях произрастания начинается в конце июня и осуществляется в течение 3,5 месяцев; созревание и диссеминация происходят в конце сентября-начале октября. О. трротса относится к числу видов покрытосеменных растений, характеризующихся явлением доразвития зародыша, и его развитие протекает в 2 этапа: до и после диссеминации. Особенностью развития семени в начале 1 этапа является его уплощение в билатеральной плоскости и неравномерный рост структур (нуцеллуса, гипостазы, интегументов) относительно рафе. В результате этого процесса проводящий пучок семени оказывается расположенным на его плоской дорзальной стороне, следуя по диагонали от микропиле к гипостазе. Такое уплощение и ассиметрйчный рост семени оказывает влияние на топографию зародыша и эндосперма.

Развитие зародыша.

Первые этапы развития зародыша характеризуются заложением серии наклонных клеточных перегородок. В апикальной части проэмбрио отмечается выделение особых терминальных клеток, отделяющих производные посредством наклонных перегородок и создающих его двурядное строение. Эти клетки напоминают эпифизис зародыша некоторых двудольных. Однако в проэмбрио отсутствует четкая ярусность и не формируются октанты. По характеру положения первых клеточных перегородок (наклонных по отношению друг к другу), специфическому строению тетрады, становлению дорзовентральности, развитие зародыша £>. трротса проявляет сходство с таковым злаков, эмбриогенез которых выделен в отдельный <3гаттас1-тип (Батыгина, 1968, 1974, 1987). Однако для окончательного установления типа эмбриогенеза у Вювсогеа требуются дополнительные исследования. Зародыш на момент диссеминации хорошо дифференцирован на органы: семядолю с расширенной плоской пластинкой и черешком, апекс побега, листовой («чешуевидный») орган на апексе побега, гипокотиль-корневую ось. Данные по генезису так называемого «чешуевидного» органа, интерпретируемого некоторыми авторами (Вессап, 1870; ЬауЛоп & Ьа^оп, 1967) как зачаток второй семядоли, показали, что этот орган закладывается позднее семядоли, отделен от. нее коротким междоузлием и является производным апикальной меристемы побега, т.е является зачатком первого настоящего листа. Особенностью строения зародыша в зрелом семени также является сохранение в нем функционально активного суспензора, что очевидно связано с его важной ролью в последующем процессе доразвития зародыша.

Развитие эндосперма.

Эндосперм Б. трротса нуклеарного типа; однако несмотря на то, что первое и последующие деления не сопровождаются заложением клеточных стенок, некоторые особенности протекания этого процесса свидетельствует о его близости к гелобиальному типу развития. Это проявляется в положении и делении первичного ядра эндосперма, как правило, вблизи антипод, а также в различной судьбе и поведении его производных - перемещении одного из ядер в направлении микропиле и образовании его дериватами основной части ценоцита, при сохранении положения второго ядра в халазальном конце с дальнейшим его участием в образовании группы ядер повышенной плоидности. Одним из признаков эндосперма гелобиального типа является также гаусториальная функция его халазального конца почти на всем протяжении развития.

Общей чертой развития эндосперма у семян с доразвитием зародыша является становление специфической зональности по форме и строению его клеток. Эта зональность проявляется в дифференциации в нем: микропилярной зоны с мелкими клетками, в которой начинает формироваться особая эндоспермальная полость, окружающая зародыш; срединной зоны, к которой приурочено накопление основной массы запасных веществ; халазальной зоны воронковидной формы, содержащей клетки с ядрами повышенной плоидности, плотной цитоплазмой, в которых появление запасных веществ отмечается ранее, чем в остальных зонах. Характерно образование единой эндоспермальной полости, в которой расположен зародыш, за счет объединения особой эндоспермальной полости и центральной вакуоли эндосперма, что специфично для некоторых видов с доразвитием зародыша. В зрелом семени эндосперм массивный, основные запасные вещества - крахмал, белок, полисахариды утолщенных клеточных стенок.

Морфогенетические корреляции в развитии зародыша, эндосперма и структур семени.

В ходе развития семени были выявлены морфогенетические корреляции между зародышем, эндоспермом и окружающими структурами семени, связанные со сменой сопряжено функционирующих структур, обеспечивающих развитие зародыша. Анализ корреляций позволил обсудить некоторые структурно-функциональные аспекты: а) трофическую функцию гипертрофированной синергиды, вероятно, подменяющей функцию относительно слабо развитого суспензора в период от оплодотворения до стадии глобулярного зародыша (при достижении суспензором максимального развития, наблюдается дегенерация гипертрофированной синергиды); б) гаусториальную функцию халазального конца эндосперма, начиная со стадии двуклеточного проэмбрио - вплоть до стадии органогенеза в зародыше; в ходе более поздних стадий эмбриогенеза очевидно происходит постепенное снижение этой функции, связанное с усилением накоплением танинов в клетках гипостазы и относительной изоляции нуцеллуса от проводящего пучка семени; в) продолжительное (вплоть до момента диссеминации) функционирование структур подиума, гипостазы, эпидермиса нуцеллуса, нуцеллярного колпачка - звеньев апикального, базального и периферического

транспорта метаболитов (Батыгина, 1984; Шамров, 1998, 2005) к развивающемуся зародышу. Семена эндотестально-экзотегминальные. Клетки экзотегмена имеют мощные утолщения стенок с разветвленными выростами, которые пропитаны танинами - в отличие от эндотегмена, где танины откладываются: в вакуолях. Характерно наличие оперкулума. Специализированные структуры халазальной и микропилярной частей семени представлены эпистазой, подиумом и гипостазой. Однако специализация их клеток как элементов семенной кожуры к моменту диссеминации не завершена (о чем в частности свидетельствует лишь их частичное заполнение танинами), что очевидно также связано с последующим процессом доразвития зародыша.

Нарушения морфогенетических корреляций в развитии семени.

Выявленные нарушения морфогенетических корреляций, возможно, находятся в числе факторов, влияющих на снижение качества семян и семенной продуктивности. Это: повреждение интактной гипертрофированний _ синергиды дополнительными пыльцевыми трубками и вследствие этого - возможная гибель зародыша; изменение ■ локализации полярных ядер центральной клетки и, соответственно, первичного ядра эндосперма, вероятно приводит к иному распределению ядер ценоцита эндосперма, при котором не происходит формирование халазальной зоны ядер и клеток повышенной плоидности. Следует также отметить, что достаточно распространенной аномалией строения семян являлось отсутствие в них зародыша, что коррелировало с отсутствием особой эндоспермальной полости.

3. Формирование репродуктивных структур Dioscorea nipponica в условиях интродукции.

Развитие мужских- и женских генеративных структур, процесс оплодотворения, эмбриогенез, эндоспермогенез и развитие семени в условиях интродукции протекает сходно с таковыми в естественных условиях произрастания. Однако специфика района Санкт-Петербурга и Ленинградской области (климат, рельеф, почвенно-грунтовые условия) обуславливают появление ряда особенностей репродуктивной биологии вида. Данный регион находится в пределах средней и южной тайги, преобладающим видом является ель европейская, почвы -подзолистые и болотные. Климат атлантико-континентальный с умеренно-холодной зимой и нежарким летом, что обусловлено близостью моря, активной циклонической деятельностью в осенне-зимний период, частой сменой воздушных масс летом (Буданцев, 2006). Все это приводит к неустойчивости и непредсказуемости погоды из года в год. Периодические наступления оттепелей в декабре и значительные понижения температуры в июне и в начале осени, короткий вегетационный период, составляющий около 115 дней (Миронова, Слепян, 1983) оказывают влияние на сроки прохождения фенофаз, антэкологию и диссеминацию D. nipponica. Так, в 2001 году наблюдались сдвиги сроков начала бутонизации (на 5 дней), пика массового цветения (на 10 дней) и начала плодоношения (на 20 дней) в

сторону запаздывания по сравнению с естественными условиями произрастания (таблица 2).

