ІНСТИТУТ БОТАНІКИ ІМЕНІ М.Г. ХОЛОДНОГО

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

КРЧ

ХРИСТИНА ЛЮДВИГІВНА

Індекс УДК 581.3: 582.711.71

Ембріологія видів триби potentilleae (rosaceae)

03.00.05 – ботаніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2004

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 ботаніка, декан
хіміко-біологічного факультету

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

Захист відбудеться “ 5 ” квітня 2004р. о 10 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26.211.01 Інституту ботаніки імені М.Г.
Холодного НАН України за адресою: 01601, Київ, вул. Терещенківська, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту ботаніки імені
М.Г. Холодного НАН України за адресою: вул. Велика Житомирська, 28.

Автореферат розісланий “ 4 ” березня 2004р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Виноградова О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Триба Potentilleae за обсягом є однією із найбільших в межах підродини
Rosideae родини Rosaceae. Для значної кількості родів триби властива
складна таксономічна структура, яка обумовлена поліморфізмом та
поліплоїдією. Окремі види обширних родів в систематичному відношенні є
комплексними. Одночасно у межах триби є роди, що містять константні
диплоїдні види. Для представників триби характерні різні форми насінної
репродукції – статевий процес та апоміксис.

Особливістю триби є наявність різних форм апоміксису:
диплоспорія-партеногенез, апоспорія-партеногенез, псевдогамія
(індукований партеногенез), апогаметія. Різноманітність форм апоміксису
в межах видів триби свідчить про пластичність репродуктивного процесу.

Ембріологічні дослідження факультативних апоміктів, які є домінантними в
межах триби Potentilleae, на популяційному рівні дають можливість
встановити наявність або відсутність в локальних популяціях
агамно-статевих комплексів з перевагою в них статевого відтворення або
апоміксису. Визначення співвідношення статевого процесу і апоміксису та
вивчення їх динаміки має важливе значення для вирішення питання
відновлення природних популяцій.

Актуальність теми. Актуальність теми випливає із необхідності більш
глибокого пізнання процесів репродукції та вивчення способів
розмноження, а отже, відновлення природних популяцій лікарських,
зникаючих та інших цінних в господарському відношенні видів родини
Rosaceae.

Триба Potentilleae малодосліджена в ембріологічному відношенні (K.
Schnarf 1929, 1931, B. Lidforss 1905, 1907, 1914, A. Gustafsson 1931,
1946, A. Rutishauser 1946, 1947). Роди Dryas L. і Parageum Nakai et Hara
досліджені фрагментарно. Літературні дані з ембріології видів Potentilla
alba L. та P. reptans L. – відсутні. Ембріологічні дослідження інших
родів в межах Карпатського регіону носять фрагментарний характер і не
дають розгорнутої картини всього циклу ембріонального процесу (C.
Rudloff, 1930; H. Hunziker, 1954; G. Smith 1963; S. Asker 1966, 1967,
1970, 1971, 1977).

Майже поза увагою дослідників залишилась чоловіча генеративна сфера, що
має істотне значення для з’ясування причин різних аномалій під час
мейозу, стерильності пилкових зерен. Апоміксис сприяє відновленню
популяцій, але особини успадковують тільки материнські ознаки.

Зміна способу репродукції виду в свою чергу змінює генетичну структуру
популяцій. Тому вивчення особливостей репродукції та співвідношення
статевого відтворення і апоміксису в популяціях є одним із актуальних
питань репродуктивної біології. Встановлення наявності агамно-статевих
комплексів у псевдогамних (індукованих) апоміктів та співвідношення
статевого процесу і апоміксису дає можливість судити про стан популяцій
щодо способу репродукції, прогнозувати стабільність популяцій, а саме:
чисельність і гетерогенність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота була виконана на кафедрі ботаніки в Ужгородському
національному університеті в рамках науково-дослідної тематики, зокрема
теми “Розробка наукових основ охорони рідкісних і корисних рослин
Карпат; особливості насінної репродукції видів родини Rosaceae в
природних умовах” № держреєстрації 0100U005355.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи було дослідити
розвиток та функціонування ембріональних структур, що призводять до
насінної репродукції – статевого відтворення та апоміксису у видів триби
Potentilleae з Українських Карпат.

Для досягнення мети було поставлено наступні задачі:

? дослідити мікроспорогенез та встановити причини виникнення стерильних
пилкових зерен;

? вивчити розвиток та функціонування багатоклітинного жіночого
археспорія та соматичних клітин нуцелуса;

? встановити спосіб репродукції – статевий процес чи апоміксис та
з’ясувати форми апоміксису;

? виявити наявність або відсутність агамно-статевих комплексів в
локальних популяціях Potentilla argentea L;

? вивчити особливості утворення первинного ядра ендосперму та розвитку
зародка.

Об’єкт дослідження – види родини Rosaceae.

Предмет дослідження – ембріологія видів родини Rosaceae.

Методи дослідження – цитоембріологічні, морфометричні, статистичні
методи.

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі вперше проведено
детальне вивчення чоловічих та жіночих генеративних структур і насіння у
шести видів з чотирьох родів триби Potentilleae. Детально досліджено в
умовах Українських Карпат ембріологію Dryas octopetala L., