ІНСТИТУТ БОТАНІКИ ІМЕНІ М.Г. ХОЛОДНОГО

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

Гасинець Ярослава Степанівна

УДК 581.3:582.711.71

Ембріологія деяких видів rosoideae та maloideae (rosaceae) у флорі
українських карпат

03.00.05 – ботаніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі ботаніки Ужгородського національного
університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Мандрик Віра Юріївна

Ужгородський національний університет,

професор

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

член-кореспондент НАН України,

Кордюм Єлизавета Львівна

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного

НАН України, завідувач відділом

клітинної біології та анатомії

доктор біологічних наук, професор

Барна Микола Миколайович

Тернопільський державний педагогічний

університет ім. В. Гнатюка, завідувач

кафедри ботаніки хіміко-біологічного

факультету

Провідна установа: Інститут екології Карпат НАН України, м. Львів

Захист відбудеться 06.11.2006 р. о _14__ годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26.211.01 Інституту ботаніки ім. М.Г.
Холодного НАН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. Терещенківська,
2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту ботаніки

ім. М.Г. Холодного НАН України за адресою: м. Київ, вул. Велика
Житомирська, 28.

Автореферат розісланий 03.10.2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Виноградова О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Родина Rosaceae багата на великі за обсягом поліморфні та поліплоїдні
роди – Fragaria L., Potentilla L., Cotoneaster Medik., Crataegus L.,
Alchemilla L., генезис яких ускладнений алогамією, ало- і
автополіплоїдією.

Особливістю видів Rosaceae є наявність апоміктичного способу насінної
репродукції в різних його формах. На популяційному рівні в
факультативних апоміктів знаковим є утворення агамно-статевих
комплексів. Алогамія, в межах таких комплексних видів, сприяє подальшій
концентрації ознак, що визначають регулярний апоміксис. Більш глибоке
розуміння процесу репродукції полягає в дослідженні: 1) структури і
розвитку багатоклітинного жіночого археспорія та його похідних у межах
нуцелуса насінного зачатка; 2) функціонування спорогенного комплексу як
у напрямі статевого відтворення (трансформації в мегаспороцити), так і
апоміктичного (диплоспорія, апоспорія); 3) шляхів розвитку еуспоричних і
апоміктичних зародкових мішків; 4) способів розвитку зародка, що
утворюється внаслідок запліднення або партеногенезу. Вказані ознаки є
кардинальними питаннями при вивченні особливостей насінної репродукції.

Актуальність теми. Дослідження ембріональних процесів та з’ясування
способів насінної репродукції представників родини Rosaceae із флори
Українських Карпат полягає в необхідності вирішення проблем активного
відновлення природних популяцій, цінних у господарському відношенні
видів та використанні їх у селекційній практиці. Ембріологія великих
поліморфних родів родини Rosaceae в умовах Українських Карпат за даними
деяких дослідників (В.Ю. Мандрик, 1980; О.Б. Колесник, 1996; Х.Л. Крч,
2003) маловивчена, зокрема в частині способу репродукції та форм
апоміксису.

В літературі (H. Kihara, 1930; C.F. Rudloff, 1930; М.П. Солнцева, 1957,
1961, 1965; Н.П. Березенко, 1970; Н.Б. Сухарева, 1970, 1976, 1978; Х.Л.
Крч, 2003) є дані, які стосуються ембріології видів роду Fragaria.
Вказівка на Fragaria viridis (Duch.) Weston зустрічається тільки в
генетико-селекційних працях, де F. viridis є одною із батьківських пар
при міжвидовому схрещуванні.

Аналіз робіт (A. Rutishauser, 1949, 1959, 1960, 1967; В.Ю. Мандрик,
1990; Х.Л. Крч, 2000-2003) з ембріології видів обширного роду Potentilla
свідчить, що вид Potentilla aurea L. в ембріологічному аспекті і на
популяційному рівні малодосліджений, а відомості з Potentilla obscura
Willd. – відсутні.

Вивчення закономірностей розвитку, функціонування і мінливості
репродуктивних структур у видів, що належать до складних за генезисом
поліплоїдних родів Potentilla, Cotoneaster, Crataegus, Alchemilla
необхідне як для встановлення способу репродукції в цілому, так і
визначення форми апоміксису зокрема. Доцільність такого вивчення має
значення не тільки для констатації наявності апоміксису як одного із
способів, що призводить до насінної репродукції, але і для визначення
його форми. Форма апоміксису зумовлена не тільки різним ступенем
відхилення від статевого відтворення і визначається генетично, але є і
показником впливу екологічних факторів, що обумовлюють адаптацію видів
до умов навколишнього середовища. Показник ступеня віддаленості від
статевого процесу і наближення до одної із форм апоміксису виражається в
дії або відсутності впливу пилкової трубки та функції спермія на
розвиток таких ключових і невід’ємних ембріональних структур насіння як
ендосперм і зародок.

У такому плані види родів Cotoneaster, Crataegus, Alchemilla у
Карпатському регіоні, враховуючи різноманітність форм апоміксису, є
маловивченими, зокрема Crataegus oxyacantha L., Crataegus monogyna
Jacq., Alchemilla glabra Neyg. досліджені фрагментарно, а для
Cotoneaster horizontalis Decaisne, Crataegus corallina hort., Alchemilla
flabellata Bus. відомості з ембріології відсутні.

Важливим є вивчення стану локальних популяцій факультативних апоміктів
Potentilla aurea в напрямі можливості утворення агамно-статевих
комплексів в умовах високогір’я, як діагностичного виду альпійського та
субальпійського поясу (К.А. Малиновський, В.В. Крічфалушій, 2002), де
екологічні фактори впливають на продуктивність видів з різним способом
репродукції. Поєднання способів репродукції в свою чергу є вирішальним
фактором відтворення, збереження і поширення природних популяцій видів в
умовах високогір’я.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна
робота виконана на кафедрі ботаніки Ужгородського національного
університету в рамках комплексної науково-дослідної теми кафедри:
„Розробка наукових основ охорони рідкісних і корисних рослин Карпат;
особливості насінної репродукції видів родини Rosaceae в природних
умовах”, з проблематикою: „Рослинний покрив Українських Карпат,
раціональне використання та охорона” № держреєстрації 0100U005355.

Мета і завдання дослідження. Метою нашої роботи було вивчення
особливостей розвитку, функціонування чоловічих і жіночих генеративних
структур та способів насінної репродукції видів родини Rosaceae із
підродин Rosoideae та Maloideae в природних популяціях Українських
Карпат.

У зв’язку з дослідженням особливостей насінної репродукції завданням
дисертаційної роботи було:

1. Вивчити мікроспорогенез, визначити ступінь фертильності та причини
стерильності пилкових зерен.

2. Дослідити структуру та функціонування багатоклітинного жіночого
археспорія в напрямі реалізації як мейотичної потенції, так і
апоміктичної активності спорогенного комплексу та апоміктичної тенденції
соматичних клітин нуцелуса.

3. Встановити спосіб репродукції. В локальних популяціях факультативних
апоміктів визначити можливу наявність агамно-статевих комплексів.

4. Порівняти розвиток та взаємозв’язок ендосперма і зародка в статевих
та агамних видів.

5. Визначити форми апоміксису. Встановити наявність або відсутність
адвентивної ембріонії, як форми апоміксису, що найбільш наближена до
вегетативного способу репродукції.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше вивчено особливості
ембріональних процесів, що призводять до насінної репродукції в Fragaria
viridis, Potentilla obscura, Cotoneaster horizontalis, Crataegus
corallina, Alchemilla flabellata. Істотно доповнено уявлення про
розвиток і функціонування чоловічих та жіночих генеративних структур у
Potentilla aurea, Crataegus oxyacantha, Crataegus monogyna, Alchemilla
glabra.

Вперше на популяційному рівні, у межах родини Rosaceae, на прикладі
дев’яти видів із п’яти родів, проаналізований послідовний процес
реалізації репродукції від статевого відтворення (Fragaria viridis) до
факультативного апоміксису (Potentilla aurea), псевдогамії (Potentilla
obscura), включно до апоміктів, у яких спостерігається автономна його
форма (Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C. monogyna, C.
corallina, Alchemilla glabra, A. flabellata). Встановлено наявність
агамно-статевих комплексів у факультативного апомікта Potentilla aurea.
Вперше виявлено псевдогамію в Cotoneaster horizontalis та видів роду
Crataegus. Визначено, що типовою для видів роду Alchemilla є адвентивна
нуцелярна ембріонія.

В залежності від особливостей насінної репродукції встановлено показник
фертильності та вказано причини стерильності пилкових зерен.

Вперше, в досліджуваних видів, з’ясовано видові особливості структури і
функціонування багатоклітинного жіночого археспорія у напрямі як
мейотичної потенції, так і апоміктичної активності спорогенного
комплексу та апоміктичної тенденції соматичних клітин нуцелуса.