Таблица 2. Соотношение сроков фенофаз Оюзсогеа трротса в Приморском крае (открытые местообитания) и в условиях интродукции (Ботанический сад БИН РАН, Санкт-Петербург)

Фенофазы Приморский край С-Петербург

о + с? 2

начало бутонизации 5-8. Об. 12-15.06. 10-12. 06. 17-20. 06.

массовое цветение 24-25. 06. 24-25. 06. 5-10. 07. 7-10.07.

начало плодоношения 25-30. 06. 13-15. 07.

диссеминацня сентябрь-начало октября октябрь

Факторами снижения семенной продуктивности в условиях интродукции являются: а) формирование плодов происходит в основном в нижней части соплодий, их развитие в верхней части обычно не наблюдается, вероятно, вследствие нехватки элементов питания в период бутонизации и цветения; б) отмечается неразвитие части семян в плодах в результате отсутствия оплодотворения; в) невыполненность части зрелых семян, образование которых обусловлено нарушениями корреляций, описанными выше. Как показали исследования прогамной фазы и двойного оплодотворения цветков в период массового цветения, большого числа пыльцевых трубок в канале столбика и в завязи не наблюдалось. Более того, часть зародышевых мешков в цветке оказывалась вообще не оплодотворенной, по-видимому из-за нехватки пыльцы. Вследствие этого общее число образующихся семян в плоде в среднем не превышало 3-4-х штук (максимально возможно 6). В октябре отмечалось нарушение процесса диссеминации вследствие невскрывания плодов (причиной этому, вероятно, являлись климатические условия).

4. Оценка качества семян и температурные условия для прохождения латентного периода онтогенеза (доразвитие зародыша и прорастание семян)

4.1. Сравнительная морфометрическая оценка семян.

Независимо от места произрастания вид характеризуется четко выраженной гетерогенностью семян по морфометрическим показателям (длине, ширине и массе семени), размерам зародышей и. степени их дифференциации, а также степени выполненности и повреждения насекомыми. Это позволяет выделить 4 фракции семян - крупно- и мелкосемянную (выполненные семена), фракцию щуплых семян, лишенных зародыша и/или эндосперма и фракцию семян, поврежденных насекомыми (табл. 3).

Наибольший процент щуплых и поврежденных насекомыми семян оказался в Уссурийском районе (70,1% и 8% соответственно), что говорит о низкой семенной продуктивности Бюзсогеа трротса в данном районе.

Таблица 3. Морфометрическпе показатели семян Dioscorea nipponica из различных районов произрастания.

Районы обследования Фракция семян % от общ. кол-ва семян Длина семени, мм Ширина семени, мм Вес тыс. сем мг

Уссурийский район, дубняки,территории с нарушенным растительным покровом I (крупные) 12,1 4,25±0,12 5,99±0,18 125

II (мелкие) 9,8 3,10±0,08 4,87±0,08 97,56

Ш (щуплые) 70,1

IV (поврежд.) 8,0

Лазовский район, леса с Ргахтш тапс1з}1ипса, вторичные ивовые леса I (крупные) 49,3 4,08±0,06 6,25±0,1 116,28

II (мелкие) 10,7 3,18±0,0б 5,26±0,06 95,5

Ш (щуплые) 36,2

IV (поврежд.) 3,8

Чугуевский район, хвойно- широколкственные леса, территории с нарушенным растительным покровом I (крупные) 62,7 3,38±0,0б 5,41±0,07

II (мелкие) 36,7 3,36±0,12 4,48±0,1

III (щуплые) 0,43

IV (поврежд.) 0,14

Ханкайский район, заросли ивы западного побережья озера Ханка I (крупные) 50,8 3,31±0,12 5,62±0,09

П (мелкие) 12,8 3,02±0,08 4,26±0,09

Ш (щуплые) 35

IV (поврежд.) 1,33

Ботанический сад БИН РАН, С.-Петербург I (крупные) 51,3 3,64±0,1 5,61±0,11 108,69

II (мелкие) 48,7 2,68±0,1 4,71±0,1 57,34

Различия в морфометрических показателях семян I и II фракций связаны с различиями в размерах и степени дифференциации содержащихся в них зародышей. В семенах I фракции преобладали крупные зародыши с большей степенью дифференциации органов, с отчетливо различимой под стереоскопическим микроскопом проводящей системой. Зародыши мелких семян (И фракция) отличались меньшими размерами, а также наличием слабо развитой семядоли, почти не дифференцированной на пластинку и черешок и с тяжами прокамбия в зачаточном состоянии. Наиболее четко данная зависимость проявлялась в условиях интродукции (табл. 4).

Таблица 4. Размер зародыша (длина в мм) в семенах ИмБсогеа трротса из разных районов произрастания (на момент диссеминации и завершения доразвития при 1=23° С)

Район На момент диссеминации На Момент окончания доразвития На момент диссеминации На момент окончания доразвития

крупная фракция мелкая фракция

Уссурийский 1,11±0,06 2,58±0,17 0,96±0,03 2,16±0,05

Лазовский 1,06±0,03 2,52±0,03 . 0,93±0,03 2,4±0,15

Ханкайский 0,94±0,04 2,61±0,10 0,85±0,05 2,31±0,13

Чугуевский 0,92±0,03 2,4±0,16 0,79±0,02 1,85±0,15

С.-Петербург 0,9±0,04 2,47±0,14 0,64±0,03 2,27±0,08

4.2. Доразвитие зародыша п прорастание семян.

Доразвитие зародьппа происходит в течение 10 сут. при температуре 23°С. При температуре 0-3°С доразвитие зародыша не происходит. На момент окончания второго этапа развития семени (доразвитие) отмечается увеличение размеров зародыша (в 2,3-2,7 раза), дифференцирование элементов ксилемы и флоэмы, полное разрушение слоев клеток в микропилярной части эндосперма и значительное увеличение эндоспермальной полости, завершение специализации клеток окружающих структур семени.

Опыты по проращиванию семян показали, что крупные и мелкие семена из разных мест произрастания прорастают при оптимальной температуре 23°С в течение 15 сут. (табл. 5, 6). Разница во всхожести крупных и мелких семян составляла около 10%, за исключением семян из интродукции, где она достигала 50% и более.

Таблица. 5. Прорастание (в % ) фракции крупных семян при 1=23°С

Район Дни от начала опыта

1 3 5 7 9 11 13 15

Уссурийский 0 0 0 4,0±2,3 16,0±4,0 45±3,5 57,5±4,1 66,б±7,0

Ханкайский 0 0 0 43,25±0,9 | 68,0±1,6 83,2±1,5 89,2±1,9 91,2±1,7

Чугуевский 0 0 0 10,8±1,7 50,8±2,3 88,0±2,6 97,0±1,0 97,3±0,9

С.-Петербург 0 0 0 б±1,2 14,0±1,2 51,0±5,7 73,0±4,7 80,0±4,3

Таблица 6 Прорастание (в % ) фракции мелких семян при 1=23°С

Район Дни от начала опыта

1 3 5 7 9 11 13 15

Уссурийский 0 0 0 4,0±2,3 30,6±1,3 70,6±5,8 82,б±2,7 85,3±2,7

Ханкайский 0 0 0 39,3±2,9 57,0±2,0 72,3±2,1 81,0±3,3 81,3±3,4

Чугуевский 0 0 0 6,5±1,3 31,7±1,3 82,2±2,6 93,5±1,3 94,2±1,2

С.-Петербург 0 0 0 2,0±1,2 5,0±1,0 9,0±1,9 29,0±3,0 32,0±2,8

Семена В. трротса характеризуются морфологическим покоем, и для их успешного прорастания не требуется предварительная предпосевная подготовка.

