Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Таксономическое и ресурсоведческое исследование дальневосточных видов трибы Cardueae
ВАК РФ 03.00.05, Ботаника
Автореферат диссертации по теме "Таксономическое и ресурсоведческое исследование дальневосточных видов трибы Cardueae"
На правах рукописи
РГ5/ ОД 2 4 ИЮП 2000
ЗАРЕМБО Елена Владимировна
ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ И РЕСУРСОВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ВИДОВ ТРИБЫ САМ>11ЕАЕ (АБТЕЯАСЕЛЕ)
03.00.05 - " Ботаника " 03.00.32- " Растительные ресурсы "
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Владивосток 2000
Работа выполнена в лаборатории хемотаксономии растений Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН
Научные руководители:
кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник Э. В. Бойко, академик РАН, доктор биологических наук, профессор П. Г. Горовой
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук В. В. Татаринов,
кандидат биологических наук Л. М. Пшенникова
Ведущая организация: Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток
Защита диссертации состоится " /<? " июля 2000 г. в часов на заседании Диссертационного совета Д.003.99.03 при Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159. '
Автореферат разослан " 6 " июня 2000 г.
Ученый секретарь диссертационного совета .
кандидат химических наук ^/^Фс^^ Н. А. Командрова
ЕШМ&ыЗ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Одной из задач ботанического ресурсоведения является введение в официальную медицину новых видов лекарственных растений и обеспечение надежной сырьевой базы для производства фитопрепаратов. Исследование уникальной и своеобразной флоры Дальнего Востока России и практическое использование ее представителей в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности является в настоящее время актуальным. Потенциал лекарственной флоры Дальнего Востока и возможности ее практического применения очень велики, но фактическое использование ее видового состава не превышает 1%, что объясняется относительно слабой изученностью дальневосточных лекарственных растений. Особую группу в этом отношении составляют викарные виды, близкие к фармакопейным, но не имеющие официального статуса. Главным препятствием для введения викариантов в официнальную практику является их недостаточная изученность. Прежде всего эта проблема заключается в необходимости определения точного систематического положения лекарственного растения.
По количеству видов, используемых в медицине, выделяется сем. Asteraceae Dumort., однако, многие из них еще не вошли в официальную фармакопею. Необходимость исследования дальневосточных родов Atractyiodes DC., Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw., Leuzea DC.), Serratula L., Synurus lljin, относящихся к трибе Cardueae Dumort., обусловлена широким использованием этой группы сложноцветных в восточной и официальной медицинах. Дальневосточный вид Rhaponticum satzyperovii lljin близок к сибирскому Rhaponticum carthamoides (Willd.) lljin, препараты которого входят в Государственную фармакопею IX и X изданий (Шретер, 1975). Rh. carthamoides является одним из широко используемых источников адаптогенных средств из сем. Asteraceae. Основными действующими веществами, определяющими фармакологические свойства этого растения, являются фитоэкдистероиды (полигидроксилированные стерины). В настоящее время экдистероидсодержащие препараты рекомендуются при астенодепрессивных состояниях, неврастении, а также в качестве тонизирующего, адаптогенного, анаболического и кардиотропного средства (Сыров и др., 1976, 1989а, 19896; Балтаев, 1978). Выделенный из корневищ Rh. carthamoides 20-гидроксиэкдизон входит в состав тонизирующего препарата "Экдистен" (Куракина, Булаев, 1990). На предприятиях по производству "Экдистена" в качестве сырья используются только корневища Rh. carthamoides, собираемые преимущественно в дикорастущих популяциях, площадь которых катастрофически сокращается (Тимофеев, 1998, 2000), поэтому в настоящее время актуален поиск новых продуцентов 20-гидроксиэкдизона.
Цель и задачи исследования Целью работы является морфолого-географическое, карпологическое и стоматографическое исследование дальневосточных видов трибы Cardueae s. I. для решения таксономических вопросов и оценки возможности их использования в качестве источников биологически активных веществ. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
— изучить морфолого-анатомическое строение семянок на поперечных и продольных срезах и выявить признаки, имеющие диагностическое значение на различных таксономических уровнях;
— изучить строение эпидермальных клеток и устьичного аппарата листа и оценить возможности использования стоматографического анализа в систематике изучаемой группы;
— уточнить систематическое положение спорных дальневосточных видов трибы Cardueae;
— выявить новые перспективные источники 20-гидроксиэкдизона (20Е) среди дальневосточных видов трибы Cardueae s. I.;
— провести сравнительное исследование состава и распределения 20Е в дальневосточных видах трибы Cardueae s. I. и фармакопейном сибирском виде Rh. caiihamoides.
Научная новизна Впервые исследована структура семянок на поперечных и продольных срезах видов трибы Cardueae: Atractylodes ovata (Thunb.) DC., Serratilla manshurica Kitag., S. coronata L., S. komarovii lljin, S. centauroides L., Synurus deltoides (Ait.) Nakai, Stemmacantha uniflora (L.) Dittrich (Rhaponticum uniflorum (L.) DC.), S. uniflora subsp. satzyperovii (lljin) Dittrich {Rh. satzyperovii lljin) и проведено сравнительно-стоматографическое исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа перечисленных выше видов, а также 7 видов рода Serratula из других регионов. Подтверждена самостоятельность видов S. komarovii и S. centauroides. Предложены новые комбинации S. coronata subsp. manshurica (Kitag.) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov., Stemmacantha uniflora var. satzyperovii (lljin) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov. Впервые 20-гидроксиэкдизон обнаружен в вегетативных и генеративных органах S. coronata subsp. manshurica, S. komarovii и Stemmacantha uniflora var. satzyperovii и установлено, что перспективным продуцентом этого соединения является S. coronata subsp. manshurica.
Практическая значимость работы Результаты исследования морфолого-анатомического строения семянок могут быть использованы для выяснения филогенетических связей видов, родов и подтриб в семействе Asteraceae, а также решения вопроса о взаимоотношении подтриб Carlineae, Echinopsideae, Cardueae в составе Cardueae s. I., так как до настоящего времени вопрос о статусе и объеме подтриб в этой трибе не решен. Результаты исследования строения эпидермиса и устьичного аппарата листа позволяют диагностировать виды. Сведения о составе и распределении 20-гидроксиэкдизона могут быть использованы при создании новых лекарственных препаратов. Serratula coronata subsp. manshurica рекомендуется в качестве перспективного источника получения 20-гидроксиэкдизона, так как его содержание в плодах в 19 раз выше, чем в подземных органах сибирского фармакопейного вида Rhaponticum carthamoides.
Апробация работы Материалы диссертации были представлены на "Региональнальной естественно-научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых" (Владивосток, Россия, 1997), научной конференции ТИБОХ ДВО РАН "Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии" (Владивосток, Россия, 1997), "Международной конференции, посвященной 50-летию Ботанического сада-института ДВО РАН" (Владивосток, Россия, 1998), на "XVI International Botanical Congress" (Saint Louis, USA,
1999), на конференции "Химия и технология растительных веществ" (Сыктывкар, Россия,
2000), на "VII Молодежной конференции ботаников" (Санкт-Петербург, Россия, 2000).
Публикации По теме диссертации опубликовано 12 работ в отечественных и
международных изданиях.
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего 418 наименований (в том числе 201 на иностранных языках), приложения. Работа изложена на 152 страницах текста, иллюстрирована 57 рисунками, 14 таблицами.
Автор работы выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность научным руководителям: к. б. н. Э. В. Бойко и академику П. Г. Горовому, а также д. х. н. У. А. Балтаеву, сотрудникам лаборатории хемотаксономии растений ТИБОХ ДВО РАН и сотрудникам лаборатории молекулярного анализа ДВГУ за всестороннюю помощь, постоянное внимание и поддержку при выполнении работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Работа выполнена в лаборатории хемотаксономии растений Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН.
Материал для карпологического, стоматографического и химического исследований был собран в течение 1996-1999 гг. во время экспедиционных работ в Лазовском, Надеждинском, Спасском, Хасанском, Ханкайском, Шкотовском районах Приморского края. Использованы также образцы растений, хранящиеся в гербариях Главного Ботанического сада РАН (МНА), Биолого-почвенного института ДВО РАН (VLA), Ботанического института РАН (LE), Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН (ТИБОХ). Фотографии анатомического строения семянок и эпидермиса листа получены с помощью микроскопа AMPLIVAL "cytology" (Carl Zeiss, ФРГ).
2.1. Методика карпологического исследования
Анатомию околоплодника исследовали с помощью микроскопа "ICS Standard-25" (Carl Zeiss, ФРГ) на поперечных и продольных срезах в средней части семянок. Сухие семянки предварительно в течение 3 сут. размягчали в смеси этанола, глицерина и воды (1:1:1), а затем кипятили 10-20 мин. Приготовление препаратов и заключение материала проводили по стандартной методике (Фурст, 1979). При описании структур семянок использовали общепринятую терминологию (Сравнительная анатомия семян, 1985; Эмбриология цветковых растений, 1997).
2.2. Методика стоматографического исследования
Сравнительно-морфологическое изучение устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа проводили методом мацерации с использованием свежего и фиксированного материала. В качестве мацерирующего раствора применяли смесь Шульце (КСЮз и конц. HNO3). Мацерацию проводили при комнатной температуре в течение 2-3 сут., кутикулярные мембраны окрашивали сафранином.
Устьичный индекс (SI) определяли по формуле (Stace, 1965): St St - число устьиц на единицу площади;
—-х 100% = SI Ее - число эпидермальных клеток листа (ЭКЛ) на единицу площади.
St + Ее
Частный устьичный индекс определяли по формуле (Kästner, 1972):
Sto - число устьиц на 1 мм2 верхнего эпидермиса; Sto х (Stu + Zu) Stu - число устьиц на 1 мм2 нижнего эпидермиса;
Stu х (Sto + Zo) Zo - число эпидермальных клеток листа на 1 мм2 верхнего эпидермиса;
Zu - число ЭКЛ на 1 мм2 нижнего эпидермиса.
При описании эпидермальных структур листа использовали терминологию, предложенную С. Ф. Захаревич (1954). Биометрические показатели обрабатывали методами вариационной статистики (Лакин, 1990).
2.3. Методика исследования 20-гидроксиэкдизона (20Е)
Образцы для исследования высушивали до сухого состояния при температуре 60° С.
Основными стадиями процесса выделения суммы экдистероидов явились: 1) экстракция 70 % этанолом, 2) обработка гексаном, 3) многократное извлечение фитоэкдистероидов бутанолом, 3) растворение сухого остатка в метаноле с последующей обработкой этилацетатом, 4) удаление хлопьевидного осадка, 5) растворение сухого остатка в 50% этаноле, 5) обратнофазовая высокоэффективная жидкостная хроматография (ОФ-ВЭЖХ).
