Сравнительно-анатомический анализ листовых пластинок некоторых представителей рода Festuca L
|
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Общие особенности строения склерофитов 6
1.2. Особенности жизненных форм злаков 8
1.3. Морфолого-анатомические особенности листьев злаков 9
1.4. Анатомические особенности листовых пластинок овсяниц 11
1.5. Характеристика объектов исследования 13
1.6. Приемы обработки листьев овсяниц 15
Глава 2. Материал и методика 17
Глава 3. Результаты исследования 19
3.1. Овсяница валлисская 19
3.2. Овсяница Беккера 28
3.3. Статистический анализ 36
3.4. Сравнение методов фиксации материала 41
Заключение 43
Выводы 47
Список использованной литературы
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Общие особенности строения склерофитов 6
1.2. Особенности жизненных форм злаков 8
1.3. Морфолого-анатомические особенности листьев злаков 9
1.4. Анатомические особенности листовых пластинок овсяниц 11
1.5. Характеристика объектов исследования 13
1.6. Приемы обработки листьев овсяниц 15
Глава 2. Материал и методика 17
Глава 3. Результаты исследования 19
3.1. Овсяница валлисская 19
3.2. Овсяница Беккера 28
3.3. Статистический анализ 36
3.4. Сравнение методов фиксации материала 41
Заключение 43
Выводы 47
Список использованной литературы
Для определения злаков традиционно используются признаки генеративной сферы, в том числе анатомические признаки листовых пластинок генеративных побегов, как, например, в монографии «Злаки Украины» [12]. Однако цветение злаков может наступить на 3-8 году жизни, и до этого момента их определение по обычным ключам не представляется возможным. Существуют определители, использующие признаки вегетативных побегов [7], в том числе анатомические особенности их листьев [12, 20, 26]. При этом рассматривают только среднюю часть листовой пластинки. Существует дефицит сведений о структуре листовых пластинок выше и ниже средней части, а также о сезонной и экологической изменчивости анатомических особенностей листьев злаков, в том числе овсяниц. Детальное анатомическое исследование листьев вегетативных побегов овсяниц позволит выявить стабильные признаки, которые можно использовать в диагностических целях и, кроме того, даст возможность подобрать подходящий объект-склерофит из местной флоры, подходящий для изучения на практических занятиях по экологической анатомии растений.
Объектами исследования являются два вида овсяниц: овсяница валлисская Festuca valesiaca Schleich. ex Gaudin и овсяница Беккера Festuca beckeri (Hack.) Trautv.
Предмет исследования - анатомическая структура листовых пластинок двух видов овсяниц.
Цель работы: выявление стабильных и изменчивых анатомических признаков листовых пластинок F. valesiaca и F. beckeri, а также оценка возможности использования этих объектов на занятиях по экологической анатомии.
Задачи:
1. Выявить сезонную динамику анатомических особенностей листовых пластинок F. valesiaca.
2. Выявить изменчивость анатомической структуры внутри одного листа для обоих видов.
3. Выявить различия в анатомической структуре одного и того же листа в зависимости от способа фиксации материала
Методологические основы исследования. В ходе выполнения дипломной работы применялись как общенаучные, так и частные методы исследования, методы анализа и синтеза. Проводилась системная работа по изучению работ и публикаций как отечественных, так и зарубежных исследователей. Все полученные эмпирические данные логически обобщались. Экспериментальные методы включали в себя статистическую обработку информации, методы сравнения и сопоставления, а также стандартные методы анатомического исследования растений (сбор материала, его обработка, приготовление временных препаратов).
Эмпирическая база. В эмпирическую базу дипломной работы входят научные труды зарубежных и отечественных ученых по экологии, анатомии и систематике злаков.
Научная новизна результатов исследования. В работе представлены эмпирические данные по строению листовых пластинок овсяниц в зависимости от периода вегетации и экологических условий, причём кроме средних исследованы также нижние и верхние участки пластинок.