Между размерами семян, степенью дифференциации зародьппа и конечным процентом прорастания существует зависимость, которая наиболее отчетливо проявляется у семян растений-интродуцентов. Семена крупной фракции имеют преимущественно зародыши с более высокой степенью дифференциации на органы и характеризуются более высоким процентом прорастания.

5. Морфология проростков и переход в ювепильную фазу виргинилыюго периода онтогенеза.

Прорастание подземное. Пластинка семядоли остается в семени и выполняет гаусториальную функцию. Главный побег растения первого года жизни формирует

корневище; надземная фотосинтезирующая часть представлена первым настоящим листом проростка и боковым побегом, формирующимся из меристемы в пазухе чешуевидного листа. Корневище плагиотропное, представлено укороченными утолщенными междоузлиями (2—3 в естественных условиях, 3—4 - в лабораторных). На его дорзальной поверхности в пазухах чешуевидных листьев формируется система коллатеральных спящих почек (боковых побегов), за счет которых происходит возобновление растения в следующий вегетационный сезон. На вентральной поверхности расположены адвентивные корни.

Переход к ювенильной фазе виргинильного периода начинается с отмирания зародышевых органов и в лабораторных условиях отмечается в период с 75 по 90 дни от начала прорастания. В естественных условиях произрастания этот переход, по-видимому, осуществляется во второй половине вегетационного сезона, который составляет 190 дней.

6. Прохождение дальнейших фаз онтогенеза и способность к вегетативному размножению

Прохождение имматурной и матурной фаз виргинильного периода происходит в течение второго вегетационного сезона, при этом основным критерием перехода из одной фазы в другую является смена характера роста побега - с прямостоячего на вьющийся, и его листорасположения — с ложномутовчатого на очередное. Вступление мужских особей в генеративный период онтогенеза происходит на третий год вегетации, у женских - на четвертый или пятый. Появление способности растений к семенному размножению достигается на 4-5 год жизни, тогда как к вегетативному - намного позднее, в ходе поздних этапов генеративного периода. D. nipponica характеризуется неспециализированной формой вегетативного размножения - травматической, редко сенильной партикуляцией.

Глава IV. Обсуждение

В главе проведено сравнение результатов настоящего исследования с имеющимися литературными данными по различным видам рода Dioscorea, и выявлено большое сходство в развитии мужских и женских репродуктивных структур у разных видов. Данные, полученные в настоящем исследовании, позволяют уточнить и значительно дополнить цитоэмбриологическую характеристику не только вида D. nipponica, но и рода в целом.

У данного вида выявлена неустойчивость ряда цитоэмбриологических признаков: тип цитокинеза при микроспорогенезе, тип тетрад микроспор, тип семязачатков, их положение в завязи, положение полярных ядер центральной клетки в момент оплодотворения и др. Кроме того, развитие зародыша D. nipponica (класс однодольных растений) в некотором роде проявляет сходство с развитием зародыша двудольных, несмотря на то, что так называемый «чешуевидный орган», интерпретируемый рядом авторов (Beccari, 1870; R.Lawton, J.Lawton, 1967) как рудимент второй семядоли, ею не является, а является первым листом. Все это,

вероятно, говорит в пользу архаичности рода и особого положения семейства Dioscoreaceae - в основании филогенетической системы цветковых растений.

Рассмотрены вопросы, касающиеся полового диморфизма вида, опыления, активности движения спермиев в зародышевом мешке, однако для окончательного их решения требуются специальные дополнительные исследования.

Обобщены факторы, влияющие на качество семян как в естественных условиях произрастания, так и при интродукции, и сформулированы рекомендации по созданию искусственных популяций вида. При создании искусственных популяций следует учитывать, что получение семенного потомства вида осложнено относительно длительным прегенеративным периодом (3-4 года), а также отсутствием возможности прогнозирования оптимального соотношения мужских и женских особей для .получения максимального количества семян. Поэтому перспективными направлениями дальнейших исследований с целью расширенного воспроизводства ресурсов D. nipponica являются: 1) разработка методов тиражирования растений in vitro с использованием репродуктивных структур, которые позволят ускорить прохождение ранних фаз онтогенеза; 2) изучение механизмов детерминации пола - с целью управления этим процессом в создаваемых искусственных популяциях данного вида.

Выводы

1. Вид Dioscorea nipponica произрастает в различных фитоценотических условиях (Приморский край) и представлен, в основном, редкими экземплярами. Наиболее благоприятные условия для семенного размножения (оптимальные сроки вступления особей в генеративное состояние и созревания плодов) создаются в фитоценозах с небольшим видовым разнообразием и высокой степенью освещенности (особенно дубняки леспедециевые).

2. Протекание основных эмбриональных процессов и развитие репродуктивных структур Dioscorea nipponica в естественных условиях и при интродукции осуществляется сходно. Выявлен ряд цитоэмбриологических признаков: центростремительный тип формирования стенки пыльника (типовая вариация с дистальной стороны и компликатная вариация - с проксимальной, со стороны связника); симультанный (редко - промежуточный) тип формирования тетрад микроспор; тетраэдральные, изобилатеральные (редко - Т-образные) тетрады микроспор; анатропный (редко - ана-кампилотропный) семязачаток, наличие в семязачатке специализированных структур - нуцеллярного колпачка, постамента, подиума, гипостазы; заложение интегументов происходит на базе общих инициалей (внутренний интегумент дермального, наружный - дермально-субдермального происхождения); двойное оплодотворение премитотического типа; эмбриогенез сходный с Graminad-типом, нуклеарный тип эндосперма, но функционально близкий гелобиальному типу; эндотестально-экзотегминальные семена с оперкулумом, эпистазой, нуцеллярным эпидермисом, подиумом и гипостазой.

3. Анализ морфогенетических корреляций в развитии структур семени позволил выявить следующие структурно-функциональные особенности: трофическую функцию гипертрофированной интактной синергиды и гаусториальную функцию халазалыюй части эндосперма в раннем и среднем эмбриогенезе; продолжительное (в процессе доразвития зародыша) функционирование структур подиума, гипостазы, эпидермиса нуцеллуса и нуцеллярного колпачка - системы апикального, базального и периферического транспорта метаболитов-к развивающемуся зародышу.

4. Независимо от места произрастания семена D. nipponica характеризуются гетерогенностью по морфометрическим показателям, степени выполненности и повреждения насекомыми (4 фракции), размерам и степени дифференциации зародышей, явлением доразвития зародыша после диссеминации, морфологическим типом покоя. Оптимальная температура для доразвития зародыша и прорастания семян +23°С, при этом имеется тенденция зависимости между размерами семени, размером и степенью дифференциации зародыша и конечным - процентом прорастания, наиболее отчетливо проявляющаяся в условиях интродукции. •

5. Вегетативное размножение представлено неспециализированными формами - травматической и сенильной партикуляцией, и реализуется в ходе поздних этапов онтогенеза.

6. Сохранение и. расширенное воспроизводство D. nipponica в качестве ресурсного вида возможно посредством создания искусственных популяций, которые целесообразно осуществлять в областях с устойчивыми погодными условиями и относительно продолжительным вегетационньм периодом. При семенном размножении следует учитывать предложенные рекомендации: использование выполненных семян крупных фракций с более высокой степенью дифференциации зародыша, их проращивание при оптимальной температуре 23 С. Интенсификация вегетативного размножения возможна посредством искусственного деления корневищ на отрезки с учетом полового диморфизма особей.