Для хроматографического разделения экстракта применяли препаративную тонкослойную хроматографию (смесь силикагеля L5/40 mmk (ЧССР), окиси алюминия (II степень активности по Брокману) и гипса, 3 :2 : 0,16 по весу). Для хроматографического разделения использовали систему хлороформ- этанол - ацетон (6:2:1).
Идентификацию очищенного образца 20Е проводили методами УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопии. УФ-спектры получали на спектрофотометре Specord М-40. Инфракрасные спектры снимали ИК-спектрофотометре Specord IR-75 и Perkin-Elmer 983. Спектр 1Н- ЯМР снимали на ЯМР-спектрофотометре Bruker АС-250, WM-250 в CD3OD при рабочих частотах 250 Мгц и 62.5 Мгц соответственно относительно сигнала тетраметилсилана в качестве внутреннего стандарта. В работе приводится УФ-спектр 20Е и продуктов его дегидратации, а также 1Н- ЯМР спектр 20Е, выделенного из плодов S. coronata subsp. manshurica.
Содержание 20Е определяли с помощью жидкостного хроматографа Shimadzu LC-6A (Japan), методом ОФ-ВЭЖХ на колонке (150x4.5 mm, диаметр пор 5 fjm) Zorbax-ODS; элюент ацетонитрил-вода (60:40). Разделение проводили в изократическом режиме, скорость потока 0.5 мл/мин; объем проб 0.8-5 pi, УФ-детектор А= 242 нм. Количественный анализ 20Е проводили с помощью интегратора Shimadzu Chromatopac (C-R4A) (Japan), методом абсолютной калибровки по соотношению на хроматограммах площадей пиков точных концентраций стандарта и анализируемых веществ. Для построения калибровочной кривой образец 20Е растворяли в этаноле (1 мг/1мп). Аликвоты 0.8-1.5 мл стандарта были использованы для построения калибровочной кривой с коэффициентом корреляции 0.982 (программа EqFit).
ГЛАВА 2. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ВИДОВ ТРИБЫ CARDUEAE (ASTERACEAE)
2.1. История класификации сем. Asteraceae и положение трибы Cardueae в системе семейства
Asteraceae (Compositae) является крупным и сложным в таксономическом отношении семейством высших растений. В настоящее время оно насчитывает более 1500 родов и около 23000 видов, объединяемых в 3 подсемейства и 17 триб (Bremer, 1994). До настоящего времени вопросы взаимоотношения подтриб Carlineae, Echinopsideae, Cardume, а также филогенетических связей видов, родов и подтриб в составе трибы Cardueae s. I. окончательно не решены. В разделе 1 анализируются работы ряда авторов (De Candolle, 1815; Cassini, 18211827; Lessing 1832; Bentham, 1876; Hoffmann, 1894; Dittrich, 1966, 1968a, 1970, 1977, 1985; Bremer, 1987, 1994), посвященные классификации семейства Asteraceae и определению естественных границ трибы Cardueae.
В работе используется классификация Cardueae, предложенная К. Bremer (1994), в которой триба рассматривается как монофилетическая группа, включающая 4 подтрибы: Echinopsidinae Dumort., Carlininae Dumort., Carduinae Dumort., Centaureinae Dumort.
2.2. Род Atractylodes DC.
На территории Дальнего Востока России род Atractylodes DC. представлен одним видом -A. ovata и его ареал охватывает Приморье, Приамурье, Северо-Восточный Китай, Японию, п-ов Корея. Количество видов, относящихся к этому роду до настоящего времени остается неопределенным.
Ещё В. Л. Комаров (1907) во "Флоре Маньчжурии" указывал, что Atractylodes ovata "по листьям сильно изменчив". На основании строения листовой пластинки он описал 3 новых
Ещё В. Л. Комаров (1907) во "Флоре Маньчжурии" указывал, что Atractylodes ovata "по листьям сильно изменчив". На основании строения листовой пластинки он описал 3 новых формы: f. ternata Кот., f. pinnatifolia Кот., f. lyratlfolia Кот., а также привел f. simpHcifolia Löes. и f. amurensis Freyn.
В. H. Ворошилов (1966,1982, 1985) для Приморья, западного и южного Амура приводит Atractylodes ovata (Thunb.) DC.
Ботаники Кореи, Китая и Японии описали ряд видов на основании макроморфологических признаков - габитуса растения, характера рассеченности листовой пластинки. Во флористических сводках китайских, корейских и японских авторов вид дробится на ряд мелких видов или понимается широко.
Т. Nakai (1911) для Кореи, J. Matsumura (1912) и Т. Makino (1940) для Японии приводят Atractylis ovata Thunb. Виды данного рода в упомянутых работах отнесены к роду Atractylis L.
S. Kitamura (1937) в работе "Compositae Japonicae" указывает 2 вида: Atractylodes coreana (Nakai) Kitam. - для Кореи и Маньчжурии и A. japónica Koidz. ex Kitam. для Маньчжурии. J. Ohwi (1965) для Японии, Кореи и Маньчжурии приводит лишь один вид A. japónica Koidz. ex Kitam.
S. Chu (1987) во" Flora Republicae Popularis Sinicae" указывает 5 видов рода Atractylodes: A. coreana, A. japónica, A. lancea (Thunb.) DC., A. carlinoides (Hand.-Mazz.) Kitam., A. macrocephala Koidz. В синонимах A. japónica указаны 2 разновидности Комарова (1907): Atractylis ovata (Bunge) DC. var. ternata Кот. и A. ovata Thunb. f. pinnatiñda Kom.
T. Lee (1993) в работе "Illustrated Flora of Korea" вместо трех приводимых ранее для Кореи видов Atractylodes: A. japónica Kltag., A. chlnensis DC., A. koreana Kitam., указывает один Л. japónica Koidz. с перисто-рассеченными листьями, а в синонимах этого вида указывает Atractylodes koreana Kitam. Y. Lee (1996) для Кореи приводит только один вид Atractylodes japónica.
При исследовании Atractylodes в различных условиях произрастания и критическом просмотре гербарного материала отмечена высокая вариабельность растений, особенно листовых пластинок. Варьирует высота растений, степень ветвления стебля, длина черешка, степень рассеченности листа (от цельных до перисто-рассеченных), форма сегментов листа (от округло-яйцевиднйх до узкообратнояйцевидных). Полиморфизм растений обусловлен условиями среды обитания, а отличающиеся морфологическими признаками популяции следует считать только экоформами. В работе подробно описаны признаки вегетативных и генеративных органов A. cvata, а также морфометрические показатели листовой пластинки растений.
2.3. Род Serratilla L.
Состав рода Serratula на Дальнем Востоке остается неопределенным. В литературе о флоре Дальнего Востока и в публикациях по таксономии сем. Asteraceae нет единого мнения в отношении видового состава рода Serratula.
М. М. Ильин в 1928 г. при обработке материала, собранного ботаниками в период с 1862 по 1909 гг. из различных районов Японии, описал S. insularis lijin, а также S. koreana lljin no образцам, собранным в 1907-1908 гг. в Корее. Для Амурского и Уссурийского флористических районов он описал (1928) S. komarovii lljin.
М. Kitagawa (1935) при изучении флоры Маньчжурии описал новый вид S. manshurica Kitag. и отметил, что он более близок к S. соronata, чем к S. koreana и S. insularis. Позже, Kitagawa (1939) в "Lineamenta Florae Manshuricae" указан S. coronata, а описанный им ранее вид S. manshurica поместил в синонимы S. coronata. Однако, в 1979 году Kitagawa предлагает новую комбинацию S. coronata var. manshurica (Kitag.) Kitag.
S. Kitamura (1937) для Японии приводит лишь один вид Serratula - S. insularis, a S. koreana и S. coronata (р. р.) считает синонимами этого вида.
полиморфное растение, у которого сильно варьирует величина корзинок и их количество. Для этой территории она описывает новую разновидность - S. coronata var. orientáis Boriss.
В. H. Ворошилов (1966,1982) для Дальнего Востока России указывает S. coronata, a S. marishurica считает его синонимом.
Во флористических обработках последних лет ботаники Японии (Ohwi, 1965), Китая (Chu, 1987) и Кореи (Т. Lee, 1993; Y. Lee, 1996) пришли к единому мнению в отношении S. coronata. Они признали существование только S. coronata, а виды S. insularis, S. когеапа и S. manshurica считают подвидовыми таксонами S. coronata.
В. Ю. Баркалов (1992) приводит S. manshurica и S. komarovii и отмечает, что S. komarovii близок к S. centauroides и, возможно, является его разновидностью.
Сравнительное изучение дальневосточного вида S. manshurica и образцов S. coronata из Западной Европы, европейской части России, Западной и Восточной Сибири выявили значительное сходство макро- и микроморфологических признаков этих видов, а также полиморфность дальневосточных растений (высота стебля, размер и число корзинок, степень ветвления верхней части стебля). Выявленные различия недостаточны для признания самостоятельности S. manshurica и это позволяет считать S. manshurica внутривидовым таксоном на уровне подвида. Основными макроморфологическими отличительными признаками рассматриваемых таксонов являются: 1) высота растений, 2) степень ветвления стебля в верхней части, 3) степень опушения листочков обертки, 4) размер семянок.
Карпологическое и стоматографическое исследования позволили установить следующие отличительные признаки: 1) размер семянок, 2) высота эпидермальных клеток спермодермы, 3) тип листа. Общая структура семянок у иследованных видов идентична.
Сравнительный анализ дальневосточных видов S. centauroides и S. komarovii позволил выявить значительные отличия рассматриваемых таксонов, которые подтверждают их видовой статус.
Видовыми диагностическими признаками S. centauroides и S. komarovii являются: 1) морфологическое строение прикорневых, нижних и средних стеблевых листьев (размер листовой пластинки, длина черешка, характер рассеченности листовой пластинки, наличие цельной верхушечной доли листа, количество боковых сегментов и их ширина), 2) длина цветоноса, 3) степень облиственности стебля; 4) размер и цвет семянок, 5) степень утолщенное™ стенок эпидермальных клеток перикарпия, 6) наличие фпабофенов в эпидермальных клетках перикарпия; 7) размер эпидермальных клеток, их количество на ед. поверхности, 8) форма антиклинальных стенок эпидермальных клеток, 9) устьичный индекс верхнего и нижнего эпидермисов листа, 10) частный устьичный индекс.
2.4. Род Synurus lljin
Synurus - Сростнохвостник, монотипный род, представленный одним видом, произрастает в Китае, Монголии, Западной Сибири, Корее, Японии (Brenner, ,1994). Род Synurus описан M. М. Ильиным в 1926 году на основании Serratuia atripiicifolia (Trev.) Benth. T. Nakai (1927) предложил новую комбинацию с приоритетным видовым названием Synurus deltoides (Ait.) Nakai, которое принято во флористических сводках для российского Дальнего Востока.