Встановлено, що в автономних апоміктів утворенню ендосперма передує
розвиток зародка, що і є стимулюючим фактором ендоспермогенезу.

Практичне значення отриманих результатів. Цитоембріологічні дослідження
необхідні як для глибокого розуміння онтогенезу, з метою вирішення
питань систематики, філогенії і еволюції рослин, так і процесів
репродукції. Отримані вперше результати щодо особливостей насінної
репродукції та виявлення форм апоміксису істотно доповнюють існуючі
відомості з ембріології видів Rosaceae в цілому. Одержані результати
представляють інтерес для вирішення питань як таксономії в межах великих
поліморфних родів і подальшої стратегії видів, так і репродуктивної
біології.

В прикладному аспекті відомості про особливості репродукції на
популяційному рівні є необхідними для виявлення шляхів до активного
відновлення природного стану популяцій цінних у господарському
відношенні й характерних для високогір’я Карпат видів родини Rosaceae, а
також для визначення фертильності пилкових зерен і оцінки придатності
їх, у зв’язку з наявністю тої чи іншої форми апоміксису як вихідного
матеріалу для селекційних робіт. Матеріали можуть бути використані при
читанні спецкурсу з цитоембріології рослин, зокрема в розділах
„Апоміксис” та „Репродуктивна біологія” рослин у цілому.

Особистий внесок здобувача. Дослідження, представлені в дисертаційній
роботі, виконані автором самостійно. Види Fragaria viridis, Potentilla
aurea, P. obscura, Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C.
monogyna, C. corallinа, Alchemilla glabra, A. flabellata зібрано та
опрацьовано безпосередньо здобувачем. Виготовлено та проаналізовано
близько 2500 постійних препаратів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації
доповідались на: конференціях Ужгородського національного університету
(Ужгород, 2003-2006), ІІ Міжнародній конференції „Онтогенез рослин у
природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та
екологічні аспекти” (Львів, 2004), конференції молодих учених-ботаніків
„Актуальні проблеми ботаніки та екології” (Канів, 2004), конференції
молодих учених-ботаніків „Актуальні проблеми дослідження та збереження
фіторізноманіття” (Умань, 2005), конференції присвяченої 60-тій річниці
кафедри ботаніки Ужгородського національного університету (Ужгород,
2005).

Публікації. Опубліковано вісім праць, зокрема одна в Українському
ботанічному журналі, три в Науковому віснику Ужгородського національного
університету та тези з міжнародної конференції, конференцій
молодих-учених ботаніків та конференції присвяченої 60-тій річниці
кафедри ботаніки Ужгородського національного університету.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 7
розділів, висновків, списку літератури та додатку (загальний об’єм – 207
сторінок). Основний зміст роботи викладено на 107 сторінках
машинописного тексту. В дисертації міститься 7 таблиць та 132 рисунка.
Список літератури включає 188 назв, у тому числі 119 джерел іноземною
мовою.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Літературні відомості, що торкаються розвитку чоловічої генеративної
сфери переважно носять генетичний характер (C.F. Rudloff, 1930; A.
Rutishauser, 1945; J.S. Sax, 1954; H. Hjemquist, 1956; A. Muentzing,
1958; R. Czapik, 1962; R. Ismailow, 1984; K. Ptak, 1986). Питання
розвитку та особливості функціонування чоловічих репродуктивних
структур, у досліджуваних нами представників родини Rosaceae,
залишаються маловивченими. Зокрема малодослідженими є процеси, які
відбуваються при проростанні мікроспор у чоловічі гаметофіти, що
переважно у видів Rosaceae призводять до утворення фертильних або
стерильних пилкових зерен.

Основні літературні відомості (S. Muerbeck, 1901; G. Boeoes, 1917; A.
Rutishauser, 1947; J.S. Sax, 1954; H. Hjemquist, 1962; М.П. Солнцева,
1965; К.П. Глазунова, 1983; R. Ismailow, 1994; B. Eriksen, M.
Fredrikson, 2000) стосуються розвитку і структури жіночої репродуктивної
сфери. Дискутивними залишаються питання, що пов’язані з особливостями
функціонування спорогенного комплексу та соматичних клітин нуцелуса.
Нез’ясовані межі спорогенного комплексу в латеральній зоні нуцелуса, а
отже, і походження диплоспоричних та апоспоричних апоміктичних
зародкових мішків.

Не всі наявні ембріологічні дослідження, що стосуються дикорослих видів
Rosaceae, були проведені на популяційному рівні. Інформація в такому
аспекті досить обмежена. Скандинавські, середньоєвропейські та
британські популяції видів Potentilla вивчались A. Hakansson (1946), B.
Eriksen, M. Fredrikson (2000), H.R. Hunziker (1954), G.L. Smith (1963).
Види роду Alchemilla були взяті тільки з окремих географічних областей –
скандинавських (S. Muerbeck, 1901), середньоєвропейських (E.
Strasburger, 1905), південноамериканських (G. Boeoes, 1917),
африканських (H. Hjelmquist, 1959). К.П. Глазунова (1981-1983)
досліджувала ембріологію східноєвропейських видів Alchemilla. R. Czapik
(1962), R. Ismailow (1986) вивчали види Potentilla та Alchemilla, що
зростають на території Польщі. Способи репродукції в досліджуваних нами
видів із Українських Карпат не вивчались.

Відсутні літературні відомості, що торкаються утворення зародка і
ендосперма у видів з різною формою апоміксису, зокрема взаємозв’язку
розвитку зародка і ендосперма.

РОЗДІЛ 2

ОБ’ЄКТИ, МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕРМІНОЛОГІЯ

Об’єкти досліджень. Об’єктами вивчення були взяті дев’ять видів, які
входять до п’яти родів родини Rosaceae, зокрема Fragaria viridis,
Potentilla aurea, Potentilla obscura, Crataegus oxyacantha, Crataegus
monogyna, Alchemilla flabellata, Alchemilla glabra, що природно
зростають в Українських Карпатах та декоративні види – Cotoneaster
horizontalis, Crataegus corallina, які широко культивують в парках та
ботанічному саду Ужгородського національного університету.

Методика досліджень. Для цитоембріологічних досліджень проводили
темпоральну фіксацію матеріалу в період від початкових стадій розвитку
насінних зачатків до завершення цвітіння та утворення ендосперма і
зародка. Матеріал фіксували сумішшю С.Г. Навашина, ФОС та Карнуа на
місці збору матеріалу (Н.А. Наумов, В.Е. Козлов, 1954; З.П. Паушева,
1970). Зрізи фарбували за Фельгеном та залізним гематоксиліном за
Гейденгайном, підфарбовуючи цитоплазму світлим зеленим та 0,5%-ним
водним розчином еритрозину. Опрацьовано близько 2500 постійних
препаратів. Для встановлення стерильності пилкових зерен
використовувалась ацетокармінова методика (С.С. Хохлов, М.И. Зайцева,
П.Г. Куприянов, 1978). Життєздатність пилкових зерен вивчалась шляхом
пророщування їх на поживному середовищі агар-агар з концентраціями
глюкози 15 та 20 відсотків. Мікрофотографії та рисунки є оригінальними
та зроблені автором із власно виготовлених постійних та тимчасових
препаратів за допомогою мікроскопу CARL ZEISS-JENA та CARL ZEISS
AXIOSKOP, цифрової фотокамери Olympus „Camedia” C-450 Zoom і
рисувального апарату РА-3. При цьому були використані об’єктиви та
окуляри – 100*10, 40*10, 40*16.

Термінологія. Поняття ембріологічних термінів викладено у вигляді
підрозділу в розділі 2.

РОЗДІЛ 3

ЧОЛОВІЧІ ГЕНЕРАТИВНІ СТРУКТУРИ

Розвиток і структура стінки пиляка. Стінка мікроспорангія у видів
Rosaceae розвивається за типом дводольних (G.Z. Davis, 1966) і
складається з ендотеція (фіброзного шару), двох середніх шарів та
тапетуму. Тапетум секреторного типу. Особливістю для видів роду
Crataegus є утворення трьох середніх та двох тапетальних шарів.

Особливості мікроспорогенезу та фертильність пилкових зерен.
Мікроспорогенез, у досліджуваних нами видів родини Rosaceae,
відбувається з значними порушеннями, які призводять до утворення
нежиттєздатних пилкових зерен або дегенерації мікроспорангіїв у цілому,
за винятком Fragaria viridis та статевих особин у популяціях Potentilla
aurea. Аномалії проявляються на різних етапах розвитку мікроспорангіїв,
а саме на: спорогенному, мікроспороцитному, мікроспоровому,
гаметофітному. Найбільш ранні аномалії виникають на спорогенному етапі
до утворення мікроспороцитів, який характеризується дегенерацією клітин
спорогенної тканини або вже сформованого спорогенного комплексу.

Мейоз при мікроспорогенезі, зокрема стадія синапсису профази першого
поділу мейозу, є критичною і після якої мікроспороцити дегенерують;
подальші аномалії в мейозі проявляються в утворенні уні- і
тетравалентів, а відтак у нерівномірному розподілі хромосом у анафазі I
та у виникненні ядер з незбалансованим числом хромосом. Результатом
вказаних аномалій є утворення поліад – мікроспор, яких буває більше, ніж
чотири. Такі мікроспори містять одне або декілька макро- чи мікроядер,
що відрізняються за набором хромосом і згодом дегенерують.

Відхилення на гаметофітному етапі розвитку чоловічого гаметофіта
проявляються в період проростання зовнішньо морфологічно нормальних
мікроспор і призводять до: 1) утворення двох вегетативних і одного
генеративного ядер; 2) одного вегетативного і двох генеративних або
різної асоціації таких ядер у різній кількості; 3) відсутності
генеративної клітини або в утворенні двох – трьох рівних за величиною
ядер.

У Fragaria viridis середній показник фертильних пилкових зерен у
популяціях коливається від 82 до 90 %. Для видів роду Potentilla
притаманна незначна кількість стерильних пилкових зерен 18-38 %. Рід
Crataegus та Cotoneaster характеризуються значним відсотком стерильних
пилкових зерен, а саме: від 62 до 68 % (Crataegus) та 56 %
(Cotoneaster). Виняток складає Crataegus corallina у якого середнє
значення стерильності пилкових зерен становить лише 26 %. Значний
відсоток фертильних пилкових зерен у C. corallina можна пояснити тим, що
даний вид у природі виник внаслідок алополіплоїдії з послідуючою
автополіплоїдізацією. Наявність життєздатних пилкових зерен, які
проростають на штучному поживному середовищі дає підстави вважати, що
для цих родів, очевидно, можливе статеве відтворення та псевдогамія. У
видів роду Alchemilla спостерігається значний відсоток стерильних
пилкових зерен – 62-78 %, що дає підставу вважати, що пилкові зерна є
аномальними та стерильними.

Наявність життєздатних пилкових зерен, зокрема в Fragaria viridis –
39-54 %, Potentilla aurea – 40-47 %, Potentilla obscura – 40 %,
Cotoneaster horizontalis – 5,6 %, Crataegus oxyacantha – 4,9 %,
Crataegus monogyna – 5,4 % , Crataegus corallina –

26 %, Alchemilla flabellata 0-0,5 %, які проростають на штучному
поживному середовищі дає підстави вважати, що для цих родів, очевидно,
можливе статеве відтворення та псевдогамія. В Alchemilla glabra
життєздатних пилкових зерен не виявлено.

Найбільше значення середнього арифметичного діаметра пилкових зерен (в
мкм) серед досліджуваних нами представників родини Rosaceae з різних
популяцій спостерігається в Crataegus corallina (Ужгород) – 47,29±1,66,
а найменше в Fragaria viridis (Оноківці) – 16,37±0,66. Показник діаметра
серед гігантського пилку коливається від 23,49±1,33 у Fragaria viridis
(Ужгород) до 77,84±4,27 Crataegus corallina (Ужгород). Найменше значення
дегенерованого пилку знаходимо в Alchemilla glabra (пол. Рівна) –
екваторіальний діаметр – 12,96±0,70, полярна вісь – 14,37±1,13, а
найбільший у Crataegus corallina (Ужгород) – екваторіальний діаметр –
27,31±1,37, полярна вісь – 32,24±1,13 (табл. 1).

Таблиця 1

Середнє арифметичне діаметра пилкових зерен у досліджуваних видів

родини Rosaceae (в мкм)

п/п Назва виду Місцезростання Нормаль-ні пилкові зерна Аномальні пилкові
зерна

Гігантсь-кі пилкові зерна Карликові пилкові зерна

Екваторіаль-ний діаметр Полярна вісь

1. Fragaria viridis L. Ужгород 16,77±0,64 23,49±1,33 12,40±0,68
19,48±1,30

2.

Оноківці 16,37±0,66 23,61±0,83 11,92±0,19 21,97±0,80

3. Potentilla aurea L. Близниці 18,41±1,70 32,86±1,43 13,02±0,64
17,26±0,77

4.

Говерла 17,85±1,20 32,59±1,24 12,86±0,48 17,59±1,32

5.

Піп-Іван Чорногірський 18,03±1,39 32,78±1,09 13,02±0,45 17,91±1,48

6. Potentilla obscura Willd. Чорна гора 22,78±1,35 31,00±1,13 13,95±0,69
17,88±1,72

7. Cotoneaster horizontalis Decaisne. Ужгород 27,64±0,74 39,37±1,28
17,69±1,04 25,13±0,94

8. Crataegus oxyacantha L. Оноківці 29,80±0,82 43,89±0,78 20,10±1,23
36,76±2,00

9. Crataegus monogyna Jacq. Оноківці 30,76±1,11 45,79±1,44 21,03±1,13
32,19±1,81

10. Crataegus corallina hort. Ужгород 47,29±1,66 77,84±4,27 27,31±1,37
32,24±1,13

11. Alchemilla flabellata Bus. пол. Рівна 22,36±1,07 36,75±0,57
14,63±1,15 18,35±3,32

12.

Говерла 21,41±0,88 29,16±1,82 13,21±0,59 14,93±1,11

13. Alchemilla glabra Neyg. підніжжя пол. Рівної 22,48±0,76 32,24±1,37
12,96±0,70 14,37±1,13

14.

пол. Рівна 18,69±0,59 29,06±1,75 13,09±0,86 14,81±1,34

РОЗДІЛ 4

ЖІНОЧІ РЕПРОДУКТИВНІ СТРУКТУРИ

Жіночий археспоріальний комплекс, структура та особливості
функціонування. Властивістю жіночого археспорія Rosaceae є здатність
первинних археспоріальних клітин до мітотичного поділу, в результаті
якого утворюються клітини вторинного археспорія та двошаровий покривний
комплекс. У Cotoneaster та Crataegus покривний комплекс
дво-чотиришаровий.

Вторинні археспоріальні клітини родини Rosaceae повторно мітотично
поділяються і утворюють дво-триярусний спорогенний комплекс клітин. У
спорогенному комплексі можна виділити: центральні, латеральні та
парієтальні клітини. В мегаспороцити трансформуються центральні та
латеральні клітини. Парієтальні клітини мітотично поділяються на дочірні
– еквівалентні, які набувають видовженої форми і мейотичної тенденції не
проявляють. Такі клітини є межею спорогенного комплексу, по відношенню
до соматичних, в латеральній частині нуцелуса.

Потужний красинуцелятний насінний зачаток складається з нуцелярного
ковпачка. Кількість шарів нуцелярного ковпачка є видоспецифічною ознакою
і варіює від двох до одинадцяти шарів клітин.

Кількість спорогенних клітин, що здатні трансформуватись у мегаспороцити
варіабельна (від одної до чотирьох) і залежить від способу репродукції
виду – статевого відтворення або апоміксису. Тетради мегаспор лінійні.
Зародковий мішок розвивається із халазальної (Fragaria, Potentilla,
Crataegus) або епіхалазальної (Potentilla, Cotoneaster, Crataegus,
Alchemilla) мегаспори. В межах нуцелуса зустрічаються еуспоричні
зародкові мішки дво-чотириядерної стадії розвитку, що розвиваються із
мегаспор одної чи декількох тетрад.

Мегаспороцити в F. viridis виникають як із центральної вторинної
археспоріальної клітини, так і з латеральних спорогенних клітин.

Функціонально в спорогенному комплексі Potentilla aurea та P. obscura
можна виділити: клітини з мейотичною потенцією, які в статевих особин
трансформуються у мегаспороцити та клітини, які в апоміктичних особин
безпосередньо, мітотично, розвиваються в апоміктичні диплоспоричні
зародкові мішки. Мейоз здійснюють один-два мегаспороцити, виникає
одна-дві тетради мегаспор. Функціонує, як правило халазальна мегаспора,
але потенційно життєздатні всі мегаспори тетради. В апоміктичних особин
мегаспороцити і тетради часто дегенерують.

На ранніх етапах розвитку Cotoneaster horizontalis спорогенний комплекс
має мейотичну тенденцію. Подальше функціонування спорогенних клітин
здійснюється в двох напрямах: 1) клітини трансформуються в
мегаспороцити, 2) стають ініціалями диплоспоричних зародкових мішків.

Особливістю видів Crataegus є закладання чотирьох-п’яти первинних та
утворення одної-п’яти вторинних археспоріальних клітин. Виявлено кілька
варіантів функціонування вторинних археспоріальних клітин: 1)
безпосередньо трансформуються в мегаспороцити, здійснюють мейоз,
виникають тетради мегаспор, які згодом дегенерують; 2) мiтотично
поділяються на похідні клітини, з яких мiкропiлярні – верхні – стають
мегаспороцитами, сягають стадії синапсису і дегенерують; 3) ядра їх,
мітотично поділяючись, дають початок апомiктичним зародковим мішкам
диплоспоричного характеру, які теж підлягають дегенерації.

В мегаспороцити у видів роду Alchemilla перш за все трансформується
центральна клітина вторинного археспорія, у випадку її дегенерації –
латеральні чи їх похідні. В мегаспороцити перетворюються дві-три
спорогенні клітини, про що свідчить стадія синапсиса. Стійка тенденція
до мейозу притаманна і для латеральних ярусів клітин, але в випадку
утворення мегаспороцитів із центральної клітини вторинного археспорія чи
її похідних, мейози в латеральних клітинах спостерігаються рідко.
Мегаспороцитна стадія є найбільш тривалою. На даному етапі види роду
Alchemilla не відрізняються від статевих видів. Тенденція до мейозу
проявляється у наявності декількох мегаспороцитів і в тривалості їх
існування. Одночасно цю стадію, очевидно, можна розглядати і як критичну
в процесі мегаспорогенеза. Спорогенний комплекс і його похідні –
мегаспороцити дегенерують витісняючись ініціальними клітинами
апоміктичних апоспоричних зародкових мішків, що розвиваються із
соматичних клітин нуцелуса в халазальній частині.

Аналізуючи розвиток, структуру та функціонування спорогенного комплексу
Rosaceae, слід відмітити чотири етапи: 1) закладання первинного
археспорія; 2) утворення вторинних археспоріальних клітин, їх похідних
та покривного комплексу; 3) трансформацію спорогенних клітин у
мегаспороцити; 4) мегаспорогенез та формування тетрад мегаспор.

Для видів родини Rosaceae притаманні два способи утворення і примноження
спорогенних клітин: 1) тільки за рахунок латеральних клітин, які
мітотично поділяються, в той час як центральна клітина вторинного
археспорія безпосередньо трансформується в мегаспороцит; 2) всі клітини
вторинного археспорія поділяються мітотично, внаслідок чого спорогенний
комплекс набуває дво-триярусної структури.

Основним показником функціонування спорогенного комплексу є
трансформація його клітин у мегаспороцити. Вказана ознака притаманна як
для видів із статевим відтворенням (Fragaria viridis), так із
апоміктичним способом розмноження – псевдогамним і автономним апоміктам
(Potentilla aurea, P. obscura, Cotoneaster horizontalis, Crataegus
oxyacantha, C. monogyna, C. corallina Alchemilla glabra, A. flabellatа).

Діагностичною ознакою для статевих видів є значна кількість
мегаспороцитів. Мейотична потенція у межах спорогенного комплексу спадає
від центру до периферії нуцелуса. Таке явище спостерігається і в
апоміктичних видів. A. Rutishauser (1954) та H. Hjelmqust (1964)
вважали, що вторинні археспоріальні клітини та їх похідні, які утворюють
спорогенний комплекс, поступово соматизуються від периферії до центру
нуцелуса. Таким чином, у мегаспороцити трансформуються, як правило,
тільки центральні клітини спорогенного комплексу. Згідно проведених нами
досліджень, спостерігаються явища коли центральні мегаспороцити
дегенерують, а латеральні спорогенні клітини вступають у мейоз. Отже,
очевидно, археспоріальні клітини та їх похідні не соматизуються від
периферії до центру, а набувають здатності здійснювати мейоз у випадку
дегенерації центрального мегаспороцита.

В статевих видів два-три мегаспороцити завершують мейоз, внаслідок чого
формуються тетради мегаспор. Халазальні мегаспори розвиваються в
зародкові мішки Polygonum-типу.

Особливості утворення та диференціювання жіночого гаметофіта. Розвиток
еуспоричних та апоміктичних зародкових мішків. Для кожного роду і,
навіть виду, можна накреслити особливості функціонування спорогенного
комплекса, що корелюється із способом утворення еуспоричних – гаплоїдних
чи апоміктичних – диплоїдних зародкових мішків (диплоспорія). Утворення
апоміктичних зародкових мішків у Rosaceae поєднується з такою формою
апоміксису як нередукований партеногенез.

Здатність подальшого функціонування соматичних клітин нуцелуса
проявляється в утворенні апоспоричних зародкових мішків (Cotoneaster,
Crataegus, Alchemilla) та адвентивної нуцелярної ембріонії (Alchemilla).

Розвиток жіночого гаметофіта – зародкового мішка здійснюється у статевих
видів і статевих особин факультативних апоміктів із мегаспори за типом
Polygonum. Яйцевий апарат розташований в апікальній зоні зародкового
мішка. Антиподи ефемерні. Центральна клітина зародкового мішка містить
два полярних ядра, які тривалий час контактують.

У нормі, в Fragaria viridis, у межах одного нуцелуса розвиваються
один-два зародкові мішки. Генезис таких зародкових мішків можливий як із
однієї тетради мегаспор, так і з халазальних мегаспор двох тетрад.
Утворення диплоспоричних та апоспоричних зародкових мішків не виявлено.

Для видів Potentilla aurea та P. obscura характерне утворення
еуспоричних, диплоспоричних та апоспоричних зародкових мішків. У
статевих особин P. aurea халазальні мегаспори декількох тетрад здатні
утворювати два, зрідка три, гаплоїдні еуспоричні зародкові мішки. В
окремих насінних зачатках еуспоричні зародкові мішки дегенерують, що,
очевидно, є стимулюючим фактором для диплоспорії. Для P. obscura
характерний мітотичний розвиток диплоспоричних апоміктичних зародкових
мішків із клітин спорогенного комплексу (диплоспорія), та, зрідка,
соматичних клітин нуцелуса (апоспорія). Повної диференціації в статевих
особин P. aurea досягають один-два еуспоричні зародкові мішки, а у
псевдогамних P. aurea та P. obscura – один-два, зрідка, три
диплоспоричні зародкові мішки.

На стадії розвитку зародкових мішків у Cotoneaster horizontalis
функціонування клітин мегаспорангія в одному і тому ж нуцелусі можна
розділити на три періоди: 1) еуспоричний, 2) диплоспоричний, 3)
апоспоричний. Перший період пов’язаний з ранньою дегенерацією
центрального мегаспороцита, здатністю латеральних спорогенних клітин
трансформуватись у мегаспороцити, розвитком еуспоричних, гаплоїдних
зародкових мішків. Другий період обумовлений активним розвитком із
спорогенних клітин диплоспоричних зародкових мішків паралельно з
дегенеруючим центральним мегаспороцитом або гаплоїдним еуспоричним
зародковим мішком. Диплоспоричні зародкові мішки, як правило, досягають
двоядерної стадії розвитку. Завершальним, третім, – є період утворення
апоспоричних зародкових мішків, що розвиваються із соматичних клітин
нуцелуса. В халазальній частині нуцелуса виникають ініціальні клітини
(дві-п’ять) апоспоричних зародкових мішків, які в процесі розвитку
витісняють всі структури спорогенного комплексу, в тому числі еуспоричні
та диплоспоричні зародкові мішки.

У видів роду Crataegus спостерігаються два способи розвитку зародкових
мішків: 1) еуспоричний, 2) апоспоричний. Розвиток жіночого гаметофіта
відбувається із халазальної мегаспори. В C. corallina найбільш тривалу
життєздатність, після халазальної, має мікропілярна мегаспора. Ознаки
дегенерації у неї з’являються пізніше, ніж у середніх. У C. oxyacantha
та C. monogyna три верхні мегаспори дегенерують швидко, а халазальна
розвивається в зародковий мішок. Диплоспорія у досліджуваних видів не
спостерігалась. В халазальній зоні нуцелуса виникають дві-три
апоспоричні ініціалі, із яких розвиваються два апоспоричні зародкові
мішки, що досягають повної диференціації.

Види роду Alchemilla характеризуються дегенерацією центрального
мегаспороцита. Латеральні клітини здатні ставати мегаспороцитами,
утворювати тетради мегаспор і еуспоричні зародкові мішки. У A. glabra та
A. flabellatа центральні, латеральні мегаспороцити або тетради мегаспор
дегенерують. Одночасно окремі латеральні клітини в межах спорогенного
комплексу розвиваються мітотично в апоміктичні – диплоспоричні зародкові
мішки, які рідко досягають повної диференціації. Весь спорогенний
комплекс та його похідні дегенерують і витісняються апоспоричними
зародковими мішками, що розвиваються із соматичних клітин зони халази.
Повної диференціації досягає один, зрідка, два апоспоричні зародкові
мішки.

»

2

4

N

P

j

l

?

 

¬

3/4

I

?

o

e

h?

h?

h?

1/4 3/4 A A Ae AE E ? o o ooooiooooaoooooooooooooooo

d?th

I

?

@ v ? i ? `

?

e

d?th

U Ue & ( * J ° ? ? o o ///////ooooo/////////aeaeaeae

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

w.w?w?w,{B„oe„o„iss*EEEE?????????¦¦?

d?th

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

% h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

?

?

A

h?

h?

h?

h?

ph h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

//eeeeeeeeYeeeeeeeeeeeeee

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

h?

ph;Особливістю апоміктів із родини Rosaceae є здатність спорогенних
клітин безпосередньо, мітотично поділяючись і диференціюючись,
утворювати диплоїдні апоміктичні – диплоспоричні зародкові мішки. За
діагностичними ознаками апомікти характеризуються: 1) незначною
кількістю (один-три) мегаспороцитів; 2) дегенерацією центрального
мегаспороцита, який на стадії синапсиса (зиготени) профази першого
поділу мейозу дегенерує; 3) розвитком та диференціюванням диплоспоричних
зародкових мішків; 4) утворенням та диференціюванням апоміктичних –
апоспоричних зародкових мішків із соматичних клітин нуцелуса, що
супроводиться дегенерацією всього спорогенного комплекса та його
похідних в цілому.

Порівнюючи диференціацію гаплоїдних еуспоричних зародкових мішків, що
утворюються із мегаспор за типом Polygonum, із диплоїдними, які мають
спорогенне походження (диплоспорія) та диплоїдними зародковими мішками,
які розвинулись із соматичних клітин нуцелуса (апоспорія), можна зробити
висновок, що відмінність їх полягає в плоїдності. Диплоїдні зародкові
мішки більші за розмірами, але за структурою такі зародкові мішки
подібні до еуспоричних.

Отже, в розвитку, структурі та функціонуванні клітин нуцелуса насінного
зачатку можна виділити такі етапи: 1) розвиток і функціонування нуцелуса
як мегаспорангія, який включає – диференціацію жіночого археспорія,
примноження клітин спорогенного комплекса, трансформацію спорогенних
клітин у мегаспороцити та мегаспорогенез (мейоз); 2) мегагаметофітогенез
– розвиток та утворення зародкових мішків (із мегаспори однієї тетради
чи із різних тетрад), диференціацію елементів зародкового мішка
притаманну статевому способу відтворення; 3) розвиток та функціонування
в межах одного нуцелуса ембріональних жіночих статевих та апоміктичних
структур у апоміктів, свідчить про потенційну здатність клітин нуцелуса
розвиватись у зародкові мішки як із мегаспори, так і мітотично.

РОЗДІЛ 5

НАСІННА РЕПРОДУКЦІЯ ВИДІВ РОДИНИ ROSACEAE

В ПРИРОДНИХ ПОПУЛЯЦІЯХ

При вивченні способів репродукції на популяційному рівні необхідно
враховувати такі важливі властивості як: 1) наявність у окремих видів
тільки статевого процесу; 2) притаманність факультативного апоміксису,
коли в межах виду є статеві і, паралельно, апоміктичні особини; 3)
автономність апоміксису, в випадку якого, в межах окремих поліморфних
родів є види, репродукція яких здійснюється без впливу пилкової трубки і
функції сперміїв.

Статева репродукція. Серед досліджених видів, у якого виявлений виключно
статевий спосіб відтворення, є Fragaria viridis.

Спільними ознаками для статевих видів F. viridis та статевих особин
факультативного апомікта Potentilla aurea є: розвиток зародкового мішка
за типом Polygonum, будова елементів зародкового мішка, проникнення
пилкової трубки в зародковий мішок через мікропіле (порогамія) та
вивільнення вмісту пилкової трубки в одну з синергід. Потрійне злиття
відбувається в часі значно раніше, ніж запліднення яйцеклітини.

Факультативні апомікти і агамно-статеві комплекси. До факультативних
апоміктів належить P. aurea, апоміктичні особини якої є псевдогамними
(індукований партеногенез). Ембріональні процеси і структури притаманні
видам із статевим способом репродукції здатні в одному і тому ж
насінному зачатку замінюватись на апоміктичні – агамні, свідченням чого
є наявність дегенеруючих і деструктивних структур – мегаспороцитів,
тетрад мегаспор, еуспоричних зародкових мішків. У апоміктичних особин P.
aurea зародкові мішки здатні мітотично розвиватись із спорогенних клітин
(диплоспорія).

P. aurea в межах локальних популяцій утворює агамно-статеві комплекси, з
наявністю як статевих, так і апоміктичних особин. Різне співвідношення
статевого відтворення і апоміксису в популяціях, відповідно вертикальній
зональності їх зростання – 78-22 % (г. Близниці), 68-32 % (г. Говерла),
60-40 % (г. Піп-Іван Чорногірський) свідчить, що у P. aurea домінує
статевий спосіб репродукції.

P. obscura – псевдогамний вид, для якого характерна диплоспорія –
партеногенез та апоспорія – партеногенез. Зародок розвивається
партеногенетично. Злиття спермія з яйцеклітиною виявлено не було,
оскільки спермій дегенерує. Ендосперм розвивається внаслідок потрійного
злиття.

Агамоспермія. Автономний апоміксис (облігатний апоміксис). До автономних
апоміктів належать види, яким, незважаючи на наявність у них
ембріональних структур, зв’язаних із статевим способом репродукції,
притаманний автономний апоміксис у таких його формах як диплоспорія –
партеногенез, апоспорія – партеногенез. Від гаплоїдного, еуспоричного,
апоспоричний зародковий мішок відрізняється наявністю крупних елементів
яйцевого апарата, величиною полярних ядер, а пізніше і розмірами ядра
центральної клітини, що зміщується у її мікропілярну зону. В окремих
насінних зачатках Cotoneaster та Crataegus паралельно з автономним
апоміксисом (апоспорія – партеногенез) встановлено контакт спермія і
полярних ядер та злиття спермія з ядром центральної клітини, що
характерно при псевдогамії. Особливістю автономних апоміктів є тривале
зближення і контактування полярних ядер, а в результаті їх злиття,
швидкий поділ ядра центральної клітини без участі спермія. Отже,
досліджувані види Cotoneaster та Crataegus, на нашу думку, тільки умовно
можна віднести до автономних апоміктів, оскільки в них нами виявлена і
псевдогамія – утворення первинного ядра ендосперма внаслідок потрійного
злиття полярних ядер і спермія.

Диференційовані зародкові мішки у A. glabra та A. flabellata
апоспоричного походження. Входження пилкової трубки в зародковий мішок
виявлено не було. Запліднення яйцеклітини, а також злиття спермія з
ядром центральної клітини чи з одним із полярних не спостерігалось.
Синергіди проявляють тривалу життєздатність і до дегенерації, як
правило, приступають не раніше, ніж зародок досягає дво-,
чотириклітинної стадії розвитку. Синергіди зберігають свої обриси, що
свідчить про відсутність входження до них пилкових трубок.

Ядро центральної клітини функціонально відповідає і може розглядатися як
еквівалент первинного ядра ендосперма, приступає до поділу на різних
стадіях розвитку зародка. Певної закономірності у взаємовідношенні
розвитку зародка, злитті полярних ядер і утворенні ендосперма саме в
такій послідовності як це характерно для статевих і псевдогамних видів,
у яких поділ первинного ядра ендосперма завжди передує поділу зиготи і
утворенню зародка, не спостерігається.

Таким чином, для всіх популяцій досліджуваних видів Alchemilla
характерний диплоїдний партеногенез, а апоміксис в цілому може
визначатись як автономний. У виду A. glabra виявлена адвентивна
нуцелярна ембріонія.

РОЗДІЛ 6

РОЗВИТОК ЕНДОСПЕРМА І ЗАРОДКА

Розвиток ендосперма. Статевий та апоміктичний способи репродукції
Rosaceae обумовлюють різні вихідні шляхи розвитку ендосперма. Реалізація
утворення первинного ядра ендосперма, при наявності різних способів
репродукції, здійснюється в статевих видів Fragaria viridis та особин
Potentilla aurea такими шляхами: 1) об’єднання спермія з одним (верхнім
чи нижнім) з полярних ядер, після чого завершується потрійне злиття; 2)
одночасне злиття спермія з полярними ядрами; 3) спермій зливається з
ядром центральної клітини. В факультативного апомікта P. aurea та
псевдогамного виду P. obscura, у яких апоміксис індукований і зародок
розвивається партеногенетично, первинне ядро ендосперма утворюється
внаслідок потрійного злиття (псевдогамія). При автономному апоміксисі
Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C. monogyna, C.
corallina, Alchemilla glabra, A. flabellatа розвиток ендосперма
започатковується злиттям тільки полярних ядер центральної клітини, що
виключає вплив пилкової трубки і дію спермія на утворення первинного
ядра ендосперма. Зрідка, в Cotoneaster horizontalis та видів Crataegus,
спостерігається утворення ендосперма в результаті контактування або
злиття полярних ядер чи ядра центральної клітини зі спермієм. У статевих
видів та факультативних апоміктів утворення ендосперма передує розвитку
зародка. Для агамних видів, у яких виявлений автономний апоміксис,
розвиток зародка передує утворенню ендосперма. Розвиток зародка у видів
Alchemilla glabra та A. flabellata здійснюється в нерозкритій пуп’янці,
ще задовго до цвітіння і, очевидно, є стимулюючим фактором розвитку
ендосперма, що розвивається без потрійного злиття. Ендосперм у
представників родини Rosaceae нуклеарного (ядерного) типу, хоча в своєму
кінцевому розвитку набуває клітинної структури.

Розвиток зародка. Ембріогенез у видів родини Rosaceae, згідно з
класифікацією R. Soueges (1939), здійснюється за типом Geum, а за D.A.
Jogansen (1950) відповідно до класифікації зародків дводольних – за
типом Asterad var. Geum. Зародок в основному формується із апікальної
клітини (са).

Для позначення складових частин зародка R. Soueges були введені
спеціальні позначення у вигляді ключа, який позначається буквами
латинського алфавіту. Із похідних апікальної клітини (са) виникають
сім’ядолі (рсо) та верхівкова меристема стебла (pvt), що позначається:
ca = pco + pvt.

Базальна клітина (cb) утворює підсім’ядольне коліно (phy), центральний
циліндр кореня (icc), ініціальну клітину первинної кори кореня (iec),
кореневий чохлик (co) та підвісок (s): cb = phy + icc + iec + со + s.

У виду Potentilla obscura нами виявлений розвиток зародка і за
Solanad-типом var. Nicotiana (D.A. Jogansen, 1950). Згідно з
класифікацією типів розвитку зародків (R. Soueges, 1939) всі клітини
похідні апікальної клітини (са) утворюють всі основні частини зародка, а
саме точку росту стебла (рvt), сім’ядолі (pco), гіпокотиль (phy),
центральний циліндр (icc), кору кореня (iec): са = рсо + pvt + phy + icc
+ iec, а з базальної клітини (cb) формується тільки колеориза (со) та
підвісок (s): cb = со + s.

В межах роду Alchemillа виявлена поліембріонія, а в А. glabra і
адвентивна нуцелярна ембріонія. Апогаметія у видів Alchemillа
зустрічається рідко. Поліембріонія у Potentilla зустрічається
спорадично, а в Cotoneaster та Crataegus не виявлена.

Отже, як при статевому розмноженні, так і при апоміксисі, зокрема при
гаметофітному апоміксисі, виникає взаємозв’язана система –
ендосперм-зародок. Таку систему, в залежності від способу репродукції,
можна класифікувати на: 1) ендосперм-зародок, де зародок і ендосперм
виникає в результаті злиття сперміїв з ядром яйцеклітини і ядром
центральної клітини – що характерно для статевих видів; 2)
ендосперм-зародок, де ендосперм утворюється внаслідок злиття ядра
центральної клітини чи полярних ядер з спермієм, а зародок розвивається
партеногенетично – у апоміктів при індукованому партеногенезі
(псевдогамії); 3) ендосперм-зародок розвиваються без впливу пилкової
трубки і спермія, тобто автономно, внаслідок злиття полярних ядер – у
автономних апоміктів.

РОЗДІЛ 7

ОБГОВОРЕННЯ

Чоловічі генеративні структури. При вивченні розвитку чоловічих
генеративних структур у представників родини Rosaceae дослідники C.F.
Rudloff (1930) у Fragaria, A. Muentzing (1928-1958) у Potentilla, J.S.
Sax (1954) у Cotoneaster, A.E. Longley (1923) у Crataegus, H. Hjemquist
(1964) у Alchemilla основну увагу приділяли мейотичному періоду розвитку
мікроспорангія. Менша увага була спрямована на проростання мікроспор у
чоловічий гаметофіт – утворення двоклітинного пилкового зерна. E.
Strasburger (1905) у середньоєвропейських видів Alchemilla виявив
життєздатні пилкові зерна і припустив, що і для південноамериканських та
африканських видів можливий статевий спосіб розмноження. Автор відмічає,
що статеве відтворення в Alchemilla було первинним і, можливо, існує ще
в умовах високогір’я Південної Америки та Африки. Н. Hjelmquist (1956)
виявив у африканських та південноамериканських видів Alchemilla
двоклітинні пилкові зерна і припустив, що деякі види Alchemilla для яких
притаманний апоміксис мають тісний зв’язок із статевим відтворенням.

Літературні відомості свідчать, що розвиток чоловічого гаметофіта із
мікроспор маловивчений. Наші дослідження показали, що поруч з аномаліями
мейозу при мікроспорогенезі в таких поліплоїдних родів як Cotoneaster,
Crataegus, Alchemilla відхилення в розвитку чоловічих генеративних
структур відбуваються саме на стадії проростання мікроспор у двоклітинні
пилкові зерна.

Жіночі репродуктивні структури. Дискусійне питання функціонування клітин
спорогенного комплексу полягає у визначенні межі між спорогенними і
соматичними клітинами в латеральній зоні насінного зачатку.
Маловивченими є питання чіткого визначення походження апоміктичних
диплоспоричних та апоспоричних зародкових мішків. Зокрема, H. Hjemquist
(1964) вважав, що латеральні спорогенні клітини мають здатність
соматизуватись і розвиватись у апоміктичні зародкові мішки. Е.
Strasburger (1905) припускав, що в такого роду як Alchemilla соматизація
може захоплювати і центральну спорогенну клітину. Отже, походження
апоміктичних зародкових мішків, а саме чи є вони диплоспоричними із
спорогенних клітин чи апоспоричними з соматичних клітин нуцелуса є
малодослідженим. A. Hakansson (1946), A. Gustafsson (1947), А.
Rutishauser (1954) вважали, що апоміктичні зародкові мішки Potentilla
розвиваються після дегенерації центрального мегаспороцита.

M. Munijamma, J.B. Phipps (1985) для північноамериканських видів
Crataegus, К. Ptak (1990) для Crataegus, що зростають у Польських
Татрах, В. Eriksen, М. Fredrikson (2000) для скандинавських популяцій
Potentilla nivea вказують, що питання межі спорогенного комплексу та
соматичних клітин нуцелуса малодосліджене.

Наші дослідження карпатських видів Potentilla, Cotoneaster, Crataegus,
Alchemilla свідчать, що спорогенні клітини функціонують: а) у напрямі
трансформації їх у мегаспороцити, утворені тетрад мегаспор та
еуспоричних зародкових мішків; б) набувають мітотичної активності, що
призводить до диплоспорії; в) самі зовнішні – парієтальні клітини
спорогенного комплексу не відчленовують покривних, у мегаспороцити не
трансформуються, диплоспоричних апоміктичних зародкових мішків не
утворюють і, очевидно, є межею між спорогенними і соматичними клітинами
нуцелуса.

В наведеній літературі незначна увага була приділена соматичним клітинам
халазальної зони нуцелуса. Згідно наших досліджень у родів Cotoneaster,
Crataegus, Alchemilla соматичні клітини, що знаходяться в халазальній
зоні нуцелуса розвиваються в апоспоричні апоміктичні зародкові мішки.
Отже, джерелом апоспоричних зародкових мішків у представників родини
Rosaceaea є соматичні клітини халазальної зони нуцелуса.

У досліджуваних видів Cotoneaster, Crataegus, Alchemilla із флори
Українських Карпат спостерігалась послідовність функціонування
спорогенних клітин у межах нуцелуса в напрямку еуспоричних,
диплоспоричних та апоспоричних зародкових мішків. Апоспоричні зародкові
мішки розвиваючись із соматичних клітин халазальної зони нуцелуса
витісняють весь спорогенний комплекс і є чинником його дегенерації.

Насінна репродукція. А. Hakansson (1946), А. Muentzing (1958) вказують
на те, що для скандинавських популяцій Potentilla характерний як
статевий спосіб репродукції, так і псевдогамія. S. Asker (1971)
відмічає, що північно-скандинавський вид Potentilla argentea має
апоміктичний спосіб розмноження. G.L. Smith (1963) для британських
популяцій Potentilla, зокрема P. gelida, відмічає наявність диплоспорії,
а R. Czapik (1962) для Potentilla crantzii та P. arenaria із Польських
Татр вказує на статеву насінну репродукцію.

На популяційному рівні проведені дослідження високогірного виду P. aurea
вказують на те, що в межах популяцій існує варіабельний спосіб
репродукції як статеве відтворення. так і псевдогамія. В цілому в
популяціях переважає статеве відтворення.

J.S. Sax (1954) для видів роду Cotoneaster відмічає апоміктичний спосіб
репродукції. В.Ю. Мандрик (1994) вказує на наявність у Cotoneaster
melanocarpus псевдогамії, що підтверджує Т. Ploompuu (1999) для
естонських видів. Наші дослідження свідчать, що для C. horizontalis
притаманна псевдогамія. M. Munijamma, J.B. Phipps (1985) для
північноамериканського виду Crataegus pruinosa відмічають наявність
моноспоричних гаплоїдних зародкових мішків, а при їх дегенерації
вказують на можливість розвитку апоспоричних зародкових мішків. Наші
дослідження свідчать, що апоспорія – партеногенез при наявності
фертильних пилкових зерен, супроводжується псевдогамією.

H. Hjemquist (1956) для африканських та південноамериканських видів
Alchemilla та R. Ismailow (1994) для видів Alchemilla із Польських Татр
відмічають автономний апоміксис. К.П. Глазунова (1983) для
східноєвропейських видів Alchemilla вказує на статеве відтворення.

Наші дані щодо Alchemilla підтверджують відомості R. Ismailow. Отже,
можна констатувати, що для досліджуваних родів характерна апоспорія –
партеногенез, а для видів Alchemilla, зрідка, притаманна диплоспорія –
партеногенез та адвентивна нуцелярна ембріонія.

Ендосперм та зародок. Ендосперм нуклеарного типу, що підтверджується
літературними даними (F.A.F.C. Went, 1887; S. Muerbeck, 1901; F.
Pechoutre, 1902; G.L. Smith, 1963; R. Czapik, 1985). На основі
класифікацій типів розвитку зародка, досліджуваних нами представників
родини Rosaceae, можна поділити на: 1) види, для яких притаманний
розвиток зародка згідно класифікації D.A. Jogansen (1950) за типом
Asterad, а за класифікацією R. Soueges (1939) зародок можна віднести до
типу Geum, характерною ознакою якого є наявність епіфізи (Fragaria
viridis, Potentilla aurea, P. obscura, Cotoneaster horizontalis,
Crataegus oxyacantha, C. monogyna, C. corallina, Alchemilla glabra, A.
flabellata); 2) види, яким характерний розвиток зародка згідно
класифікації D.A. Jogansen (1950) за типом Solanad варіація Nicotiana
(P. obscura).

Згідно досліджень стимулюючим фактором розвитку зародка у статевих видів
і факультативних апоміктів є розвиток ендосперма. Для автономних
апоміктів індукуючим фактором розвитку ендосперма є початкові стадії
розвитку зародка.

S. Muerbeck (1901) вказує на наявність апогаметії і адвентивної
нуцелярної ембріонії у Alchemilla. К.П. Глазунова (1983) відмічає
наявність апогаметії у A. acutiloba та несправжньої поліембріонії у A.
baltica. R. Ismailow (1981-1986), відмічає, що в A. incisа переважає
апогаметія, а адвентивна нуцелярна ембріонія зустрічається рідко. О.Б.
Колесник (1996) виявив нуцелярну ембріонію в А. monticola. Водночас нами
підтверджено наявність у Alchemilla glabra, A. flabellata адвентивної
нуцелярної ембріонії.

ВИСНОВКИ

1. Внаслідок проведених нами ембріологічних досліджень встановлено, що
за способом насінної репродукції види є статевими (Fragaria viridis) та
апоміктичними (агамними), серед яких необхідно виділити види з різними
формами апоміксису: факультативні апомікти, які в локальних популяціях
утворюють агамно-статеві комплекси (Potentilla aurea); псевдогамні
апомікти з індукованим партеногенезом (Potentilla obscura); автономні
апомікти (Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C. monogyna,
C. corallina, Alchemilla flabellatа, A. glabra). Одночасно у C.
horizontalis та видів Crataegus нами виявлена і псевдогамія.

2. Стінка мікроспорангія у представників родини Rosaceae формується за
типом дводольних. Тип тапетума секреторний. Чоловічий гаметофіт
двоклітинний. Утворення мікроспор відбувається за симультанним типом.
Мікроспорогенез у апоміктів супроводжується аномаліями при мейозі, що
проявляються в утворенні уні- та тетравалентних хромосом, які в анафазі
першого поділу мейозу нерівномірно розходяться до полюсів. Наслідком цих
аномалій є утворення поліад – мікроспор, що містять мікро- та макроядра
з різною кількістю хромосом, що призводить до зниження кількості
морфологічно нормальних та утворення нежиттєздатних пилкових зерен.

У статевих видів та факультативних апоміктів відсоток фертильних
пилкових зерен коливається від 82 до 90% для Fragaria viridis та 62-82%
для видів роду Potentilla. Роди Crataegus та Cotoneaster
характеризуються значною варіабельністю відсотку стерильних пилкових
зерен, а саме: від 23 до 68% (Crataegus) та 43,7% (Cotoneaster). У
Alchemilla відсоток фертильних пилкових зерен знаходиться в межах від 21
до 38.

3. Особливості насінної репродукції Rosaceae обумовлені структурою і
функціонуванням потужного спорогенного комплексу, реалізація функцій
якого здійснюється як в напрямі статевого відтворення, так і апоміксису.
Для статевих видів характерне трансформування значної кількості
спорогенних клітин у мегаспороцити, утворення декількох тетрад мегаспор,
паралельний розвиток декількох зародкових мішків із мегаспор одної або
декількох тетрад (Fragaria viridis). Аналогічне функціонування
спорогенного комплексу виявлено у статевих особин факультативних
апоміктів (Potentilla aurea). Для апоміктів властивими є: незначна
кількість мегаспороцитів, дегенерація центрального і латеральних
мегаспороцитів, тетрад мегаспор, еуспоричних зародкових мішків,
утворення диплоспоричних зародкових мішків, дегенерація спорогенного
комплексу і його похідних в цілому, розвиток і диференціювання
апоспоричних зародкових мішків.

4. У високогірного виду Potentilla aurea, з індукованим партеногенезом
(псевдогамія), в межах локальних популяцій встановлено наявність
агамно-статевих комплексів. Співвідношення статевого і агамного способів
репродукції у таких комплексах варіабельне: у популяції з г. Близниці –
78 до 22%, г. Говерла – 68 до 32%, г. Піп-Іван Чорногірський – 60 до
40%. Домінуючим у популяціях є статеве відтворення.

5. Для видів Rosaceae притаманний гаметофітний апоміксис. Аналіз форм
гаметофітного апоміксису свідчить, що диплоїдні зародкові мішки
розвиваються як із клітин спорогенного комплексу шляхом випадання мейозу
і заміни його мітозом – диплоспорично (Potentilla aurea, P. obscura,
Cotoneaster horizontalis, Alchemilla flabellatа, A. glabra), так і
мітотично із соматичних клітин нуцелуса – апоспорично (Potentilla aurea,
P. obscura, Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C. monogyna,
C. corallina, Alchemilla flabellatа, A. glabra). Найбільш поширеною
формою апоміксису є апоспорія – партеногенез та диплоспорія –
партеногенез. Для Alchemilla характерна адвентивна нуцелярна ембріонія.

6. Ендосперм нуклеарного типу. У статевих видів і факультативних
апоміктів ендосперм утворюється внаслідок потрійного злиття – полярних
ядер із спермієм і передує розвитку зародка за формулою
ендосперм-зародок. Утворення системи ендосперм-зародок у автономних
апоміктів відбувається в напрямі – зародок-ендосперм. Індукуючим
фактором для розвитку ендосперма є початкові стадії розвитку зародка.
Формування системи зародок-ендосперм є специфічним явищем характерним
для апоміктів Rosaceae. Розвиток зародка в представників родини Rosaceae
відбувається за типом Asterad var. Geum. Виняток складає вид Potentilla
obscura у якого встановлено і Solanad-тип var. Nicotiana.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гасинець Я.С. Ембріологічне дослідження Fragaria viridis Duch.
(Rosaceae) в Українських Карпатах // Наук. вісник УжНУ, Серія біологія.
– 2004. – № 14. – С. 70–73.

2. Гасинець Я.С. Статеве відтворення та апоміксис у деяких видів роду
Potentilla L. із Українських Карпат // Наук. вісник УжНУ, Серія
біологія. – 2004. – № 15. – С. 81–84.

3. Гасинець Я.С. Ембріологія Crataegus oxyacantha L. i Crataegus
monogyna Jacq. (Rosaceae) з Українських Карпат // Укр. ботан. журн. –
2004. – Т. 61, № 2. – С. 125–133.

4. Гасинець Я.С. Ембріологія Cotoneaster horizontalis Decaisne
(Rosaceae) // Наук. вісник УжНУ, Серія біологія. – 2005. – № 16. – С.
69–73.

5. Гасинець Я.С. Ембріологічне дослідження деяких видів роду Alchemilla
L. та Cotoneaster Medik. із Українських Карпат // Актуальні проблеми
ботаніки та екології: Матеріали конференції молодих учених-ботаніків
(Канів, 7-10 вересня 2004 р.). – Київ: Абетка, 2004. – № 9. – С.
152–154.

6. Гасинець Я.С. Особливості насінної репродукції Crataegus corallina
hort. (Rosaceae) // Актуальні проблеми дослідження та збереження
фіторізноманіття: Матеріали конференції молодих учених-ботаніків (Умань,
Національний дендрологічний парк „Софіївка” НАН України, 6-9 вересня
2005 р.). – Київ: Фітосоціоцентр, 2005. – С. 151–152.

7. Гасинець Я.С. Статеве відтворення та апоміксис у видів родини
Rosaceae із Українських Карпат // Онтогенез рослин у природному та
трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти:
Тези ІІ Міжнародної конференції (Львів, 18-21 серпня 2004 р.). – Львів:
Сполом, 2004. – 37 с.

8. Гасинець Я.С. Особливості насінної репродукції деяких видів родини
Rosaceae із Українських Карпат // Історія та сучасний стан дослідження
фітобіоти Карпат: Тези наукової конференції, присвяченої 60-тій річниці
кафедри ботаніки Ужгородського національного університету (Ужгород, 30
вересня – 1 жовтня 2005 р.). – Ужгород, 2005. – С. 20.

АНОТАЦІЯ

Гасинець Я.С. Ембріологія деяких видів Rosoideae та Maloideae (Rosaceae)
у флорі Українських Карпат. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.05 – ботаніка. – Інститут ботаніки ім. М.Г.
Холодного НАН України, Київ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена ембріональним дослідженням особливостей
насінної репродукції великих поліморфних, поліплоїдних родів родини
Rosaceae, що зростають в умовах Українських Карпат. У досліджуваних
видів аномалії в мікроспорангіях виявлені як на стадії мікроспорогенезу,
так і при проростанні мікроспор у чоловічий гаметофіт.

За способом репродукції види поділяються на: статеві (Fragaria viridis)
та апоміктичні (агамні), серед яких необхідно виділити різні форми
апоміксису: – факультативні апомікти (Potentilla aurea); – псевдогамні,
з індукованим партеногенезом (Potentilla obscura); – автономні, в яких
структури, що пов’язані із статевим відтворенням, досягають певних
стадій розвитку, але в подальшому знаходяться в стані депресії і
поступово витісняються структурами, характерними для агамних видів
(Cotoneaster horizontalis, Crataegus oxyacantha, C. monogyna, C.
corallina, Alchemilla glabra, A. flabellatа).

Внаслідок функціонування багатоклітинного спорогенного комплексу в межах
нуцелуса утворюються як еуспоричні, так і апоміктичні – диплоспоричні
зародкові мішки. Із соматичних клітин халазальної частини нуцелуса
розвиваються апоспоричні зародкові мішки. У факультативного апомікта
Potentilla aurea у межах локальних популяцій встановлено наявність
агамно-статевих комплексів. У популяціях домінує статеве відтворення.
Для видів Cotoneaster, Crataegus, Alchemilla притаманна апоспорія і
автономний апоміксис. У Cotoneaster horizontalis та видів Crataegus нами
виявлена псевдогамія. Утворення системи ендосперм-зародок у автономних
апоміктів відбувається в напрямі – зародок ? ендосперм. Індукуючим
фактором для розвитку ендосперма є початкові стадії розвитку зародка.

Ключові слова: мікроспорогенез, археспорій, диплоспорія, апоспорія,
апоміксис, ендосперм, зародок.

АННОТАЦИЯ

Гасинец Я.С. Эмбриология некоторых видов Rosoideae и Maloideae
(Rosaceae) во флоре Украинских Карпат. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.05 – ботаника. – Институт ботаники им. Н.Г.
Холодного НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена эмбриологическим исследованиям
особенностей семенной репродукции больших полиморфных, полиплоидных
родов семейства Rosaceae, произрастающих в условиях Украинских Карпат.

Для исследованных видов семейства Rosaceae свойственны аномалии, которые
проявляются как во время микроспорогенеза, формировании микроспор, так и
при развитии мужского гаметофита. Отклонения заключаются в наличии уни-
и тетравалентных хромосом, которые в анафазе первого деления мейоза
неравномерно расходятся к полюсам. Результатом таких аномалий является
образование микроспор, которые содержат ядра с несбалансированным
количеством хромосом, что обуславливает стерилизацию пыльцевых зерен.

В соответствии с репродукцией можно выделить виды (Fragaria viridis)
репродукция которых осуществляется половым путем и апомиктические
(агамные), среди них необходимо выделить разные формы апомиксиса: —
факультативные апомикты (Potentilla aurea); – псевдогамные, с
индуцированным партеногенезом (Potentilla obscura); – автономные, у
которых изначально развиваются структуры, обуславливающие половое
воспроизведение. Такие структуры достигают определенных стадий развития,
но в последствии находятся в состоянии депрессии и вытесняются
структурами, характерными для агамных видов.

Многоклеточный женский археспорий видов семейства Rosaceae является
источником образования как эуспорических зародышевых мешков, которые
развиваются из мегаспор за типом Polygonum, так и диплоидных
апомиктических, образующихся митотически из спорогенных клеток
(диплоспория). У одного и того же вида апомиктические зародышевые мешки
развиваются не только из спорогенных, но и из соматических клеток
нуцеллуса (апоспория).

Для Fragaria viridis полной дифференциации достигают два-три
эуспорических зародышевых мешка. Для Potentilla aurea и P. obscura
свойственным является образование как гаплоидных, так и диплоидных
апомиктических зародышевых мешков (диплоспория, изредка апоспория). У P.
aurea обнаружено как половое воспроизведение, так и псевдогамия.
Эндосперм развивается в результате тройного слияния – полярных ядер и
спермия, а зародыш – партеногенетически. P. aurea – факультативный
апомикт, в пределах локальных популяций которого обнаружены
агамно-половые комплексы.

Для видов Cotoneaster, Crataegus, Alchemilla свойственна апоспория и
автономный апомиксис. У Cotoneaster horizontalis и видов Crataegus нами
обнаружена псевдогамия. Образование системы эндосперм-зародыш у
автономных апомиктов осуществляется в направлении зародыш ? эндосперм.
Индуцирующим фактором для развития эндосперма являются начальные стадии
развития зародыша. Зародыш развивается по типу Asterad var. Geum. При
развитии зародыша четко выделяется эпифизарная клетка, а позже
эпифизарная группа клеток. У Potentilla obscura обнаружен и Solanad-тип
var. Nicotiana развития зародыша.

Ключевые слова: микроспорогенез, археспорий, диплоспория, апоспория,
апомиксис, эндосперм, зародыш.

SUMMARY

Hasynets Y.S. Embryology of some species Rosoideae and Maloideae
(Rosaceae) in flora of the Ukrainian Carpatians. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 03.00.05 – botany. – M.G.
Kholodny Institute of Botany, National Academy of Sciences of Ukraine,
Kyiv, 2006.

The thesis is devoted to the peculiarities of seed reproduction of large
polymorphic, polyploid species of Rosaceae family, growing under the
conditions of the Ukrainian Carpatians. In the studied species anomalies
in microsporangium have been revealed both at the stage of
microsporogenesis and germination of microspores into the male
gametophyte.

According to the manner of reproduction the species are divided into:
sexual (Fragaria viridis) and apomictic (agamous), among which we should
mention various apomixis forms: facultative apomicts (Potentilla aurea);
– pseudogamous with the induced parthenogenesis (Potentilla obscura); –
autonomous – in which the structures connected with sexual reproduction
reach the definite phases of their development but are further in the
stage of depression and are gradually forced out by the structures
characteristic of agamous species (Cotoneaster horizontalis, Crataegus
oxyacantha, C. monogyna, C. corallina, Alchemilla glabra, A.
flabellatа).

Owing to the function of polycellular sporogenous complex both eusporic
and apomictic – diplosporic embryo sacs are formed within the nucellus.
Somatic cells of chalazal part of nucellus develop into aposporic embryo
sacs. The presence of agamic sexual complexes in facultative apomict
Potentilla aurea has been determined within local populations.

Sexual reproduction dominates in the populations. Apospory and
autonomous apomixis inherent in such species as: Cotoneaster, Crataegus,
Alchemilla. Pseudogamy has been revealed by us in Cotoneaster
horizontalis and Crataegus species.

Formation of endosperm – embryo system in autonomous apomixics takes
place in the direction of – embryo ? endosperm. Initial stages of
embryo’s development of endosperm.

Key words: microsporogenesis, archesporium, diplospory, apospory,
apomixis, endosperm, embryo.

Похожие записи