По материалам диссертации опубликованы работы:

1. Torshilova A.A., Titova G.E., Batygina T.B. Female reproductive structures development and fertilization process in Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Abstracts of XVII International Congress on Sexual Plant Reproduction "Sexual Plant Reproduction in Nature and Laboratory" 9-13 July 2002, Lublin, Poland. P. 164.

2. Торшилова А. А, Титова Г.Е., Батыгина Т.Б. Развитие семязачатка и семени у Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Труды II Международной конференции по анатомии и морфологии растений. 14-18 октября 2002г., Санкт-Петербург, Россия, с. 187.

3. Torshilova A.A., Titova G.E., Batygina T.B. Female reproductive structures and seed development in Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Acta Biologica Cracoviensia, ser. Botanica, 2003. Vol. 45/1. P. 149-154.

4. Торшилова А.А., Титова Г.Е, Батыгина Т.Б. Двойное оплодотворение у Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Материалы XI съезда Русского ботанического общества «Ботанические исследования в азиатской России» (18-22 августа 2003 г., Новосибирск-Барнаул). Барнаул, 2003.

5. Torshilova А.А., Titova G.E., Batygina T.B. Double fertilization in Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Abstracts of XI International Conference on Plant Embryology "From Mendel to Molecular Biology". Sept. 1-3, 2003. Bmo, Czech Republic. P. 74.

6. Torshilova A.A., Batygina T.B. Male flower anther wall development in Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Abstracts of XVII International Botanical Congress. 17-23 July 2005. Vienna, Austria. P. 287.

7. Торшилова A.A., Батыгина Т.Б. Развитие стенки пыльника тычиночного цветка Dioscorea nipponica (Dioscoreaceae) // Ботанический журнал, 2005. Т. 90. №8. С. 1208-1215.

8. Torshilova А.А., Batygina T.B. Double fertilization in flowering plants on example of Dioscorea nipponica (Dioscoreaceae) //1 Международная школа для молодых ученых «Эмбриология и биотехнология». 4-9 декабря 2005. Санкт-Петербург, Россия. Р. 55

9. Поздова Л.М., Титова Г.Е., Торшилова А.А. Биология прорастания и качество семян Dioscorea nipponica Makino (Dioscoreaceae) // Растительные ресурсы. 2005. Вып. 2. С. 53-63.

Подписано в печать 20.08.07. Формат 60x841/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. листов 1,16. Тираж 120 экз. Заказ № 41

ЦОП типографии Издательства СПбГУ 199061, С-Петербург, Средний пр., д.41.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Торшилова, Алла Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Условия произрастания и характеристика фитоценозов с участием Dioscorea nipponica

2. Формирование репродуктивных структур Dioscorea nipponica в природных популяциях

2.1. Строение мужского цветка. Формирование пыльника, микроспорогенез и развитие пыльцевого зерна.

2.2. Строение женского цветка. Формирование семязачатка, мегаспорогенез и развитие зародышевого мешка.

2.3. Цветение, опыление и процесс оплодотворения.

2.4. Формирование семени

2.4.1. Развитие зародыша.

2.4.2. Развитие эндосперма.

2.4.3. Морфогенетические корреляции в развитии зародыша, эндосперма и структур семени.

2.4.4. Нарушения морфогенетических корреляций в развитии структур семени.

3. Формирование репродуктивных структур Dioscorea nipponica в условиях интродукции

4. Оценка качества семян и температурные условия для прохождения латентного периода онтогенеза (доразвитие зародыша и прорастание семян)

4.1. Сравнительная морфометрическая оценка семян.

4.2. Доразвитие зародыша и прорастание семян.

5. Морфология проростков и переход в ювенильную фазу виргинильного периода онтогенеза.

6. Прохождение дальнейших фаз онтогенеза и способность к вегетативному размножению

IV. ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Репродуктивная биология Dioscorea nipponica Makino"

Актуальность темы. Проблема сохранения биологического разнообразия, неистощительного использования и расширенного воспроизводства растительных ресурсов России является одной из актуальных проблем современной ботаники (Буданцев, 1998; Андреев, Горбунов, 2003). Сохранение генофонда редких и ресурсных видов растений неразрывно связано с успешным протеканием репродукционных процессов в популяциях и экосистемах. Основу репродукционных процессов составляют сложные интегрированные ! структуры (пыльник, семязачаток, семя), различные взаимодействия внутри которых обеспечивают формирование нового растительного организма. Воздействие экзогенных факторов на растение оказывает влияние большей частью на ход развития генеративных структур, приводя к нарушению процессов возобновления в экосистемах. Поэтому сохранение и воспроизводство естественного генофонда ресурсных растений невозможно без знания специфического характера взаимодействий и общей картины событий, происходящих с момента зарождения организма вплоть до образования им плодов, семян и проростков (Батыгина, 2004).

Одним из методов сохранения биоразнообразия и биологических ресурсов является интродукция растений на территории ботанических садов, питомников и т.д. Однако успешное семенное и вегетативное размножение вида в условиях интродукции во многом зависит от правильно выбранных условий с учетом особенностей репродуктивной биологии вида.

Репродуктивная биология - одна из быстро развивающихся отраслей современной ботаники, возникшей на стыке эмбриологии и ряда ботанических дисциплин (фитоценологии, морфологии, физиологии, генетики и др.), включает в себя широкий диапазон комплексных исследований с целью выявления закономерностей зарождения, развития и существования растительных организмов в различных условиях, а также их способность к размножению (Пономарев, 1969; Левина, 1981; Willson, 1983; Батыгина, 1999, 2000; Терехин, 1993).

Dioscorea nipponica (сем. Dioscoreaceae) относится к ценным ресурсным видам, является источником стероидных соединений (диосгенина) и основой для синтеза ряда гормональных препаратов (Яковлев, Блинова, 1999). Неконтролируемое использование дикорастущих растений данного вида, являющегося эндемичным, привело к сокращению численности популяций в ряде районов естественного произрастания. В связи с этим D. nipponica включена в перечень объектов растительного мира, занесенных в Красную книгу России 2005 года.

Dioscorea nipponica является реликтовым видом, сочетающим примитивные и продвинутые признаки, в связи с чем детальное изучение различных аспектов его репродуктивной биологии окажется полезным при решении проблем систематики и филогении.

Цель исследования - выявление закономерностей репродукции Dioscorea nipponica в местах естественного произрастания (Приморский край) и в интродукции (Ботанический сад БИН РАН, С.-Петербург) в связи с проблемой сохранения и оптимизации способов его размножения.

Задачи исследования:

1. Изучить фитоценотические условия произрастания растений D. nipponica и их способность к семенному размножению.

2. Выявить специфику репродуктивных структур и эмбриональных процессов (развитие пыльника, семязачатка, семени, микро- и мегаспорогенез, оплодотворения, эмбриогенеза и эндоспермогенеза) в естественных условиях произрастания и в интродукции.

3. Выявить морфогенетические корреляции и структурно-функциональные особенности в развитии семени.

4. Оценить качество семян из естественных мест произрастания и интродукции на основе: определения степени их выполненности, оптимальных температурных условий для прорастания (тип покоя) и анализа структуры проростков.

5. Определить способ вегетативного размножения и этап онтогенеза, на котором осуществляется его реализация.

6. Разработать рекомендации по оптимизации семенного и вегетативного размножения.