Во "Флорах" Японии (Makino, 1910,1940), Китая (Chu, 1987) и Кореи (Т. Lee, 1993; Y. Lee, 1996) существуют различные точки зрения в отношении видового состава рода. Kitamura (1937) привел 4 вида рода: Synurus excelsus (Makino) Kitam., S. palmatopinnatifidus (Makino) Kitam. var. indivisa Kitam., Synurus pungens (Fr. et Savat.) Kitam. и S. deltoides. Kitagawa (1979) указал S. deltoides и отметил, что на территории южной части Маньчжурии экземпляры этого вида неоднородны.
Т. Lee (1993) приводит 3 вида рода Synurus: S. exelsus, S. palmatopinnatifidus var. indivisa и S. deltoides. Однако, в работе Y. Lee (1996) S. deltoides приводится в качестве синонима S.
palmatopinnatifidus var. individus. Chu (1987) для флоры Китая указывает S. deltoides, а многочисленные виды и внутривидовые таксоны, описанные в основном японскими и корейскими авторами (Makino, 1910; Kitagawa, 1979; Kitamura, 1937) помещает в синонимы этого вида.
Анализ образцов S. deltoides из различных природных популяций, выявил, что на юге Дальнего Востока (Амурская область, Приморье, Хабаровский край, Сахалин) произрастают растения одного фенотипа.
2.5. Род Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw.)
Таксономия видов родов Rhaponticum Ludw. и Leuzea DC. сложна и запутанна.
Название "Rha Porticum" применяли для лекарств из корней растений, принадлежащих различным семействам растений. H. Воск (1572) и G. Bauhin (1671) употребили название Rhaponticum для Rheum (Polygonaœae) и Centaurea. Впоследствии было сделано много попыток для описания Rhaponticum как естественного рода. Наиболее важными для понимания таксономии родов Rhaponticum и Leuzea являются работы M. Dittrich (1968, 1973, 1984) и J. Holub (1973, 1974). Dittrich (1973) выявил новые диагностические признаки для Leuzea и Rhaponticum и считал их самостоятельными родами. Holub (1973) проанализировал возможности использования признаков, выявленных Dittrich (1973), для идентификации видов рассматриваемых родов и установил, что многочисленные признаки, важные для таксономии на родовом уровне у Centaureinae, являются общими у Leuzea и Rhaponticum, что оправдывает их объединение в одну группу под приоритетным названием Leuzea. Однако, Dittrich (1973, 1984) придерживается противоположного мнения и после заключения Генерального Комитета IAPT (International Association of Plant Taxonomy) о том, что родовое название, известное в настоящее время как Rhaponticum, должно быть изменено на Stemmacantha Cass., предлагает и законно обосновывает новые комбинации 17 видов, 5 подвидов в роде Stemmacantha. В настоящей работе мы принимаем точку зрения М. Dittrich.
Во флористических сводках Японии (Ohwi, 1965), Китая (Chu, 1987) и Кореи (Т. Lee, 1993; Y. Lee, 1996) нет единого мнения в отношении видового состава Rhaponticum.
Kitagawa (1979) для Западной Сибири, Монголии, Амурского и Уссурийского регионов, а также Маньчжурии, Кореи и Китая указывает Rhaponticum uniflorum (L.) DC. Chu (1987) принимает точку зрения Dittrich (1984) и указывает для флоры Китая Stemmacantha uniflora (L.) DC., a Rh. satzyperovii рассматривает в качестве синонима. Т. Lee (1993) приводит Rhapontica uniflora Hill. Y. Lee (1996) признает название рода, обоснованное J. Lamarck (1778) -Rhaponticum Lam., и считает, что на территории Кореи произрастает Rh. uniflorum.
Изучение гербарных образцов Rhaponticum и наблюдение над растениями этого рода в различных регионах Дальнего Востока России, включая "locus classicus" Rh. satzyperovii, показало, что признаки указанные для этого вида в качестве отличительных, не выдержаны. Выявлено, что растения, произрастающие на территории Приморья, отличаются от типичных образцов Rh. uniflorum более широкими, почти цельными или редко зубчатыми по краю долями листа, а также наличием цельной, ромбовидной, конечной доли листа у прикорневых листьев. Высота растений, диаметр корзинок, степень опушения стебля и форма листьев непостоянны и обусловлены, по нашему мнению, модификационной изменчивостью. Сравнительно-стоматографическое и карпологическое исследования не выявили различий в структуре листовой пластинки и морфолого-анатомическом строении семянок. Изученные признаки недостаточны для признания видовой самостоятельности Rh. satzyperovii и этот таксон следует рассматривать как разновидность Rh. uniflorum. Предлагается новая комбинация Stemmacantha uniflora var. satzyperovii (Soskov) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov.
ГЛАВА 3. КАРПОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ ТРИБЫ CARDUEAE
Для решения вопросов систематики в семействе Asteraceae важное значение имеет морфолого-анатомическое исследование семянок. Строение семянок сложноцветных разнообразно и в то же время константно в объеме различных таксономических групп, что позволяет выявить отличия не только родов, но и видов. Морфолого-анатомические признаки семянок приведены в табл. 1,2.
В результате исследования строения семянок видов трибы Cardueae s. I. выявлены признаки специфичные на уровне рода: 1) толщина покровов семянки; 2) соотношение толщины перикарпия и спермодермы; 3) строение мезокарпия (специализация паренхимных клеток, формирование секреторных каналов и кристаллов оксалата кальция); 4) топография эпидермальных клеток спермодермы: размер, форма, ориентация на продольном и поперечных срезах по отношению к поверхности семянки, характер утолщенное™ радиальных стенок.
Толщина покровов семянки
Соотношение толщины перикарпия и спермодермы является характерным признаком рода и имеет важное значение для решения вопросов родовой классификации Cardueae. Толщина покровов варьирует у изученных видов в широких пределах от 25-45 мкм у Atractylodes ovata до 660 мкм у Synurus deltoides. A. ovata относится к подтрибе Carlininae, для представителей которой характерны тонкие немногослойные покровы семянок и отсутствие палисадного ряда макросклереид, что резко отличает виды этой подтрибы от представителей подтриб Cardueae и Centaureinae. Виды рода Serratula имеют сравнительно толстые перикарпий и спермодерму. Толщина покровов в межреберных участках таксонов трибы варьирует от 60-70 мкм (S. coronata) до 148 мкм (S. centauroides), в ребрах от 90-110 (S. coronafa) до 215 мкм (S. centauroides).
Для видов рода Stemmacantha характерны толстые покровы семянок, особенно хорошо развита эпидерма спермодермы (толщина достигает 52-70% от общей толщины покровов). Максимальная толщина покровов семянки обнаружена у Synurus deltoides, но спермодерма у этого вида тонкая, не более 10-16% от общей толщины покровов. Для S. deltoides характерно мощное развитие перикарпия, толщина которого достигает в межреберных участках 450-480 мкм, в ребрах 650 мкм, что примерно в 20-25 раз превышает высоту эпидермальных клеток спермодермы (продольный срез).
Строение мезокарпия У исследованных видов рода Serratula мезокарпий довольно своеобразен и представлен наружным (паренхимная ткань, состоящая из нескольких рядов тонкостенных клеток) и внутренним (склеренхимная ткань) слоями (рис. 1). Кроме того, в мезокарпии формируются специфические структуры: кристаллы оксалата кальция и секреторные каналы.
В мезокарпии Synurus deltoides наблюдается сложная дифференциация тканей. Он образован паренхимными клетками со спиральными утолщениями (гидроциты). Гидроцитные клетки на продольном срезе прозенхимной формы, формируют 44-50 рядов. В периферической зоне мезокарпия они значительно меньше по высоте, чем клетки, примыкающие к спермодерме. Кроме того, для S. deltoides наличие кристаллов оксалата кальция и секреторных каналов схизогенного происхояодения, которые находятся в периферической части перикарпия (рис. 2).
Топография эпидермальных клеток спермодермы Эпидермальные клетки (ЭК) спермодермы (размер, форма, их ориентация на продольном и поперечном срезах по отношению к поверхности семянки, характер утолщения
Рис. 1. Анатомическое строение семянок ЭепаШ согопа1а эиЬзр. тапвЬипса (1), 3. котатч!У (2), & сеМаиго^ёев (3) на поперечном (а) и продольном (б) срезах. Условные обозначения: гидроциты (г), интегументальный тапетум (ит), кристалл (кр), кутикула (к), мезодерма (м), основание волоска (осе), паренхимные клетки перикарпия (пп), проводящий пучок перикарпия (п), проводящий пучок спермодермы (пс), склеренхима (с), секреторный канал (ск), эпидерма спермодермы (эс), эпидермальные клетки перикарпия (эп). Масштабная линейка-0.1 мм.1--
Рис. 2. Анатомическое строение семянок Atractylodes ovala (1), Synurus deltoides (3), Stemmacantha uniflora (2) на поперечном (а) и продольном (б) срезах. Условные обозначения см. на рис. 1. Масштабная линейка- 0.1 мм.
радиальных стенок) у видов одного рода сходны и не играют роли в дифференциации видов, но они уникальны по строению и являются диагностическим признаком рода.
ЭК спермодермы Atractylodes ovata тонкостенные, паренхиматические, узкопродолговатые, 25 мкм дл., 5 -7 мкм выс. (поперечный срез), вытянуты в тангенциальном направлении как на поперечном, так и на продольном срезах. Морфолого-анатомическая структура семянок A. ovata соответствует общей модели анатомического строения семянок представителей подтриб Carlininae (роды Carlina L„ Atractylis L.J и Echinopsidinae (Echinops L.j. У видов этих подтриб покровы семянок тонкие, немногослойные, перикарпий паренхиматический, спермодерма образована узкими продолговатыми тонкостенными паренхиматическими ЭК, ориентированными в тангенциальном направлении. Подобная структура семянок характерна для видов родов Atractylis (Fourment et al., 1957), Carlina (Dittrich, 1957) и Echinops (Lavialle, 1912).
Строение спермодермы исследованных видов Serratula и Stemmacantha сходно со строением спермодермы других представителей подтриб Centaureinae (Crupina Cass., Carthamus L., Amberboa (Pers.) Less., Centaurea L. ) и Carduineae (Sylibum Adans., Cirsium Hill, Saussurea DC.) Спермодерма у исследованных видов состоит из эпидермиса и нескольких слоев мезодермы. ЭК спермодермы - макросклереиды, с сильно утолщенными стенками, вытянуты в радиальном направлении и формируют палисадный ряд клеток. Согласно Dittrich (1977), подобное строение эпидермиса является характерным константным признаком представителей подтриб Carduineae и Centaureinae. Кроме того, ЭК спермодермы (продольный срез) могут быть ориентированы не строго перпендикулярно поверхности семянки, а под углом, что наблюдается у исследованных нами видов рода Serratula. Выявить данную особенность возможно только на продольном срезе, так как поперечный срез проходит через несколько рядов клеток и эпидермис кажется многорядным. Эта особенность строения ЭК послужила причиной ошибочных утверждений об обнаружении многослойного эпидермиса у видов рода Carthamus (Hanaussek, 1911; Ebert, Knowles, 1965).