Практическая значимость. Результаты данного исследования можно использовать для разработки ключа для определения злаков Волгоградской области, а также при проведении занятий, посвященных склерофитам в курсе «Экологическая анатомия».
Апробация результатов исследования. Результаты исследования представлены на Научной сессии ВолГУ (г. Волгоград, 2013, 2014 - работа награждена дипломом III степени по направлению «Естественные науки», 2015 гг. - дипломом I степени по направлению «Естественные науки»), на XVIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2013г.) - III место по направлению «Биология и география», 64-ой (2014 г.) (Победитель секции «Биология, экология и природопользование) и 65-ой (2015г.) Международной Студенческой научно-технической конференции при Астраханском Государственном Техническом университете. По материалам выступлений опубликован ряд работ [5, 6, 16, 17].
Структура работы: дипломная работа представлена на 50 страницах машинописного текста, включает в себя введение, три главы, заключение, список цитируемой литературы.
В первой главе представлен анализ научных трудов отечественных и зарубежных авторов об особенностях строения склерофитов, анатомии их листовой пластинки, а также имеющиеся данные о строении листовой пластинки у исследуемых объектов.
Вторая глава посвящена описанию методов сбора и обработки объектов исследования.
В третьей главе представлены результаты исследований анатомических пластинок F. valesiaca и F. beckeri.
Заключение содержит основные выводы, полученные в результате исследования анатомических пластинок. Список литературы содержит 28 источников отечественных и зарубежных авторов.
Объектами исследования являются два вида овсяниц: овсяница валлисская Festuca valesiaca Schleich. ex Gaudin и овсяница Беккера Festuca beckeri (Hack.) Trautv.
Предмет исследования - анатомическая структура листовых пластинок двух видов овсяниц.
Цель работы: выявление стабильных и изменчивых анатомических признаков листовых пластинок F. valesiaca и F. beckeri, а также оценка возможности использования этих объектов на занятиях по экологической анатомии.
Задачи:
1. Выявить сезонную динамику анатомических особенностей листовых пластинок F. valesiaca.
2. Выявить изменчивость анатомической структуры внутри одного листа для обоих видов.
3. Выявить различия в анатомической структуре одного и того же листа в зависимости от способа фиксации материала
Методологические основы исследования. В ходе выполнения дипломной работы применялись как общенаучные, так и частные методы исследования, методы анализа и синтеза. Проводилась системная работа по изучению работ и публикаций как отечественных, так и зарубежных исследователей. Все полученные эмпирические данные логически обобщались. Экспериментальные методы включали в себя статистическую обработку информации, методы сравнения и сопоставления, а также стандартные методы анатомического исследования растений (сбор материала, его обработка, приготовление временных препаратов).
Эмпирическая база. В эмпирическую базу дипломной работы входят научные труды зарубежных и отечественных ученых по экологии, анатомии и систематике злаков.
Научная новизна результатов исследования. В работе представлены эмпирические данные по строению листовых пластинок овсяниц в зависимости от периода вегетации и экологических условий, причём кроме средних исследованы также нижние и верхние участки пластинок.
Практическая значимость. Результаты данного исследования можно использовать для разработки ключа для определения злаков Волгоградской области, а также при проведении занятий, посвященных склерофитам в курсе «Экологическая анатомия».
Апробация результатов исследования. Результаты исследования представлены на Научной сессии ВолГУ (г. Волгоград, 2013, 2014 - работа награждена дипломом III степени по направлению «Естественные науки», 2015 гг. - дипломом I степени по направлению «Естественные науки»), на XVIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2013г.) - III место по направлению «Биология и география», 64-ой (2014 г.) (Победитель секции «Биология, экология и природопользование) и 65-ой (2015г.) Международной Студенческой научно-технической конференции при Астраханском Государственном Техническом университете. По материалам выступлений опубликован ряд работ [5, 6, 16, 17].
Структура работы: дипломная работа представлена на 50 страницах машинописного текста, включает в себя введение, три главы, заключение, список цитируемой литературы.