Научная новизна. Изучены эколого-фитоценотические условия произрастания вида в двух районах (Уссурийский, Шкотовский) Приморского края, обилие вида и сроки прохождения основных фенофаз (бутонизации, цветения, плодоношения). Впервые проведено сравнительное исследование развития репродуктивных структур и процессов у растений D. nipponica, произрастающих в естественных условиях и в условиях интродукции (особенности формирования пыльника, семязачатка, семени, микро- и мегаспорогенеза, оплодотворения, эмбрио- и эндоспермогенеза, окружающих структур семени) и выявлены морфогенетические корреляции между ними, обуславливающие нормальное прохождение процессов семенной репродукции. На основании полученных данных дополнена и уточнена цитоэмбриологическая характеристика D. nipponica (Dioscoreaceae). Выявлена неустойчивость ряда признаков, которая, вероятно свидетельствует в пользу архаичности данного семейства. Впервые выявлена гетероспермия, зависимость процента прорастания семян от размера и степени дифференциации зародыша, уточнен тип покоя семян. Изучены особенности строения семени в связи с явлением доразвития зародыша и выявлен ряд общих признаков для семян, относящихся к этой группе. Изучена биология прорастания семян и формирования корневища. Данные по репродуктивной биологии обогащают эмбриологию и могут быть полезны для уточнения спорных вопросов систематики и филогении не только рода, но и семейства в целом.

Практическая значимость работы. Выявлены оптимальные эколого-фитоценотические условия произрастания D. nipponica, способствующие семенному размножению, условия, при которых семенное размножение затруднено, а также причины низкой семенной продуктивности, в том числе при интродукции. Полученные результаты позволяют в значительной мере скорректировать условия для создания искусственных популяций данного вида. Выявленные морфогенетические корреляции и структурно-функциональные аспекты в развитии семязачатка и семени позволяют выделить критические стадии с целью управления процессом онтогенеза растения. На основании экспериментальных данных выявлены оптимальные условия для проращивания семян и сформулированы рекомендации для семеноводческих и селекционных целей. Кроме того, полученные результаты могут использоваться для разработки методик получения сырья в культуре in vitro.

Апробация. Материалы, содержащиеся в диссертационной работе, были доложены на XVII International Congress on Sexual Plant Reproduction (Lublin, 2002), на II Международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002), на XI съезде Русского ботанического общества (Барнаул, 2003), на XI International Conference on Plant Embryology (Brno, 2003), на XVII International Botanical Congress (Vienna, 2005), на I Международной Школе для молодых ученых (Санкт-Петербург, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов и списка литературы (162 наименования, из них 65 на иностранных языках). Работа изложена на 191 странице, включая 9 таблиц и 31 рисунок.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Торшилова, Алла Анатольевна

ВЫВОДЫ.

1. Вид Dioscorea nipponica произрастает в различных фитоценотических условиях (Приморский край) и представлен, в основном, редкими экземплярами. Наиболее благоприятные условия для семенного размножения (оптимальные сроки вступления особей в генеративное состояние и созревания плодов) в естественных условиях произрастания создаются в фитоценозах с небольшим видовым разнообразием и высокой степенью освещенности (особенно, дубняки леспедециевые).

2. Протекание основных эмбриональных процессов и развитие репродуктивных структур D. nipponica в естественных условиях и в интродукции осуществляется сходно. Выявлен ряд цитоэмбриологических признаков: центростремительный тип формирования стенки пыльника (типовая вариация с дистальной стороны и компликатная вариация - с проксимальной, со стороны связника); симультанный (редко - промежуточный) тип формирования тетрад микроспор; тетраэдральные, изобилатеральные (редко - Т-образные) тетрады микроспор; анатропный (редко - ана-кампилотропный) семязачаток; наличие в семязачатке специализированных структур - нуцеллярного колпачка, постамента, подиума, гипостазы; заложение интегументов происходит на базе общих инициалей (внутренний интегумент дермального, наружный - дермально-субдермального происхождения), двойное оплодотворение премитотического типа; эмбриогенез сходный с Graminad-типом, нуклеарный тип эндосперма, но функционально близкий гелобиальному типу; эндотестально-экзотешинальные семена с оперкулумом, эпистазой, нуцеллярным эпидермисом, подиумом и гипостазой.

3. Анализ морфогенетических корреляций в развитии структур семени позволил выявить следующие структурно- функциональные особенности: трофическую функцию гипертрофированной интактной синергиды и гаусториальную функцию халазальной части эндосперма в раннем эмбриогенезе; продолжительное функционирование структур подиума, гипостазы, эпидермиса нуцеллуса и нуцеллярного колпачка - системы апикального, базального и периферического транспорта метаболитов к развивающемуся зародышу (в том числе в процессе доразвития зародыша).

4. Независимо от места произрастания семена D. nipponica характеризуются гетерогенностью по морфометрическим показателям, степени выполненности и повреждения насекомыми (4 фракции), размерам и степени дифференциации зародышей, явлением доразвития зародыша после диссеминации, морфологическим типом покоя. Оптимальная температура для доразвития зародыша и прорастания семян +23 °С, при этом выявлена тенденция зависимости между размерами семени, размером и степенью дифференциации зародыша и конечным процентом прорастания, наиболее отчетливо проявляемая в условиях интродукции.

5. Вегетативное размножение представлено неспециализированными формами -травматической и сенильной партикуляцией, и реализуется в ходе поздних этапов онтогенеза.

6. Сохранение и расширенное воспроизводство D. nipponica в качестве ресурсного вида возможно посредством создания искусственных популяций, которые целесообразно осуществлять в областях с устойчивыми погодными условиями и относительно продолжительным вегетационным периодом. При семенном размножении следует учитывать предложенные рекомендации: использование выполненных семян крупных фракций с более высокой степенью дифференциации зародыша, их проращивание при оптимальной температуре 23 С. Интенсификация вегетативного размножения возможна посредством искусственного деления корневищ на отрезки с учетом полового диморфизма особей.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Торшилова, Алла Анатольевна, Санкт-Петербург

1. Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР / Под ред. П.С. Чикова М., -1980.-С. 340.

2. Батыгина Т.Б. Эмбриология пшеницы. JI., - 1974. - С. 206.

3. Батыгина Т.Б. Хлебное зерно. JI., - 1987. - С. 103.

4. Батыгина Т.Б. Васильева В.Е. Половая репродукция цветковых растений: формирование зиготы и типы кариогамии // Ботанический журнал. 2000. - Т. 85. - № 6. - С. 50-66.

5. Батыгина Т.Б., Шамров И.И. Колесова Г.Е. Эмбриология нимфейных и лотосовых. II. Развитие женских эмбриональных структур // Ботанический журнал. -1982. Т. 67. - № 9. - С. 1179-1195.

6. Батыгина Т.Б., Шамров И.И. Новый подход к трактовке структур базальной области семязачатка // Эмбриология цветковых растений / Под ред. Т.Б. Батыгиной. СПБ.: Мир и семья.- 1994. Т. 1.-С. 166-168.

7. Батыгина Т.Б., Терехин Э.С., Алимова Г.К., Яковлев М.С. Генезис мужских спорангиев Graminae и Ericaceae // Ботанический журнал 1963. - Т. 48. - № 8. - С. 1108-1120.

8. Буданцев А.Л. Краткий очерк растительности Ленинградской области // Иллюстрированный определитель растений / Под ред. А.Л. Буданцева, Г.П. Яковлева. М.:

9. Товарищество научных изданий КМК. 2006. - С. 7-14.

10. Васильев А.Е. О механизме движения спермиев // Ботанический журнал. -1996. № 9. - С.1.9.

11. Верхолат В.П., Крылов А.Г., Позолотина Н.А. Флора дубовых лесов Южного Сихотэ-Алиня. М., - 1980. - С. 153-198.

12. Гаммерман А.Ф., Гром И.И. Дикорастущие лекарственные растения. М.: Медицина, 1976.- С. 288.

13. Гицба Д.К. Диоскорея кавказская // Природа. 1968. - № 7. - С. 82-83. Гицба Д.К. Распространение Dioscorea caucasica Lipsky и методы ее рациональной эксплуатации // Растительные ресурсы - 1972. - Т. 8. - Вып. 3-4. - С. 577-587.

14. Герасименко И.И., Тропова Е.Ф. О прорастании семян некоторых видов диоскореи // Растительные ресурсы. 1966. - Т. 2. - Вып. 3. - С. 346-353.

15. Герасименко И.И., Тропова Е.Ф., Бучкова Т.А. Сравнительное испытание некоторых видов диоскореи в условиях Подмосковья // Сборник научных работ ВНИИ лекарственных растений. 1973. - Вып. 5. - С. 21-30.

16. Герасимова-Навашина Е.Н. Митотическая гипотеза двойного оплодотворения. ДАН СССР. 1947. - Т. 57. - № 4. - С. 395-398.

17. Герасимова-Навашина Е.Н. Двойное оплодотворение покрытосеменных и некоторые его теоретические аспекты // Проблемы эмбриологии / Под ред. Зосимовича В.П. «Наукова думка». Киев, -1971. С. 113-152.

18. Гончаров Н.Д. Семейство Диоскорейные -Dioscoreaceae // Флора СССР, IV. JL: АН СССР.- 1935.-С. 494-498.

19. Грушвицкий И.В. Роль недоразвития зародыша в эволюции цветковых растений. Комаровские чтения. M.,JI.: АнСССР. -1961. - С. 46.

20. Грушвицкий И.В. Семейство Диоскорейные (Dioscoreaceae) // Жизнь растений / Под ред. А.Л. Тахтаджяна. М.: Просвещение. - 1982. - Т. 6. - С. 228-241.

21. Даниличева JI.C. К биологии диоскореи ниппонской и кавказской в условиях Московской области // Сборник научных работ ВНИИ лекарственных растений. 1975. - Вып. 8. - С. 47-48.

22. Даниличева JI.C., Кондратенко П.Т. Изучение приемов культуры диоскореи ниппонской и диоскореи кавказской в условиях Московской области // Сборник научных работ ВНИИ лекарственных растений. -1971. Вып. 3. - С. 33-39.

23. Дикорастущие полезные растения России. СПб., - 2001. - С. 150.

24. Добрынин А.П. Дубовые леса российского Дальнего Востока. Биология, география, происхождение. Владивосток: Дальнаука. - 2000. - С. 259.

25. Иванов Г.И. Почвы Приморского края. Владивосток: Дальневосточное кн. изд-во. -1964. -С. 106.

26. Иванов Г.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. М.: Наука, - 1976. - С. 200.

27. Камелина О.П. Тапетум у ворсянковых (Dipsacaceae) и классификация типов тапетума у покрытосеменных // Тезисы докладов VI Делегат, съезда ВБО. JI., - 1978. - С. 78-79.

28. Камелина О.П. Пыльник // Сравнительная эмбриология цветковых растений. Winteraceae Juglandaceae. - Л.: Наука, -1981. - С. 18-21.

29. Камелина О.П. Новый подход к классификации типов тапетума // Эмбриология цветковых растений. СПб, - 1994. - Т.1. - С.56-60.

30. Камелина О.П. Эмбриологические признаки в филогенетической систематике цветковых растений // Ботанический журнал. 2000. - Т. 85. - № 7. - С. 22-33.

31. Камелина О.П., Яковлев М. С. Развитие пыльника и микрогаметогенез у представителей сем. Dipsacaceae и Morinaceae // Ботанический журнал. 1976. - Т. 61. - № 7. - С. 932-945.

32. Камелина О.П., Малдыбекова К.С. Развитие пыльника и пыльцевого зерна у Valerianaphu (Valerianaceae) // Ботанический журнал 1980. - Т. 65. - № 5. - С. 640-646.

33. Камелина О.П., Проскурина О.Б., Жинкина Н.А. К методике окраски эмбриологических препаратов // Ботанический журнал. 1992. - Т. 77. - № 4. - С. 93-96.

34. Камилова М. Особенности цветения и плодоношения видов рода Dioscorea в условиях ботанического сада АН УзССР // Интродукция и акклиматизация растений. 1977. - Вып. 14. -С. 134-136.

35. Киченко В.И. Интродукция диоскореи кавказской в Подмосковье // Растительные ресурсы.- 1968.-Т.4.-Вып.4.-С. 541-551.

36. Климатические параметры Восточно-Сибирского и Дальневосточного экономических районов (научно-справочное пособие) / Под ред. Анапольской JI.E. и Копанева И.Д. JL: Гидрометеоиздат, - 1979. - С. 390.

37. Колесников Б.П. Климат // Южная часть Дальнего Востока. / Под ред. Никольской В.В. -М.: Наука, -1969. С. 206-248.

38. Кондратенко П.Т., Даниличева JI.C. Введение в культуру диоскореи кавказской и диоскореи ниппонской // Совещание по вопросам изучения и освоения растительных ресурсов СССР. Новосибирск - 1968. - С. 106-107.

39. Комаров B.JI. Избранные сочинения. Флора Манчжурии. JL: Изд-во Ан СССР. -1949. - Т. 3 - Ч. 1 - С. 453-456.

40. Корнева Е.И., Демидова А.Д. Хозяйственная ценность популяций диоскореи кавказской и диоскореи ниппонской // Растительные ресурсы. 1973. - Т. 9. - Вып. 2. - С. 209.

41. Костюченко О.И. Лекарственные препараты растительного происхождения, исключенные из номенклатуры лекарственных средств // Растительные ресурсы. -1994. Т. 30. - Вып. 4. - С. 121-126.

42. Крылова И.Л. Dioscorea caucasica Lipsky ареал, морфология, биология и эколого-ценотическая характеристика//Растительные ресурсы. - 1996. - Вып. 4. - С. 1-13.

43. Куренцова Г.Э. Естественные и антропогенные смены растительности Приморья и Южного Приамурья. Новосибирск - 1973. - С. 230.

44. Ливеровский Ю.А. Почвы // Южная часть Дальнего Востока. / Под ред. Никольской В.В. -М.: Наука, 1969.-С. 159-205.

45. Миронова Т.Н. Слепян Э.И. Природа Ленинградской области и ее охрана. Л. - 1983. - С.275.

46. Москалюк Т.А, Фитоценотическая структура вторичных лесов // Отчет геоботанической лаборатории Горнотаёжной станции ДВО РАН. Июнь 2000. С. 25-41.

47. Нешатаев Ю.Н. Выборочно-статистический метод выделения растительных ассоциаций // Методы выделения растительных ассоциаций / Под ред. Александрова В.Д. Л. 1971.

48. Нешатаев Ю.Н. Геоботаническая характеристика типов леса заповедника «Лес на Ворскле» // Комплексные исследования биогеоценозов лесостепных дубрав / Под ред.

49. Нешатаева Ю.Н. JI. - 1986.

50. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. JI.: Наука. - 1985. - С. 1-347.

51. Никольская В.В. Общее строение рельефа. Палеогеография геоморфологического этапа и современные рельефообразующие процессы (в гл. Геологическое строение и рельеф) // Южная часть Дальнего Востока / Под ред. Никольской В.В. М.: Наука, - 1969. - С. 40-63.

52. Оганезова Г.Г. Систематическое положение семейств Trilliaceae, Smilacaceae, Herreriaceae, Tecophilaeaceae, Dioscoreaceae, объем и филогения порядка Asparagales (по данным структуры семян) // Ботанический журнал. 2000. - Т. 85. - № 9. - С. 9-25.

53. Панина В.В., Гольдберг Е.М., Мадаева О.С. К вопросу о гидролизе сапонинов различных видов диоскореи // Растительные ресурсы. 1968. - Т. 4. - Вып. 3. - С. 343-345.

54. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Колос. - 1970. - С.255.

55. Петрова JI.P., Сафина JI.K. Семейство Dioscoreaceae // Сравнительная анатомия семян. Т. 1. Однодольные. JI., - 1985. - С. 133-135.

56. Подцубная-Арнольди В.А. Характеристика семейств покрытосеменных растений по цитоэмбриологическим признакам. М.: Наука - 1982. - С. 352.

57. Полещук В.А. О некоторых закономерностях микроклимата в бассейне Кривого Ключа Горнотаежной станции // Биол. исследования на Горнотаежной станции. Уссурийск. ГТС ДВО РАН. - 1993. - С. 49-57.

58. Пономарев А.Н. Предмет и некоторые аспекты антэкологии // Вопросы антэкологии. JI. 1969.-С. 43-45.

59. Работнов Т.А. Жизненный цикл многолетних травянистых растений в луговых ценозах // Труды Ботанического ин-таим. В.Л.Комарова Академии Наук СССР. Серия III (Геоботаника). Вып. 6. - 1950. - С. 7-204.

60. Работнов Т.А. Некоторые вопросы изучения ценотических популяций // Бюллетень м. о-ва испытателей природы. Отд. Биологии, Т. LXXIV (1), 1969. - С. 141-149.

61. Растения для нас. Ред. Г.П. Яковлев, К.Ф. Блинова. СПб., - 1996. - С. 150.

62. Репин Е.Н., Чернышев В.Д. Интродукция сосен в дендрарии Горнотаежной станции. -Владивосток: Дальнаука, 2000. - С. 210.

63. Сапожникова Т.Г. Редкие сосудистые растения Хабаровского края и их охрана.

64. Владивосток. 1997. - С. 201.

65. Сацыперова И.Ф. Основные аспекты и методы изучения репродуктивной биологии травянистых растений при их интродукции // Проблемы репродуктивной биологии семенных растений. / Под ред. Терехина Э.С. СПб. - 1993. - С. 25-35.

66. Соколовская Т.Б. Семейство Dioscoreaceae // Сравнительная эмбриология цветковых растений. Однодольные. Butomaceae Lemnaceae. - JI.: Наука, - 1990. - С. 160-163.

67. Справочник по климату СССР. Л.: Гидрометеоиздат. - Вып. 26. Приморский край. -1996. - 4.2.-С. 216.

68. Тахтаджян A.JI. Морфологическая эволюция покрытосеменных. М.: МОИП. - 1948. - С.301.

69. Тахтаджян A.JI К вопросу о происхождении умеренной флоры Евразии // Ботанический журнал. 1957. - Т. 42. - Вып. 11.

70. Терёхин Э.С. Репродуктивная биология // Эмбриология цветковых растений. / Под ред. Батыгиной Т.Б. СПб.: Мир и семья. - 2000. - Т. 3. С.

71. Турова А.Д. Лекарственные растения, применяемые при атеросклерозе // Лекарственные растения и их применение. М.: Медицина. - 1974. - С. 424.

72. Турова А.Д., Сапожникова Э.Н., Вьен Дыок Ли. Лекарственные растения СССР и Вьетнама. М.: Медицина, - 1987. - С. 495.

73. Хейердал Т. Доколумбовы контакты с Америкой // Природа. 1968. - № 7. - С. 83-99. Шамров И.И. Развитие семязачатка и семени у Paeonia lactiflora (Paeoniaceae) // Ботанический журнал - Т. 82. - № 6. - 1997. - С. 25-29.

74. Шамров И.И. Транспорт метаболитов и возможные причины образования аберрантных семязачатков // Ботанический журнал. 2005. - Т. 90. - № 11. - 1651-1675.

75. Шретер А.И., Пименов М.Г., Васильева В.Д. О номенклатуре, распостранении и запасах сырья диоскореи советского Дальнего Востока// Растительные ресурсы. 1965. - Т.1 - Вып. 3.- С. 390-402.

76. Юрцев В.Н. Юрцева Н.С. Мужской гаметофит диоскореи ниппонской // Сборник научных работ ВНИИ лекарственных растений. 1970. - Вып. 1. - С. 4649.

77. Юрцев В.Н. Юрцева Н.С. Цитоэмбриологическое изучение диоскореи кавказской (Dioscorea caucasica Lipsky) //Доклады ТСХА. 1973. - Вып. 195. - С. 187-193.

78. Юрцев В.Н. Юрцева Н.С. Цитоэмбриологоческие особенности диоскореи балканской // Биология, селекция и семеноводство лекарственных культур. М., - 1982. - С. 31-33.

79. Юрцева Н.С. К эмбриологии диоскореи кавказской // Сборник научных работ ВНИИ лекарственных растений. 1975. - Вып. 8. - С. 112-113.

80. Якобсон Л.Я. Развитие пыльников у рододендрон // Известия АН Латв. ССР. 1968. - № 12.-С. 101-109.

81. Яковлев Г.П. Блинова К.Ф. Энциклопедический словарь лекарственных растений и продуктов животного происхождения. СПб. - 1999. - С. 405.

82. Ayensu E.S. Anatomy of the monocotyledons. Oxford: Ciarendon Press, - 1972. - P. 150. Batygina T.B., Vasilyeva V.E. Experimental study of embryo differentiation in angiosperms // Acta Soc. Bot. Polon. - 1981. - 50(1-2). - P. 257-264.

83. Beccari O. Nota suirembrione delle Dioscoreaceae // Nuovo G. bot. ital. 1870. - Vol. 2. - P.150.

84. Baskin C.C., Baskin J.M. Seeds. Ecology, biogeography and evolution of dormancy and germination. London, - 1998. - P. 280.

85. Blunden G., Hardman R. Dioscorea belizensis Lundell as a source of Diosgenin // J. Pharm. and Pharmacol. 1963. - Vol. 15. - № 4. - P. 60-80.

86. Butuzova O.G., Titova G.E, Pozdova L.M. Peculiarities of seed development completed beyond maternal plant (the phenomenon of "underdeveloped embryo") // Bull, of the Polish Acad, of sciences. Biol, sciences. 1997. - 45 (2-4). - P. 267-275.

87. Bouman F. Seed Structure and Systematics in Dioscoreales // International Symposium "Monocotyledons: systematics and evolution". The Royal Botanic Gardens, Kew. 18-23. July -1993.-P. 139-156.

88. Burkill I.H. Organography and evolution of Dioscoreaceae, the family of the Yams. // The Journal of the Linnean Soc. of London. 1960. - Vol. 56. - № 367-368. - P. 319-412.

89. Carniel К. Das Antherentapetum von Zea mays // Oster. Bot. Ztschr. -1961. Bd 108. - № 1. - S. 89-96.

90. Corell D.S., Schubert B.G., Gentry N.S. and Hawley W.O. The search for plant precursors of cortisone // Econ. bot., 1955. - Vol. 9. - № 4.

91. Cresti M., Tiezzi A., Pierson E.S. Pollen and pollen tube cytoskeleton // Proceedings of the XI International symposium Embryology and seed reproduction (Leningrad, USSR. July 3-7,1990) St. Petersburg, Nayka. -1992. - P. 127

92. Cronquist A. An integrated system of classification of flowering plants // Columbia Univ. Press, -New York.-1981.-P. 1262.

93. Dahlgren R.M., Clifford H.T. and Yeo P.F. The families of the monocotyledons. Structure, evolution and taxonomy. Springer Verlag, Berlin. - 1985. - P. 520.

94. Davis G.L. Systematic embriology of the Angiosperms. New York; London; Sydney, - 1966. -P. 528.

95. Dellaporta S.L. Calderon-Urrea A. Sex determination in flowering plants // The Plant Cell. -October 1993. Vol. 5. - P. 1241-1251.

96. Diels L. Flora von Central China // Bot. Jahrb., 1900. - Vol. 29.

97. Dolezel J., Gohde W. Sex determination in dioecious plants Melandrium album and M. rubrum using high-resolution flow cytometry// Cytometry. 1995. - Vol. 19. - P. 103-106.

98. Durand B. and Durand R. Sex determination and reproductive organ differentiation in Mercurialis //Plant Sci. -1991. Vol. 80. - P. 49-65.

99. Galoch E. The hormonal control of sex differentiation in dioecious plants of henp (Cannabis sativa) // Acta Soc. Bot. Pol. 1978. - Vol. 47. - P. 135-161.

100. Giral F. Las dioscoreas en la industria farmaceutica // Rev. Soc. Farm. Cuba. - 1957. - Vol. 5. -№10.

101. Guignard J.L. Embryologie vegetale. Embriogenie des Dioscoreacees. Development de Г embryo n chez le Tamus communis L.Note // C.r. Acad. Sci, Paris. - 1963a. - Vol. 256. - № 14. - P. 3172-3175.

102. Heslop-Harrisson J., Heslop-Harrisson Y. Myosin associated with the surfaces of organelles, vegetative nuclei and generative cells in angiosperm pollen grains and tubes // J. Cell Sci. 1989. -Vol. 94.-Pt.2.-P. 319-325.

103. Herr J.M. Endosperm Development in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. // Acta Biologica Cracoviensia- Ser. Botanica-1999. 41. - P. 103-109.

104. Huber H. Die Samenmerkmale und Verwandtschaftsverhaltnisse der Liliifloren // Botanischen Staatssammlung. Munchen. - 1969. - S. 219-539.

105. Huber H. Angiospermen:Leitfaden durch die Ordnungen und Familien der Bedecktsamer. -Stuttgart. -1991. -P. 160.

106. Okagami N., Kawai M. Dormancy in Dioscorea: Differences of temperature responses in seed germination among six species // Bot. Mag. Tokio. 1982. - N 95. - P. 155-162.

107. Okagami N. Dormancy in Dioscorea: different temperature adaptation of seeds, bulbils and subterranean organs in relation to North-South distribution // Bot. Mag. Tokio. 1986. - N 99. - P. 15-27.

108. Parker J.S. Sex chromosomes and sexual differentiation flowering plants // Chromosomes Today. 1990.-Vol. 10. -P. 187-198.

109. Periasamy K., Swamy B.G. L. Morphology of anter tapetum of angiosperms // Curr. Sci. 1966. -Vol. 35. -№17. -P. 427-431.

110. Prain D., Burkill I.H. Dioscoreacees // Lecomte H. Flore generale de L'Indo-Chine. Paris, 1908. -T. 6.-P. 690-745.

111. Prain D., Burkill I.H. A synopsis of the Dioscoreas of the Old World, Africa excluded, with descriptions of new species and of varieties // From the Journal and Proceedings, Asiatic Society of Bengal (New series). -1914. Vol. X. - № 1. - P. 41.

112. Prain D., Burkill I.H. On account of the genus Dioscorea in the East. Part I. The species which twine to the left // Ann. Bot. Gard. Calcutta. - 1936. - Vol. 14. - P. 210.

113. Rao N.A. Embriology of Dioscorea oppositifilia LII Phytomorfology, 3. - 1953. - P. 121-126. Rao N.A. Embriology of Trichopus zeylanicus Gaertn // J. Indian Bot. Soc. - 1955. - 34. - P. 213-221.

114. Rao V.R., Bammi R.N. and Randhawa G.S. Interspecific Hibridization in the Genus Dioscorea II Ann. Bot. -1973. Vol. -37. - P. 395-401.

115. Rao and Verma. Materials towards a monocot Flora of Accam-III // Bulletin of The Botanical Survey of India. 1973. - Vol. 15. - P. 194-203.

116. Robinson I. Die Farbungsreaction der Narben, Stigmatochromie, als morphologische Blutenuntersuchungenmethode // Sitzungsber. Acad. Wiss. 1929. - Bd 133. - Hf. 6. - S. 181-211.

117. Sadie S. and Okereke O.U. Flowering, Pollen Grain Germination, Fruiting, Seed Germination and Seedling Development of White Yam, Dioscorea rotundata Poir // Ann. Bot. 1975. - 39. - P. 597-604.

118. Schols P., Furness C.A., Wilkin P., Smets E., Cielen V., Huysmans S. Pollen morphology of Dioscorea (Dioscoreaceae) and its relation to systematics // Botanical Journal of the Linnean Society. -2003-143.-P. 375-390.

119. Schols P., Wilkin P., Furness C.A., Huysmans S., Smets E. Pollen evolution in yams (Dioscorea: Dioscoreaceae) // Systematic Botany. 2005. - Vol. 30. - № 4. - P. 750-758.

120. Shamrov I.I. Structural and functional aspects of ovule development in some flowering plants // Proc. XI Intern. Symp. "Embryology and seed production", Leningrad, USSR. 1990. St. Petersburg. - 1992.-P.-501-502.

121. Smith P.M. The development of the embryo and seedling of Dioscorea villosa II Bull. Torrey Bot. CI.,-1916.-43.-P. 545-558.

122. Soueges R. L'hypophyse et l'epiphyse: les problemes d'histogenese qui leur sont lies // Bull. Soc. Bot. France, 1934. - 81: - 737-748.

123. Sterling C. The affinities of Princepa (Rosaceae) // Amer. J. Bot. 1963. - Vol.50. - N 7. - P. 765-783.

124. Strasburger E. Einige Bemerkungen zur Frage nach der "doppelten Befruchtung" bei den Angiospermen // Bot. Zeitung (Berlin), 1900. - 58(19-20). - P. 293-316.

125. Suessenguth K. Beitrage zur Frage des systematischen Anschlusses der Monokotylen // Beih. bot. Zbl.- 1921.-38.-Ab.2.-P. 1-79.

126. Takeuchi Y. Embryo Sac Development in Dioscorea japonica Thunb. // Acta Phytotax. Geobot. July. 1972. - Vol. 25. - № 2-3. - P. 57-60.

127. Takeuchi Y., Iwao T. and Akahori A. Cromosome numbers of some Japanese Dioscorea species // Acta Phytotax. Geobot. Sept. 1970. - Vol. 24. - № 4-6. - P. 168-172.

128. Takeuchi Y., Kimura C. On the embrio sac formation of Dioscorea nipponica Makino and D. tokoro Makino // Sci. Rep. Tohoku 1968. - Univ. - Ser.4 (Biol.) - 34. - P. 137-140.

129. Takhtajan A. Diversity and classification of flowering plants. Columbia University Press. New York. - 1997.-P. 589.

130. Vasilyeva V. E. Batygina T.B., Titova G.E. Morpho-physiological correlations in the development of the reproductive structures of Nelumbo nucifera Gaertn. // Phytomorphology, -1987. 37 (4). - P. 349-358.

131. Wall M., Fenske C.S., Kenney H.E., Willaman J.J., Correll D.S., Schubert B.G., N.S. Gentry. Steroidal sapogenins and other constituens // J. Amer. Pharm. Ass., 1957. - 46 - P.l 1.

132. Warming E. Untersuchungen iiber pollenbildende Phyllome und Kaulome // Bot. Abh. Gebiet. Morphologie und Physiologie. 1873. - Bd 2. - H. 2. - S. 1-90.

133. Warming E. Observation sur la valeur sistematique de l'ovule // Mindeskrift Yapetus Steenstrump, Kjbenavn. -1913.- T. 24. P. 1-45

134. Willson M.F. Plant reproductive ecology. New York ect. - J. Willey & Sons - 1983. - P. 282.1. Благодарности