Спермодерма у всех исследованных нами видов рода Serratula сходна по строению и является диагностическим признаком рода. ЭК спермодермы широкопрямоугольные, 64 мкм выс., 12.8 мкм шир., формируют палисадный ряд и расположены под углом 32-36° по отношению к поверхности семянки (продольный срез). Радиальные стенки клеток сильно утолщены (толщина стенок достигает 5.12 мкм), тангенциальные стенки остаются неутолщенными. Полость клетки имеет вид узкого канала, расширяющегося в области тангенциальных стенок (продольный срез).
У видов рода Stemmacantha ЭК спермодермы узкопрямоугольные, от 150 до 180 мкм выс., 10 -12.8 мкм шир., их радиальные стенки сильно утолщены (толщина стенок достигает 5 мкм), тангенциальные остаются паренхиматическими. Полость клетки имеет вид узкого канала. В отличие от рода Serratula, эпидермальные клетки Stemmacantha uniflora ориентированы в радиальном направлении на поперечном и продольном срезах.
Для Synurus deltoides (подтриба Centaureinae) характерно своеобразное строение ЭК спермодермы. Подобное строение не наблюдается у изученных нами Serratula, Stemmacantha, а также у других представителей подтрибы Centaureinae (Гочу, 1973; Чаргоглян, 1975; Черник, 1984; Karawya et al., 1974; Singh et ai., 1984). Характерный признак для всех представителей подтрибы Centaureinae (наличие палисадного ряда ЭК спермодермы, вытянутых в радиальном направлении), у Synurus отсутствует. Эпидермальные клетки S. deltoides овальной формы, толстостенные, утолщены равномерно (в отличие от Serratula и Stemmacantha), с хорошо заметной слоистостью (толщина стенок 1.5-2 мкм), высота клеток в 3, 6-7 раз соответственно меньше, чем у видов родов Serratula и Stemmacantha (поперечный срез). На продольном срезе клетки прямоугольной формы, 128-160 мкм дл. и вытянуты в тангенциальном (у Serratula и
ТАБЛИЦА 1. Морфологические признаки семянок видов трибы Сагс1иеае
Вид Длина, мм Ширина, мм Форма семянок Характер апикальной части Цвет Опушение Длина хохолка, мм
поперечная ось продольная ось продольный срез поперечный срез
Atractylodes ova/a 6.5 1.5-2 3 продолговато-оСратнояйцевидная эллиптически-четырехугольная без окраины светло-бурый + 8-10
Serratula comnata 6.5-7 1.2-1.5 ' 2.2-2.5 продолговато-обратнояйцевиднзя эллиптическая без окраины соломенно-желтый - 10-15
S. comnata subsp. manshuríca 6-6,5 1.0 1.5 продолговато-обратнояйцевидная эллиптическая без окраины соломенно-желтый - 10-15
S. cenfauroides 4.7-5 1.5 2 обратно-конусовидная эллиптически-четырехугольная неравномерно-городчатэя соломенно-желтый - 4.5-5
S. komarovii 6-6.5 ..1.5. 2.2-3 обратно-конусовидная эллиптически-. четырехугольная неровная буро-коричневый - 5-7
Synurus deltoides 6.5-7.3 2 2.5 продолговато-обратнояйцевидная эллиптическая коронка с зубцами соломенно-желтый - 8-10
Stemmacantha uniflora 5.8-6 2 3 обратно-конусовидная эллиптически-четырехугольная коронха с зубцами буро-коричневый - 10-16
S. uniflora var. salzyperovii 5.5-6.1 2 3 обратно-конусовидная эллиптически-четырехугольная коронка с зубцами буро-коричневый - 10-16
ТАБЛИЦА 2. Анатомические признаки семянок видов трибы Сагс1иеае
Вид Толщина кутикупы, мкм Толщина перикарпия, мкм Размер ЭКП, мкм (поперечный срез) Наличие флобафе- новв ЭКП Наличие кристаллов Наличие секреторных каналов Размеры ЭКС, мкм (продольный срез) Размер клеток ИТ, мкм (поперчный срез)
между ребрами в ребрах высота ширина высота длина высота ширина
Atractylodes ovata 1.0 25-38(40) 2542(45) (7.7)10-12.8 90-128 — — — 5-7 25-38.4 17.9 17.9-20
Serratula coronata 2.5 25-40 61-64 7.7-13 7.6-11 — + — 28-33 10.2 7.5-10 20.5-25.6
S coronata subsp. mansburica 5 30-40 60-75 10-25 10-25 - + - 64-66 23.0 7.7-10 30-40
S centauroides 2.56 51-76 64-135 10-12.8 7.7-12 + 68-70 12.8 7.5-10 17.5-25
S. komarovii 1.3 45-52 77-117 4-5.2 12 8 ■ — + 64 12.8 7.5-10 20-25
Synurus deltoides 10.25 385-480 527-649 153 25.6 —, + + + 20-25 128-160 10.2-12.5 12.8-25.6
Stemmacantha uniflora 10.24 25-80 100-153 12.8-18 12 8-15 + — — 150-180 10-12.8 _ —
S. uniflora var. satzyperovii 10.2 20-90 100-150 12.0-18 12.0-15 + - - 150-180 10-13.0 — —
Примечание: ИТ- интегументальный тапетум; ЭКП -эпидермальные клетки перикарпия, ЭКС эпидермальные клетки спермодермы, "+" - наличие признака,"-" - отсутствие признака,"—,+ "- присутствует только в некоторых ЭКП.
Stemmacantha в радиальном) направлении. Особое строение ЭК спермодермы ставит под сомнение принадлежность Synvrus deltoides подтрибе Centaureinae.
В результате исследования морфолого-анатомического строения плодов трибы Cardueae s. I. нами установлены диагностические признаки, позволяющие идентифицировать виды: 1) топография эпидермальных клеток перикарпия, 2) наличие в них флобафенов, 3) наличие кристаллов оксалата кальция, их топография и локализация, 4) наличие и расположение секреторных каналов в мезокарпии.
Топография эпидермальных клеток перикарпия
Для видов рода Serratula характерно специфическое строение эпидермальных клеток (ЭК) перикарпия. Так, ЭК зрелых семянок S. coronata subsp. manshurica и S. coronata тонкостенные, кубовидной формы, 10-25 мкм вые., 10-25 мкм шир. (S. coronata subsp. manshurica) или 7.7-13 мкм выс., 7.6-11 шир. (S. coronata). Эпидермальные клетки S. centauroides овальные, слегка вытянуты в радиальном направлении, с равномерно утолщенными стенками, 12-15 мкм выс., 12.8 мкм шир.; у S. komarovii клетки прямоугольной формы, 4-5.2 мкм выс., 10-25 мкм шир., вытянуты в тангенциальном направлении, полость клеток заполнена флобафенами, в результате этого семянки имеют темно-бурую окраску.
Наличие и расположение секреторных каналов Секреторные каналы (СК) играют важное значение в таксономии Cardueae s. I. (Dittrich, 1977). Так, еще Р. Lavialle (1912) указывал, что перикарпий Serratula coronata полностью лишен СК на всех стадиях развития семянки, что отличает его от других видов этого рода: S. cerinthefolia Sibth., S. pennatifida Poir., S. radiata L., S. tinctoria L. Секреторные каналы обнаружены у видов рода Carthamus (Chauhan, 1972; Singh, Pandey, 1984), Centaurodendron и Yunquea (Carlquist, 1958), Serratula, Amberboa и видов некоторых секций рода Centaurea (Dittrich, 1977).
Секреторные каналы схизогенного происхождения с выстилающим эпителием обнаружены в мезокарпии у исследованных видов родов Serratula и Synurus. У видов S. centauroides и S, komarovii СК крупные, в числе 4, располагаются в ребрах семянки. Под ними находятся остатки элементов проводящих пучков. У S. coronata subsp. manshurica и S. coronata СК не обнаружены. Такие же каналы обнаружены в периферической части мезокарпия у Synurus deltoides. Причем, в одном ребре локализовано несколько (обычно 2) мелких каналов, которые не связаны с проводящими пучками и не оказывают влияния на величину ребра.
Наличие кристаллов оксалата кальция, их топография и локализация Кристаллы оксалата кальция во внутренней области паренхимы покровов семянок обнаружил Lavialle (1912) у Cousinia histríx Mey., Cynara cardunculus Willd., Serratula tinctoria, Carduus, Cirsium. Тип кристаллов, по мнению Dormer (1962) коррелирует с другими морфологическими признаками (морфологическая структура пыльцы, наличие секреторных каналов в цветке). У Carthamus baeticus и Centaurea cyanus обнаружены кристаллы в клетках интегумента (Singh, Pandey, 1984).
У исследованных нами Serratula coronata и S. coronata subsp. manshurica кристаллы расположены во внутренней зоне перикарпия, прилегающей к спермодерме. Они полигональной формы, 60 - 70 мкм дл„ 4.3 - 5.2 мкм выс. (продольный срез). У S. centauroides и S. komarovii кристаллы отсутствуют.
Для Synurus deltoides характерны кристаллы игловидной формы 51.2 - 76.8 мкм дп., 7.5 - 7.7 мкм выс. (продольный срез) и локализованы на границе перикарпия и спермодермы.
ГЛАВА 4. СТОМАТОГРАФИЯ И СИСТЕМАТИКА ТРИБЫ CARDUEAE
Сравнительно-стоматографический анализ широко используется для решения таксономических проблем в различных семействах (Дариев, 1982; Баранова, 1992). Сведения о структуре эпидермиса листа представителей семейства Asteraceae имеются в работах D. D. Pant и P. Kidway (1972), A. Kästner (1972), Д. Нинова (1973), К. Napp-Zinn и М. ЕЫе (1977), К. Napp-Zinn и К. Hängst (1989).
Сравнительное исследование эпидермальных клеток и устьичного аппарата листа дальневосточных видов: Atractylodes ovata, Serratilla coronata, S. coronata subsp. manshurica, S. komarovii, S. centauroides, Synurus deltoides, Stemmacantha uniflora, Stemmacantha uniflora var. satzyperovii, а также 7 видов рода Serratula из других регионов позволило выявить признаки константные на уровне рода (преобладающий тип листа, число, форма и расположение околоустьичных клеток, размер устьиц, их строение), а также признаки, позволяющие идентифицировать виды (форма, размер основных эпидермальных клеток и их количество на единицу поверхности, строение антиклинальных стенок эпидермальных клеток, количество устьиц, устьичный индекс, частный устьичный индекс). Морфометрические показатели эпидермиса исследованных видов приведены в табл. 3,4.
Тип устьичного аппарата
Типам устьичного аппарата листа (УА) в настоящее время в систематике придается особое таксономическое и диагностическое значение (Baranova, 1972; Голышева, 1974; Анели, 1985; Остроумова, 1985, 1987), так как этот признак отличается высокой стабильностью и практически не изменяется в различных экологических условиях в пределах конкретного вида.
У всех исследованных видов родов Atractylodes, Serratula, Synurus, Stemmacantha УА аномоцитного типа на верхней и нижней сторонах листа (рис. 3). Аномоцитный тип УА был обнаружен нами при изучении эпидермиса листа видов родов: Sonchus L., Prenanthes L., Galinsoga Ruiz et Pav., а также другими исследователями у видов рода Carlina L (Kästner, 1972), у 35 видов рода Centaurea L. (у некоторых видов найден анизоцитный тип УА, но аномоцитный является преобладающим) (Нинова, 1973), у 15 родов трибы Anthemideae {Achillea L., Anacyclus L., Anthémis L., Artemisia L., Dendranthema (DC.) DesMoul., Leucanthemum Mill., Matricaria L.) (Napp-Zinn et al., 1977).
У изученных видов трибы Cardueae s. I. устьица одиночные, располагаются хаотично. У края листа и у жилок определенной ориентации устьиц не наблюдается. Устьица окружены 3-5, чаще 4 клетками. Околоустьичные клетки, примыкающие к замыкающим клеткам по форме и размерам не отличаются от основных эпидермальных клеток (ЭК). Определенной ориентации околоустьичных клеток не наблюдается, однако, в некоторых случаях околоустьичные клетки располагаются определенным образом: 2 клетки примыкают к боковым сторонам замыкающих клеток (параллельно длинной оси устьица) и 2 к полюсам устьица, но так как околоустьичные клетки не отличаются по структуре, форме и размерам от остальных ЭК, то в данном случае этот тип устьичного аппарата мы также относим к аномоцитному. Кроме того, устьица иногда окружены 3 соседними клетками, из которых одна иногда меньше двух других, но и в этом случае мы рассматриваем этот тип устьичного аппарата как аномоцитный, так как ЭК варьируют по размеру в широких пределах и к устьицу могут прилегать как крупные, так и мелкие клетки. Подобное расположение околоустьичных клеток наблюдается на верхнем и нижнем эпидермисе листа у всех исследованных представителей трибы Cardueae s.l. По нашему мнению, аномоцитный тип УА является преобладающим в семействе Asteraceae, поэтому тип УА вряд ли может быть использован в таксономии на уровне рода и вида.
Б
а б а б
Рис. 3. Верхний (а) и нижний (б) эпидермис листа Serratilla coronata subsp. manshurica (А), S.komarovii{Б), S. coronata (В), S. centauroides(Г), Atractylodes ovata (Д), Synurns deltoides (E), Stemmacantha uniflora (Ж), S. uniflora var. satzyperovii (3). Масштабная линейка -0.1 мм. А-Д •-■ ; Е-3 --•
Топография устьичного аппарата Форма устьиц у изученных представителей трибы варьирует незначительно. Устьица у большинства видов овальные, овально-продолговатые (виды рода Serratilla и A. ovafa) или почти округлые (S. deltoides). Размеры устьиц в пределах конкретного вида непостоянны: встречаются мелкие, средние и крупные. У видов рода Serratilla обнаружены мелкие (25-28 мкм дл., 19.8-25 мкм шир.), средние (28-33 мкм дл., 25-28 мкм шир.) и крупные (33-38 мкм дл., 28-33 мкм шир.). Размер устьиц имеет диагностическое значение на уровне рода. Для Afracfy/odes ovafa характерны крупные, продолговатые устьица 29.7-36.3 мкм дл., 24.8-33 мкм шир., у Synurus deltoides обнаружены самые мелкие из всех изученных представителей трибы Cardueae, округлые устьица 17.9-23.04 мкм дл., (14)15.36-17.92 мкм шир.
Количество устьиц считается признаком, который варьирует в очень широких пределах, так как этот показатель в значительной степени зависит от условий произрастания растений и фазы развития листа. Так, у видов рода Serratilla количество устьиц на 1 мм2 верхней поверхности листа (ВПЛ) колеблется в широком диапазоне (Cv = 68% - сильновариабельный признак), число устьиц на 1 мм2 на нижней поверхности листа (НПЛ) более стабильный признак (Cv = 28,7 %). Полностью отсутствуют устьица на ВПЛ у S. coronata subsp. manshurica. Небольшое количество устьиц на ВПЛ наблюдается у S. coronata (28±8) и S. komarovii (24+14). Для других видов рода Serratilla характерно от 65 до 118 устьиц на ВПЛ. На НПЛ отмечается от 73 до 190 устьиц. Максимальное их количество встречается у S. suffruticosa (190+20). Эти различия достаточно отчетливы и могут быть использованы для идентификации видов.
Однако, следует отметить, что количество устьиц на ВПЛ и НПЛ у разных родов может отличаться значительно и являться одной из важнейших характеристик видов этих родов. Так, у рода Atractylodes ovata число устьиц на 1 мм2 варьирует от 44 до 70, в то время как у Synurus deltoides от 391 до 481.
Наиболее важным признаком для идентификации видов считается частота устьиц (УИ -соотношение числа устьиц к числу эпидермальных клеток). У исследованных видов УИ варьирует: от 0% до 18.8% - для ВПЛ; от 12.8% до 22.6 % - для НПЛ. Известно, что УИ характеризует степень ксероморфности вида. Чем выше УИ (т. е. чем выше частота устьиц), тем выше степень ксероморфности вида (Kästner, 1972). Данный признак (частота устьиц на ВПЛ) позволяет разделить исследованные виды на группы:
0 % - мезофиты (Atractylodes ovata, S. coronata subsp. manshurica, Synurus deltoides); 1-10 % - мезо-ксерофиты (Serratula coronata, S. komarovii, Stemmacantha uniflora, S. uniflora var. satzyperovii);
10-18.6% - ксерофиты (Serratula centauroides, S. tinctoria, S. radiata, S. marginata, S. suffruticosa, S. erucifolia).
Для характеристики эпидермиса и идентификации видов имеет значение частный устьичный индекс (УИч), предложенный Kästner (1972), который является соотношением частоты устьиц ВПЛ к частоте НПЛ и связывает 4 величины (число устьиц и число эпидермальных клеток ВПЛ и НПЛ). В случае, когда УИЧ = 0, устьица на ВПЛ отсутствуют; УИЧ =
0.5. частота устьиц на ВПЛ в 2 раза меньше, чем на НПЛ; УИЧ < 1, частота устьиц на ВПЛ меньше, чем на НПЛ, УИч = 1, частота устьиц на ВПЛ и НПЛ одинакова (изолатеральный тип листа); УИЧ > 1, частота устьиц на ВПЛ выше чем на НПЛ.
УИч позволил разделить исследованные виды на 4 группы:
1. О - устьица на ВПЛ отсутствуют (А. ovata, S. coronata subsp. manshurica, S. deltoides);
2. 0.3 - 0.7 - частота устьиц на ВПЛ в 2-3 раза меньше, чем на НПЛ (Serratula coronata, S. komarovii, S. radiata, S. lycopifolia, S. tinctoria);
3. 0.7 - 1 - частота устьиц на ВПЛ почти равна частоте на НПЛ (Serratula centauroides, S. suffruticosa, S. erucifolia, Stemmacantha uniflora, S. uniflora var. satzyperovii)',
ТАБЛИЦА 3. Морфометрическая характеристика эпидермальных структур видов рода ЗеггаЫа
Секция Маг/шс/ит К1азва БеггаШ/а
— Признак Э. согала/а виЪзр.тапьЬипса Э. согопа(а & komarovii 5. сеМаигоШей 5. ГтсЫа
Поверхность листа верхняя | нижняя верхняя | нижняя верхняя | нижняя верхняя | нижняя верхняя | нижняя
Тип листа гипостоматический амфистоматический амфистоматический амфистоматический амфистоматический
Форма ЭКЛ многоугольная неправильная многоугольная неправильная многоугольная неправильная многоугольная многоугольная многоуголь-ная неправильная
Характер АС ЭКЛ прямые, дуговидные дуговидные, волнистые прямые, дуговидные дуговидные, волнистые дуговидные, волнистые волнистые прямые, дуговидные дуговидные, волнистые прямые, дуговидные волнистые
Характер проекции площади ЭКЛ многоугольный распластанный многоугольный распластанная распластанная распластанная многоугольная многоугольная многоуголь-ная распластанная
Количество ЭКП на 1мм2 406127 425136 513132 754154 390 + 50 392 +50 952+70 000+72 520 + 30 490 + 30
Размер ЭКЛ, мкм длина (51)64 - 79(90) (43)56-69(69) (43)56-64(76) (30)43-61(81) (51)64-82(94) (56)74-77(94) (17)25-38(51) (25)35-51(69) (43)51-66 (38)64-72(89)
ширина (33)38 - 43(56) 35 -51 (28)38-51(61) (23)30-38(51) 33-38(51) (33)38-46(56) (20)25-38 (20)25-38 (23)30-38(51) (25)38-51
Амплитуда волны АС ЭКЛ, мкм 0-9 (10)12-18(20) 0 0-9(12 8) 0-256 10-18(25 6) 0 0-7(12.8) 0 (7.7)10-12.8(15)
ТипУА аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный аномоцитный
Размер устьиц, МКМ продольная ось 33.28-38.4 35.84-38 4 35.84-38.4 30.72-38.4 35.84-38.4 30.72-35 8 25.6-35.8 333 28.2
поперечная ОСЬ 25.4-33.8 28.17-33.28 28.16-33.2a 28.16 28.16 23.04-25 6 23 04-25.6 25.6-30.7 23-25.6
Число устьиц на 1 мм2 0 117 + 18 28 + 8 155 + 12 24 + 14 73 + 19 118 + 25 144 + 20 72 + 18 115 + 12
УИ, % 0 21.5 5.17 17.05 5.8 157 11 02 13.79 12 20
УН. % 0 0.3 0.37 0 79 0.6
Примечание. АС-антикпинальные стенки эпидермальных клеток; ЭКЛ-эпидермальные клетки листа; УА-устьичный аппарат; УИ-устьичный индекс; УИч-частный устьичный индекс. « - » -отсутствие признака. В таблице представлены средние арифметические значения и их стандартные ошибки.