В первой главе представлен анализ научных трудов отечественных и зарубежных авторов об особенностях строения склерофитов, анатомии их листовой пластинки, а также имеющиеся данные о строении листовой пластинки у исследуемых объектов.
Вторая глава посвящена описанию методов сбора и обработки объектов исследования.
В третьей главе представлены результаты исследований анатомических пластинок F. valesiaca и F. beckeri.
Заключение содержит основные выводы, полученные в результате исследования анатомических пластинок. Список литературы содержит 28 источников отечественных и зарубежных авторов.
На основании проведённого исследования можно выделить структуры, стабильные для овсяницы валлисской:
• Листовая пластинка вдоль сложенная, слегка приоткрытая, ровная и округлая с абаксиальной стороны, ребристая с адаксиальной;
• Основные эпидермальные клетки одревесневшие с адаксиальной стороны, мелкие шиповидные и короткие одноклеточные волоски направлены вверх; опробковевшие и окремневшие клетки эпидермы идут попарно, равномерными рядами; устьица с адаксиальной стороны с одревесневающими замыкающими клетками;
• Проводящие пучки фестукоидного типа. Клетки механической обкладки с утолщенными радиальными и внутренними стенками.
• Мезофил из плотно расположенных изодиаметрических клеток.
• Склеренхимные волокна всегда присутствуют под центральным пучком и на краевых участках листовой пластинки.
Значительно варьирует объем склеренхимы. У овсяницы валлисской на разных этапах вегетативного роста появляются контакты склеренхимы с проводящими пучками, появляются дополнительные субэпидермальные тяжи, иногда образуется сплошной слой склеренхимы. Контакты склеренхимы с проводящими пучками обнаружены в нижней части листовой пластинки, исследовать которую не принято, и, таким образом, существование такой структуры у данного вида не описано.
Значительно варьирует строение листовой пластинки типчака от основания до верхней части: снизу-вверх идет заметное сокращение объема склеренхимы и сокращение числа ребер.
У овсяницы Беккера выявлены следующие стабильные признаки:
• Листовая пластинка вдоль сложена, округлой формы, ребристая с адаксиальной стороны.
• Основные эпидермальные клетки на абаксиальной поверхности всегда одревесневают, на адаксиальной они одревесневают в участках между бороздами. Опушение присутствует только на адаксиальной поверхности. Устьица с одревесневшими замыкающими клетками.
• Проводящие пучки фестукоидного типа. Утолщение клеток механической обкладки стабильно и всегда наблюдается у радиальных и внутренних стенок.
• Мезофилл из плотно расположенных изодиаметрических клеток.
• Склеренхимные волокна всегда присутствуют под крупными проводящими пучками.
Изменчивость у овсяницы Беккера связана с различным объёмом склеренхимы: от основания к верхней части идет сокращение объема склеренхимы, слой склеренхимы может прерываться. Если разрыв слоя присутствует в основании листовой пластинки, то он будет увеличиваться на протяжении всего листа. В некоторых случаях основание листовой пластинки имеет сплошное кольцо субэпидермального слоя склеренхимы, но в средней и верхней частях листа присутствует разрыв этого слоя. Также, встречаются листья, сохраняющие сплошной субэпидермальный слой на протяжении всего листа. Количество ребер также сокращается.
Исследованные виды возможно различить по ряду анатомических особенностей. Для сравнения использовались срезы, сделанные в нижней части листовой пластинки, как более информативные. Форма среза листовой пластинки у овсяницы валлисской удлиненная, в отличие от овсяницы Беккера, у которой форма среза округлая. Опушение у обоих видов представлено шипиками, однако, опушение овсяницы Беккера более густое, опушена в основном адаксиальная сторона, на абаксиальной стороне шипики встречаются крайне редко. У овсяницы валлисской опушение менее густое, редкими шипиками опушены обе стороны. У изученных видов отличаются особенности расположения склеренхимы. У овсяницы Беккера склеренхима располагается в виде равномерного кольца (может прерываться), а у овсяницы валлисской склеренхима располагается в массивных тяжах на краях листовой пластинки и под центральным проводящим пучком, причем, если происходит образование сплошного субэпидермального слоя, то утолщения сохраняются в указанных выше местах. Различно количество проводящих пучков. У овсяницы валлисской - 5(7) пучков, у овсяницы Беккера 7-9(11).
Наличие более прочного механического U-образного каркаса в нижней части листовой пластинки у обоих исследованных видов, вероятно, связанно с тем, что такая конструкция является более прочной на изгиб, и благодаря усиленной базальной части вся листовая пластинка поддерживается в вертикальном положении, что отмечено и у других видов плотнокустовых злаков [9].
Применение различных методов фиксации ботанического материала способно в некоторой степени исказить картину на срезах листовых пластинок овсяниц. Гербаризованные образцы отличаются большей деформацией формы листовой пластинки.
При проведении флороглюциновой реакции одревесневшие элементы у засушенных образцов прокрашиваются с меньшей интенсивностью. Эта особенность отмечается в пособиях по микротехнике [24].
Однако, такие признаки, как количество ребер, количество пучков, расположение склеренхимы не изменяются в зависимости от метода фиксации. Это позволяет в равной мере использовать гербарные и заспитованные листья овсяниц с учетом возможных искажений. Но на занятиях по экологической анатомии предпочтение следует отдавать заспиртованным образцам, т.к. они нагляднее позволят продемонстрировать лигнификацию тканей.
К методическим сложностям работы с гербаризованными образцами относится тот факт, что такие образцы необходимо на несколько дней помещать в раствор спирт/глицерол. В целом, в работе с овсяницами основную трудность в приготовлении микропрепарата составляет малый диаметр листовой пластинки в поперечном сечении.
Традиционные подходы к исследованию листовых пластинок злаков не всегда могут дать желаемые результаты, поскольку использование середины листовой пластинки в ряде случает оказывается затруднительным (часть пластинки поедается животными, а также отсыхает во время засухи). При отсутствии целостности листа невозможно сказать, какая его часть является серединой. Поскольку структура листовой пластинки существенно меняется по всей длине, то использование традиционных определителей, ориентированных на среднюю часть пластинки, проблематично. В этой связи заслуживает внимания базальная часть пластинки, т.к. её положение рядом с пластинчато-влагалищным сочленением всегда легко установить.
• Листовая пластинка вдоль сложенная, слегка приоткрытая, ровная и округлая с абаксиальной стороны, ребристая с адаксиальной;
• Основные эпидермальные клетки одревесневшие с адаксиальной стороны, мелкие шиповидные и короткие одноклеточные волоски направлены вверх; опробковевшие и окремневшие клетки эпидермы идут попарно, равномерными рядами; устьица с адаксиальной стороны с одревесневающими замыкающими клетками;
• Проводящие пучки фестукоидного типа. Клетки механической обкладки с утолщенными радиальными и внутренними стенками.
• Мезофил из плотно расположенных изодиаметрических клеток.
• Склеренхимные волокна всегда присутствуют под центральным пучком и на краевых участках листовой пластинки.
Значительно варьирует объем склеренхимы. У овсяницы валлисской на разных этапах вегетативного роста появляются контакты склеренхимы с проводящими пучками, появляются дополнительные субэпидермальные тяжи, иногда образуется сплошной слой склеренхимы. Контакты склеренхимы с проводящими пучками обнаружены в нижней части листовой пластинки, исследовать которую не принято, и, таким образом, существование такой структуры у данного вида не описано.
Значительно варьирует строение листовой пластинки типчака от основания до верхней части: снизу-вверх идет заметное сокращение объема склеренхимы и сокращение числа ребер.
У овсяницы Беккера выявлены следующие стабильные признаки:
• Листовая пластинка вдоль сложена, округлой формы, ребристая с адаксиальной стороны.
• Основные эпидермальные клетки на абаксиальной поверхности всегда одревесневают, на адаксиальной они одревесневают в участках между бороздами. Опушение присутствует только на адаксиальной поверхности. Устьица с одревесневшими замыкающими клетками.
• Проводящие пучки фестукоидного типа. Утолщение клеток механической обкладки стабильно и всегда наблюдается у радиальных и внутренних стенок.
• Мезофилл из плотно расположенных изодиаметрических клеток.
• Склеренхимные волокна всегда присутствуют под крупными проводящими пучками.
Изменчивость у овсяницы Беккера связана с различным объёмом склеренхимы: от основания к верхней части идет сокращение объема склеренхимы, слой склеренхимы может прерываться. Если разрыв слоя присутствует в основании листовой пластинки, то он будет увеличиваться на протяжении всего листа. В некоторых случаях основание листовой пластинки имеет сплошное кольцо субэпидермального слоя склеренхимы, но в средней и верхней частях листа присутствует разрыв этого слоя. Также, встречаются листья, сохраняющие сплошной субэпидермальный слой на протяжении всего листа. Количество ребер также сокращается.
Исследованные виды возможно различить по ряду анатомических особенностей. Для сравнения использовались срезы, сделанные в нижней части листовой пластинки, как более информативные. Форма среза листовой пластинки у овсяницы валлисской удлиненная, в отличие от овсяницы Беккера, у которой форма среза округлая. Опушение у обоих видов представлено шипиками, однако, опушение овсяницы Беккера более густое, опушена в основном адаксиальная сторона, на абаксиальной стороне шипики встречаются крайне редко. У овсяницы валлисской опушение менее густое, редкими шипиками опушены обе стороны. У изученных видов отличаются особенности расположения склеренхимы. У овсяницы Беккера склеренхима располагается в виде равномерного кольца (может прерываться), а у овсяницы валлисской склеренхима располагается в массивных тяжах на краях листовой пластинки и под центральным проводящим пучком, причем, если происходит образование сплошного субэпидермального слоя, то утолщения сохраняются в указанных выше местах. Различно количество проводящих пучков. У овсяницы валлисской - 5(7) пучков, у овсяницы Беккера 7-9(11).
Наличие более прочного механического U-образного каркаса в нижней части листовой пластинки у обоих исследованных видов, вероятно, связанно с тем, что такая конструкция является более прочной на изгиб, и благодаря усиленной базальной части вся листовая пластинка поддерживается в вертикальном положении, что отмечено и у других видов плотнокустовых злаков [9].
Применение различных методов фиксации ботанического материала способно в некоторой степени исказить картину на срезах листовых пластинок овсяниц. Гербаризованные образцы отличаются большей деформацией формы листовой пластинки.
При проведении флороглюциновой реакции одревесневшие элементы у засушенных образцов прокрашиваются с меньшей интенсивностью. Эта особенность отмечается в пособиях по микротехнике [24].
Однако, такие признаки, как количество ребер, количество пучков, расположение склеренхимы не изменяются в зависимости от метода фиксации. Это позволяет в равной мере использовать гербарные и заспитованные листья овсяниц с учетом возможных искажений. Но на занятиях по экологической анатомии предпочтение следует отдавать заспиртованным образцам, т.к. они нагляднее позволят продемонстрировать лигнификацию тканей.
К методическим сложностям работы с гербаризованными образцами относится тот факт, что такие образцы необходимо на несколько дней помещать в раствор спирт/глицерол. В целом, в работе с овсяницами основную трудность в приготовлении микропрепарата составляет малый диаметр листовой пластинки в поперечном сечении.
Традиционные подходы к исследованию листовых пластинок злаков не всегда могут дать желаемые результаты, поскольку использование середины листовой пластинки в ряде случает оказывается затруднительным (часть пластинки поедается животными, а также отсыхает во время засухи). При отсутствии целостности листа невозможно сказать, какая его часть является серединой. Поскольку структура листовой пластинки существенно меняется по всей длине, то использование традиционных определителей, ориентированных на среднюю часть пластинки, проблематично. В этой связи заслуживает внимания базальная часть пластинки, т.к. её положение рядом с пластинчато-влагалищным сочленением всегда легко установить.