(О
о
ТАБЛИЦА 4. Морфометрическая характеристика эпидермальных структур видов родов Мга^уЫез, 8\еттасапШ, Булитв
Род А1гас1уЫе$ 51еттзсап1Ьа Зупипи
' Вид Признак Мгас/у/ос/ев ога/э 51еттасап1Ьа ипйога var. БэЬурегои/ 5(еттэсэп(Ла ипШога вупигиз йеНоШеь
Поверхность листа верхняя | нижняя верхняя | нижняя верхняя | нижняя верхняя | нижняя
Тип листа гипостоматический амфистоматический амфистоматический гипостоматический
Форма ЭКЛ амебоидная амебоидная многоугольная многоугольная многоугольная многоугольная многоугольная неправильная
Характер АС ЭКЛ крулно-волшстые крупно-волнистые прямые прямые, дуговидные, волнообразные прямые прямые, дуговидные, волнообразные прямые, дуговидные, волнообразнвые дуговидные, волнистые
Характер проекции площади ЭКЛ распластанная распластанная многоугольная многоугольная многоугольная многоугольная многоугольная неправильная
Количество ЭКЛ на 1 мм2 162 + 12 170 + 10 1134 + 54 1530 + 60 808 + 53 1185 + 53 587 + 51 1395 + 135
Размер ЭКЛ, мкм длина 49.5-122 59.5-112 (19.8)30.7-36.4(46) (20.5)33.2-40,9 (25.6)29.7 -39.6(50,5) (26.4)3349.5 (38.4)51 -64 (10.2)20.5-28(38)
ширина 56-66 55-60 (15 3)25,6-30,7 (15.3)20.5-25,6 (13 2)19.8-26.4(33) (13 2)19.8-33 (25,6)38.4-51.2 (7.7)12.8-17.9 (23)
Амплитуда волны АС ЭКЛ, мкм 13.0-22.1 (30) 13.5-23 (33) 0 0-256 0 0-2.56 0 - 2.56 (0)5-6 25(7.7)
ТилУА - аномоцитный аномоцитный аномоцитныи аномоцитный аномоцитный - аномоцитный
Количество около-устьичных клеток 0 3-5 4-5(8) 4-5(8) 4-5 4-5 0 3-5
Размер устьиц, мкм продольная ось - 29.7 - 36.3 (19.2)20.5-23 (28.2) (15,4)23-28.2 19.8-21.45 19.8-28.5 - 17.9-23.04
поперечная ось - 24.8 - 33 15.3-17.9(20,48) (12,8)15.36 - 20.48 16.5 14.8-16.5 - (14)15.36-17.92
Число устьиц на 1 мм2 0 57 + 13 90 + 27 240 + 27 68 + 26 168 + 35 0 436 + 45
УИ. % 0 26.1 7 13,5 6,96 12 41 0 23.8
УИч, % 0 054 0,56 0
Примечание. АС-антиклинальные стенки эпидермальных клеток; ЭКЛ-эпидермальные клетки листа; УА-устьичный аппарат; УИ-устьичный индекс; УИч-частный устьичный индекс. « - »-отсутствие признака.
4. 1 - частота устьиц на ВПЛ выше, чем на НПЛ, что характерно для Serratilla marginata, хотя количество устьиц на 1 мм2 ВПЛ меньше, чем на НПЛ. Для этого вида характерны очень мелкие ЭК на НПЛ и крупные на ВПЛ в результате чего УИ верхнего эпидермиса, выше чем УИ нижнего. Это специфическое строение характерно только для данного вида.
Таким образом, число устьиц на единицу поверхности листа у большей части видов варьирует в очень широких пределах, но при всем разнообразии этот показатель можно использовать для идентификации некоторых видов. УИ, УИЧ для каждого вида видоспецифичны и также могут быть использованы в диагностике видов. Например, у исследованных видов рода Stemmacantha число ЭК, количество устьиц на 1 мм2 различны. Однако, УИ, УИч у S. uniflora и S. uniflora var. satzyperovii идентичны. Эпидермальные клетки ВПЛ и НПЛ S. komarovii и S. centauroides значительно отличаются по форме, размеру, количеству на 1мм2, а также значениями устьичного индекса для ВПЛ (5.8 и 11.02% соответственно) и частного устьичного индекса (0.37 и 1.79% соответственно).
Основные эпидермальные клетки
Форма, число, размер основных ЭК варьируют у исследованных видов в широких пределах. Эпидермальные клетки ВПЛ чаще многоугольные (изодиаметрические или полигональные), с прямыми, дуговидными антиклинальными стенками (АС) (большинство видов рода Serratula, Stemmacantha, Synurus deltoides) или неправильной формы с сильно волнистыми АС. Проекция эпидермальных клеток ВПЛ многоугольная (большинство видов) или распластанная (Atractylodes ovata). Эпидермальные клетки НПЛ многоугольные (S. centauroides, S. suffruticosa, виды рода Stemmacantha) или неправильной (S. coronata, S. c'oronata subsp. manshurica, S. komarovii, Synurus deltoides) формы с дуговидными, волнообразными АС или амебоидной формы (Atractylodes ovata) с крупно-волнистыми АС. Изогнутость АС нерегулярная. Амлитуда колебаний АС эпидермальных клеток НПЛ варьирует от 2.56 до 33 мкм. Максимальной величины (23-33 мкм) амплитуда колебаний достигает у Atractylodes ovata. Общей тенденцией для большинства исследованных видов является более сильная изогнутость АС эпидермальных клеток НПЛ, чем ВПЛ.
Размеры ЭК исследованных видов варьируют в очень широких пределах. Наиболее мелкие ЭК обнаружены на НПЛ (7.7)20.5-28(38) мкм дл. и (7.7)12.8-17.9(23) мкм шир. у Synurus deltoides, наиболее крупные ЭК 49.2-122 мкм дл., 59.5-112 мкм шир. характерны для Atractylodes ovata. Эпидермальные клетки видов рода Serratula варьируют от (17)25-38(51) до (33)46-72(92) мкм дл. и (12)25-35 до (30)38-57 мкм шир.; на НПЛ от (25)35.8-51(69) до (56)74-77(94) мкм дл. и от (20)25-38 до 30-61 мкм шир.
Количество основных ЭК на 1 мм2 средневариабельный признак. Количество клеток на ВПЛ варьирует в большей степени, чем на НПЛ (С„= 34.21% и 26.8 % соответственно). Количество ЭК на 1 мм2 у разных видов колеблется в различной степени. Так, у видов рода Serratula количество клеток на ВПЛ колеблется от 350-450 до 650-950, на НПЛ от 390-500 до 700-900. У Atractylodes ovata очень крупные ЭК, поэтому количество клеток на ВПЛ и НПЛ не превышает 160-170.
Для Synurus deltoides характерны чрезвычайно мелкие клетки на НПЛ, их количество достигает 1530 на 1 мм2 и более крупные (в 2.5-3 раза) эпидермальные клетки на ВПЛ, их количество не превышает 650 на 1 мм2. Количество ЭК верхнего и нижнего эпидермиса Serratula centauroides достигает 900-950 клеток на 1 мм2, а у S. komarovii только 390-392, то есть разница в 2.3-2.4 раза, что вряд ли можно считать результатом действия экологических факторов. Размеры и количество клеток на ВПЛ и НПЛ у разных родов и видов значительно отличаются и могут являться их отличительными стоматографическими признаками, имеющими таксономическую ценность в трибе Cardueae.
ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ ТРИБЫ CARDUEAE
В последнее время представители сем. Asteraceae привлекают внимание исследователей, так как характеризуются высоким содержанием фитоэкдистероидов.
Перспектива применения фитоэкдистероидов в составе препаратов анаболического, адаптогенного и тонизирующего действия в медицине и в качестве биостимуляторов в животноводстве (Slama, 1995) показывает актуальность поиска новых источников фитоэкдизонов.
В вегетативных и генеративных органах Serratilla coronata subsp. manshurica, Stemmacantha uniflora var. satzyperovii; а также корневищах S. komarovii 20E обнаружен впервые; в надземных и подземных органах Synurus deltoides и Atractylodes ovata 20Е не обнаружен.
Содержание 20Е в надземных и подземных органах S. coronata subsp. manshurica варьирует от 0.025% до 0.97%. В надземной части содержание 20Е в среднем составляет 0.3%, что в 6.4 раза выше, чем в подземной части. У данного вида наблюдается резкий градиент в распределении 20Е в надземных и подземных органах. В надземной части S. coronata subsp. manshurica 20Е также распределен неравномерно. Максимальное количество 20Е отмечается в плодах (0.97%) и соцветиях (0.179%), в листьях и стеблях содержание 20Е на порядок ниже -0.0286% и 0.025% соответственно. В подземных органах содержание 20Е составляет в среднем 0.047%, что в 1.6 раза больше, чем содержание 20Е в листьях, но в 3.8 раза меньше, чем в соцветиях данного вида. Для Stemmacantha uniflora var. satzyperovii характерно более равномерное распределение 20Е в структуре надземных и подземных органов. Содержание 20Е в надземных органах в 1.25 раза превышает его содержание в корневищах (0.0385%).
L. - Stemmacantha carthamoides; ЕШ! - Serratula coronata subsp. manshurica;
;- Stemmacantha uniflora var. satzyperovii; щ - Serratula komarovii.
Рис. 4. Соотношение содержания (% от абсолютно сухого веса) 20-гидроксиэкдизона в корневище Síemmacanífta carthamoides и различных органах изученных видов.
В надземной части содержание 20Е варьирует незначительно. Максимальное количество 20Е отмечается в стеблях генеративных побегов 0.0649%, в соцветиях количество 20Е достигает 0.058%, в плодах 0.04%, в листьях зарегистрировано минимальное содержание 20Е (0.0297%).
В надземной части Serratula komarovii 20Е не обнаружен, однако, в корневищах отмечено высокое содержание 20Е (0.099%).
Содержание 20Е в плодах и соцветиях S. coronata subsp. manshurica в 24 и 3 раза соответственно, выше, чем в плодах Stemmacantha uniflora var. satzyperovii. Однако в стеблях Stemmacantha uniflora var. satzyperovii содержание 20E в 2.6 раза выше, чем у S. coronata subsp. manshurica. В листьях и корневищах рассматриваемых видов отмечается примерно одинаковый уровень содержания 20Е.
Полученные экспериментальные данные мы сравнили с содержанием 20Е в экстракте корневищ сибирского фармакопейного вида Stemmacantha carthamoides (0.051%). Содержание 20Е в соцветиях и плодах S. coronata subsp. manshurica в 3.5 и 19 раз соответственно выше, чем в корневищах S. carthamoides. В подземных органах S. coronata subsp. manshurica и Stemmacantha uniflora var. satzyperovii содержание 20E несколько меньше, но у S. komarovii количество 20Е в 1.9 раз выше, чем у Rh. carthamoides. Однако, в соцветиях и стеблях генеративных побегов Stemmacantha uniflora subsp. satzyperovii содержание 20E в 1.14 и 1.27 раз выше, чем в экстракте корневищ Rh. carthamoides. Таким образом, наиболее перспективными продуцентами 20Е являются плоды и соцветия S. coronata subsp. manshurica.
Соотношение содержания 20Е в различных органах видов родов Serratula и Stemmacantha представлено на рис. 4.
В условиях муссонного климата юга Дальнего Востока S. coronata subsp. manshurica является устойчивым доминантам в растительных сообществах. За вегетационный период достигает 180-200 см в выс. и сравнительно быстро занимает новые площади. Сбор сырья для химических исследований в течение 3 лет на одном участке, по нашим наблюдениям, не повлиял на численность популяции. По оценке А. И. Шретера (1975) на территории Дальнего Востока возможен сбор многих сотен тонн сырья. Данный вид с ресурсоведческой точки зрения является перспективным в качестве источника 20-гидроксиэкдизона.
ВЫВОДЫ
Исследованы: Atractylodes ovata, Serratula coronata subsp. manshurica, S. centauroides, S. komarovii, Stemmacantha uniflora, S. uniflora var. satzyperovii, Synunis deltoides из трибы Cardueae, произрастающие на территории российского Дальнего Востока.
1. Род Atractylodes на Дальнем Востоке представлен одним видом A. ovata. Полиморфизм A. ovata вызван условиями окружающей среды и его гетероморфные популяции следует рассматривать в качестве экологических форм.
2. На российском Дальнем Востоке произрастают 3 вида рода Serratula: S. coronata subsp. manshurica (Kitag.) Zarembo el Boyko comb, et stat. nov., S. centauroides и S. komarovii.
3. Сравнительное исследование Stemmacantha uniflora (Rhaponticum uniflorum) и S. satzyperovii (Rh. satzyperovii) показало возможность изменения ранга вида до разновидности S. uniflora var. satzyperovii (Iljin) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov.
4. При исследовании морфолого-анатомического строения семянок на поперечных и продольных срезах дальневосточных видов трибы Cardueae, выявлены признаки, специфичные на уровне рода (толщина покровов семянки, соотношение перикарпия и спермодермы, строение мезокарпия, топография эпидермальных клеток спермодермы), специфичные на уровне вида (топография эпидермальных клеток перикарпия, наличие флобафенов в эпидермальных клетках перикарпия, наличие кристаллов оксалата кальция, их топография и локализация, наличие и расположение секреторных каналов в мезокарпии).
5. Своеобразное строение перикарпия и спермодермы Synurus deltoides не соответствует общей модели анатомического строения покровов семянок представителей подтрибы Centaureinae.
6. Сравнительное исследование эпидермальных клеток и устьичного аппарата листа дальневосточных видов Cardueae и 7 видов рода Serratula из других регионов России, позволило выявить признаки, константные на уровне рода (преобладающий тип листа, число, форма и расположение околоустьичных клеток; размер устьиц и их строение), а также признаки, позволяющие идентифицировать виды (форма, размер основных эпидермальных клеток и их количество на единицу поверхности, строение антиклинальных стенок эпидермальных клеток, количество устьиц, устьичный индекс).
7. Впервые 20-гидроксиэкдизон (20Е) обнаружен у дальневосточных видов Serratula coronata subsp. manshurica, S. komarovii, Stemmacantha uniflora var. satzyperovii. Исследование вегетативных и генеративных органов Atractylodes ovata и Synurus deltoides показало отсутствие 20Е в этих видах.
8. Методом ОФ-ВЭЖХ исследовано распределение 20Е в вегетативных и генеративных органах Serratula coronata subsp. manshurica, S. komarovii, Stemmacantha uniflora var. satzyperovii. Содержание 20E в вегетативных органах S. coronata subsp. manshurica колеблется от 0.025% (стебли) до 0.0286% (листья), в генеративных органах от 0.179% (соцветия) до 0.97% (плоды). Надземная часть S. komarovii характеризуется отсутствием 20Е, но в корневищах исследованного вида содержание 20Е достигает 0.099%. Подземные органы S. coronata subsp. manshurica и Stemmacantha uniflora var. satzyperovii характеризуются более низким содержанием 20Е (0.047% и 0.0385% соответственно). Максимальное содержание 20Е у S. uniflora var. satzyperovii отмечено в стеблях (0.0649%) и соцветиях (0.058%).
9. Сравнение экспериментальных данных по содержанию 20Е в корневищах (0.051%) сибирского фармакопейного вида Stemmacantha carthamoides (Rhaponticum carthamoides) и дальневосточных видов показало, что наиболее перспективным продуцентом 20Е является Serratula coronata subsp. manshurica, так как содержание 20Е в плодах и соцветиях у данного вида в 19 и 3.5 раза соответственно выше, чем в корневищах S. carthamoides.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Зарембо Е. В. Карполого-анатомическое исследование представителей семейства Asteraceae (Rhaponlicum uniflorum, Serratula komarovii) II Региональная естественно-научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Владивосток. 1997. С. 85.
2. Зарембо Е. В. Карполого-анатомическое исследование Serratula manshurica и S. komarovii (семейство Asteraceae) // Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии: Материалы научной конференции ТИБОХ ДВО РАН. Владивосток, 1997. С. 186187.
3. Зарембо Е. В., Бойко Э. В. Род Atractytodes (Asteraceae) на Дальнем Востоке России II Растения в муссонном климате: Материалы международной конференции, посвященной 50-ти летию Ботанического сада-института ДВО РАН. Владивосток, 1998. С. 93-95.
4. Zarembo Е. V., Boyko Е. V. The Genus Atractytodes DC. (Compositae-Cynareae) on the Russian Far East II Compositae Newsletter. 1998. N 33. P. 61-72.
5. Zarembo E. V., Boyko E. V. Carpological studies of the Far Eastern representatives of the tribe Lactuceae (Asteraceae) II Proceedings of IX Pacific Inter-Congress. Taipei, 1998. P. 379.
6. Zarembo E. V., Boyko E. V. Carpological studies of the tribe Cynareae (Asteraceae) II Proceedings of IX Pacific Inter-Congress. Taipei, 1998. P. 380.
7. Zarembo E. V., Boyko E. V. A comparative stomatographic investigation of the Asteraceae II Ргос. XVI International Botanical Congress. Saint Louis, 1999. P. 356.
8. Zarembo E. V., Boyko E. V. Systematics of Russian Far Eastern Serratula (Asteraceae: Cardueae) II Ргос. XIX Pacific Science Congress. Sydney, 1999. P. 75.
9. Зарембо E. В., Бойко 3. В. Морфолого-анатомическое строение семянок дальневосточных видов рода Sonchus (Asteraceae) II Бот. журн. 1999. Т. 84. № 12. С. 66-74.
10. Зарембо Е. В., Бойко Э. В. Sonchus oleraceus L. (Asteraceae) на Дальнем Востоке России // Растения в природе и культуре /Морфология и анатомия/. Труды Ботанических садов в 2-х т. Владивосток: Дальнаука. 2000. Т. 2. С. 110-121.
11. Зарембо Е. В., Бойко Э. В. Морфолого-анатомическое строение семянок дальневосточных представителей родов Crepis, Prenanthes, Nabalus (Lactuceae: Asteraceae) II VII Молодежная конференция ботаников: Тезисы докл. СПб, 2000. С. 43.
12. Зарембо Е. В., Соколова Л. И., Горовой П. Г. Новые фитоэкдистероидсодержащие виды из родов Serratula и Rhaponticum II Химия и технология растительных веществ: Тезисы докл. Сыктывкар, 2000. :
13. Zarembo Е. V., Sokolova L. I., Gorovoy P. G. The quantitative determination of 20-hydroxyecdysone by reversed-phase liquid chromatography in Far Eastern species of Serratula and Rhaponticum (Asteraceae) II Journal of Chromatography A. (in press).
14. Зарембо E. В., Бойко Э. В., Горовой П. Г. Карпологическое и стоматографическое исследование дальневосточных видов рода Serratula (Asteraceae: Cardueae) II Бот. журн. (в печати).
Елена Владимировна ЗАРЕМБО
ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ И РЕСУРСОВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ВИДОВ ТРИБЫ САШН/ЕАЕ (А5ТЕ1ЫСЕЛЕ)
АВТОРЕФЕРАТ
Изд. лиц. JIP № 040118 от 15.10.96 г. Подписано к печати 08.06.2000 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усллл. 1,63. Уч.-изд.л. 1,09. Тираж 100 экз. Заказ 130
Отпечатано в типографии издательства «Дальнаука» ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 7
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Зарембо, Елена Владимировна
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ГЛАВА 2. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ВИДОВ
ТРИБЫ CARDUEAE (ASTERACEAE)
2.1. История класификации сем. Asteraceae и положение трибы
Cardueae в системе семейства
2.2. Род Atractylodes DC.".:.
2.3. Род Serratula L.
2.4. Род Synurus Iljin
2.5. Род Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw.)
ГЛАВА 3. КАРПОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ
ТРИБЫ CARDUEAE
3.1. Карпологический метод в систематике сем. Asteraceae.
3.2. Морфолого-анатомическое изучение семянок видов трибы Cardueae
ГЛАВА 4. СТОМАТОГРАФИЯ И СИСТЕМАТИКА ТРИБЫ CARDUEAE
4.1. Сравнительно-стоматографический метод в систематике растений
4.2. Исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа видов трибы Cardueae
ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ ТРИБЫ CARDUEAE
5.1. Фитоэкдистероиды растений: структура, свойства, распространенность
5.2. Изучение экдистероидов в видах трибы Cardueae
ВЫВОДЫ
Введение Диссертация по биологии, на тему "Таксономическое и ресурсоведческое исследование дальневосточных видов трибы Cardueae"
Ботаническое ресурсоведение объединяет исследования по введению в официальную медицину новых видов лекарственных растений и обеспечению надежной сырьевой базы для производства фитопрепаратов и рациональному использованию растительных ресурсов. Изучение уникальной и своеобразной флоры Дальнего Востока России и практическое использование ее представителей в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности является в настоящее время актуальным. Потенциал лекарственной флоры Дальнего Востока и возможности ее практического применения очень велики, но фактическое использование видового состава флоры не превышает 1%. Это объясняется относительно слабой изученностью дальневосточных лекарственных растений (Степанова, 1997). Особую группу в этом отношении составляют викарные виды (виды, близкие к фармакопейным, но не имеющие официального статуса). Главным препятствием для введения викариантов в медицину является их недостаточная изученность. Прежде всего эта проблема заключается в необходимости определения точного систематического положения лекарственного растения, определения его ранга, так как в литературе часто имеются сведения по химическому составу и фармакологическому действию растения и эти данные не всегда можно с уверенностью отнести к определенному виду. Придание официнального ~ статуса дальневосточным видам (викарным-официальным лекарственным растениям) будет способствовать укреплению сырьевой базы региона, а также рациональному использовнию природных ресурсов на федеральном уровне. Использование метода хемосистематического прогнозирования позволяет предложить для медицинской практики новые лекарственные растения.
По количеству видов, используемых во всех разделах медицины, выделяется сем. Asteraceae Dumort., так как наибольшее число видов, обладающих фармакологической активностью, относится именно к этому семейству (Медведева, 1996). Однако, среди сложноцветных имеется достаточно много ценных видов, которые еще не вошли в официальную фармакопею. Необходимость исследования дальневосточных Asteraceae из родов Atractylod.es
DC., Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw., Leuzea DC.), Serratula L., Synurus Iljin, относящихся к трибе Cardueae Dumort., обусловлена широким использованием этой группы растений в официальной и восточной медицинах.
Дальневосточный вид Rhaponticum satzyperovii Iljin близок к сибирскому Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin, препараты которого входят в фармакопею IX и X изданий (Шретер, 1975). Rh. carthamoides (Leuzea carthamoides (Willd.) DC.) - Болыпеголовник сафлоровидный (Левзея сафлоровидная) или "маралий корень" является одним из широко используемых источников адаптогенных средств из сем. Asteraceae. Корневища этого растения используются в народной и официальной медицине в качестве тонизирующей пищевой и кормовой добавки, стимулирующего средства при функциональных расстройствах нервной системы, при мышечном утомлении, при ослаблении функций разных органов (Ахрем, Ковчанко, 1989; Растительные . , 1993). Спиртовой экстракт из корневищ Rh. carthamoides повышает работоспособность при физическом и умственном переутомлении (Лекарственные препараты, разрешенные к применению, 1984; Машковский, 1985), проявляет кратковременную гипотензивную (Jankulow et al., 1964), отчетливую гипогликемическую, антибактериальную и противоопухолевую активность (Пичурина, 1963). В практической медицине препараты из этого растения используются при анемии, как антитоксическое средство (Пашинский, 1988), а также для приготовления тонизирующих напитков «Саяны» и «Русский бальзам» (Соколов, 1976).
До последнего времени попытки исследователей установить и выделить в чистом виде биологически активные вещества из корней Rh. carthamoides, обусловливающие стимулирующий эффект этого растения, не давали положительных результатов. Химической оценкой сырья являлось лишь количественное содержание в нем экстрактивных веществ. Поэтому большой интерес вызвало сообщение о том, что в лаборатории гликозидов Института химии растительных веществ АН УзССР в подземных органах Rh. carthamoides были обнаружены фитоэкдизоны, а затем был выделен 20-гидроксиэкдизон (|3-экдизон, экдистерон) - мажорный компонент экдистероидной фракции (Абубакиров, 1981). Позднее сотрудники Томского медицинского института в экстракте из корневищ этого растения установили наличие шести фитоэкдизонов, из которых два идентифицировали как 20-гидроксиэкдизон (20Е) и инокостерон (Краснов и др., 1976).
При фармакологическом исследовании 20Е обнаружили его психостимулирующее, адаптогенное, анаболическое (Саратиков и др., 1970; Сыров, Курмуков, 1976) и противоопухолевое (Ахрем и др., 1973) действия. Таким образом, установили, что именно 20Е обладает большинством эффектов, присущих препаратам Як carthamoid.es, и потому есть основания считать его одним из основных (наряду с другими фитоэкдизонами) действующих веществ, определяющих фармакологические свойства этого растения (Сыров, Курмуков, 1977). В настоящее время экдистероид-содержащие препараты рекомендуется при астенических и астенодепрессивных состояниях, неврастении, неврозах, а также в качестве тонизирующего и адаптогенного средства (Сыров и др., 1989а, 19896; Балтаев, 1978). Выделенный из корневищ 20Е ответствен за физиологическую активность данного растения, входит в состав тонизирующего препарата экдистен (Куракина, Булаев, 1990).
На предприятиях по производству экдистена в качестве сырья используются только корневища Як саПНато\6е8, собираемые преимущественно в дикорастущих популяциях, площадь которых в настоящее время катастрофически сокращается (Тимофеев, 1998). Установлено, что в результате интенсивных нерегламентированных заготовок, проводимых в течение последних 10—15 лет, запасы подземных органов Як саПкато1йея в Горном Алтае и Кузнецком Алатау сократились на 60—90 % (Некратова, 1992). Начиная с 50—60-х гг. ботаническими садами АН СССР, опытными станциями-Всесоюзного института лекарственных и ароматических растений и другими учреждениями проводились работы по интродукции Як. carthamoid.es. В настоящее время он рекомендован для культивирования в ряде регионов России: Новосибирской, Томской, Ленинградской областях, Алтайском крае, Республике Коми и Карелии. Выращиванием Як сагЖато1с1ез занимаются также в Белоруссии, Казахстане, Болгарии, Польше, Чехии и других странах Восточной Европы. К сожалению, проблема выживаемости Як саг1като1йе$ в агрофитоценозе, снижение содержания экдистероидов в получаемом сырье, трудоемкость заготовки подземных органов не позволяют перейти к крупномасштабному производству этого ценного растительного сырья.
Serratula coronata, вид, филогенетически близкий к Rh. carthamoides, также широко используется в медицине. Надземная часть S. coronata применяется при эпилепсии, неврозах, в качестве ранозаживляющего средства и при новообразованиях (Шретер, 1992). В народной медицине препараты этого растения используются как желчегонное, противовоспалительное, ранозаживляющее, гемостатическое и седативное средство (Махов, 1993).
Т. А. Ревина с соавторами (1986) обнаружила, что в надземной части S. coronata в вегетативной фазе накапливается до 2% 20Е. Это послужило поводом для изучения содержания и накопления 20Е в различных органах растения и оценки возможностей использования S. coronata в качестве заменителя фармакопейного вида Rh. carthamoides. В настоящее время S. coronata, интродуцированная в Республике Коми, также рекомендуется в качестве сырья для получения 20Е - активной субстанции тонизирующего препарата "Экдистен", поскольку его содержание в данном виде (0.55% масс.) на порядок выше, чем в Rh. carthamoides (Алексеева, 1999).
Растения из рода Atractylodes DC. относятся к числу наиболее часто используемых ингредиентов в рецептах восточной медицины (Гриневич и др., 1971, 1977; Stuart, 1911). Корневища этого растения издавна применяются в китайской, корейской медицине в качестве диуретического, спазмолитического, анальгезирующего, потогонного средства, а в сборах применяется при астении, гастритах, энтеритах, диспепсии, сахарном диабете, дизентерии, анемии, асците, артритах, сахарном диабете, ревматизме (Скворцов, 1933; Ибрагимов и др., 1960; Stuart, 1911; Hübotter, 1957). Настойка и экстракт из Atractylodes в эксперименте оказывают антикоагулирующее, противосклеротическое и коронарорасши-ряющее действие (Студенникова, 1965, 1966, 1971). В Китае эфирное масло применяется в парфюмерной промышленности как ароматизатор (Шмидт, 1971).
Цель и задачи исследования. Целью работы является морфолого -географическое, карпологическое и стоматографическое исследование дальневосточных видов трибы Car due ае s. 1. для решения таксономических вопросов и оценки возможности их использования в качестве источников биологически активных веществ - экдизонов. Для этого необходимо было решить следующие задачи: изучить морфологическое и анатомическое строение семянок на поперечных и продольных срезах и выявить признаки, имеющие диагностическое значение на различных таксономических уровнях; изучить строение эпидермиса и устьичного аппарата листа и оценить возможности использования стоматографического анализа в систематике изучаемой группы; рассмотреть вопрос о систематическом положении и самостоятельности спорных дальневосточных видов трибы Cardueae; выявить новые перспективные источники 20-гидроксиэкдизона (20Е) среди дальневосточных видов трибы Cardueae s. 1.; изучить распределения 20Е в генеративных и вегетативных органах растений видов трибы Cardueae s. 1.; провести сравнительное исследование состава и распределения 20Е в дальневосточных видах трибы Cardueae s. 1. и фармакопейном сибирском виде Rh. carthamoides.
Научная новизна. Впервые исследована структура семянок на поперечных и продольных срезах видов трибы Cardueae: Atractylodes ovata, Serratula manshurica, S. coronata, S. komarovii, S. centauroides, Synurus deltoides, Stemmacantha (Rhaponticum) uniflora, S. (Rh.) satzyperovii и проведено стоматографическое исследование перечисленных выше дальневосточных видов, а также 7 видов рода Serratula из других регионов. Подтверждена самостоятельность видов S. komarovii и S. centauroides. Предложены новые комбинации S. coronata subsp. manshurica (Kitag.) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov., Stemmacantha uniflora var. satzyperovii (Iljin) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov. Впервые 20E обнаружен в вегетативных и генеративных органах Serratula coronata subsp. manshurica, S. komarovii и Stemmacantha uniflora var. satzyperovii. Установлено, что перспективным источником для получения 20Е является Serratula coronata subsp. manshurica.
Практическое значение работы. Результаты исследования морфолого-анатомического строения семянок могут быть использованы для выяснения филогенетических связей видов, родов и подтриб в семействе Asteraceae и решения вопроса о взаимоотношении подтриб Carlineae, Echinopsideae, Cardueae в составе Cardueae s. 1., так как до настоящего времени вопрос о статусе подтриб в системе Asteraceae не решен. Результаты исследования строения эпидермиса и устьичного ацпарата листа позволяют диагностировать виды. Сведения о составе и распределении 20Е могут быть использованы при создании новых лекарственных препаратов. Serratula coronata subsp. manshurica рекомендуется в качестве перспективного источника получения 20Е, так как содержание 20Е в семенах в 19 раз превышает содержание 20Е в подземных частях сибирского фармакопейного вида Rhaponticum carthamoides.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на "Региональнальной естественнонаучной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых" (Владивосток, Россия, 1997), научной конференции ТИБОХ "Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии" (Владивосток, Россия, 1997), "Международной конференции, посвященной 50-летию Ботанического сада-института" (Владивосток, Россия, 1998), на "XVI International Botanical Congress" (Saint Louis, USA, 1999), "VII Молодежной конференции ботаников" (Санкт-Петербург, Россия, 2000), на конференции "Химия и технология растительных веществ" (Сыктывкар, Россия, 2000), на симпозиуме молодых ученых "Future trends in Phytochemistry" (Rolduc, Netherlands, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в отечественных и международных изданиях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего 418 наименований (в том числе 201 на иностранных языках), приложения. Работа изложена на 223 страницах, иллюстрирована 57 рисунками, 14 таблицами.
-
Зарембо, Елена Владимировна
-
кандидата биологических наук
-
Владивосток, 2000
-
ВАК 03.00.05
- Триба Cardueae Cass. (Asteraceae) на Алтае
- Таксономия и ресурсы дальневосточных видов семейства Asteraceae
- Экдистероидсодержащие растения Европейского Северо-Востока России
- Триба NEPETEAE BENTH. семейства LAMIACEAE LINDL.
- Морфолого-таксономическое исследование рода Anthyllys L. и принципы ревизии системы трибы Loteae DC. (Papilionaceae)
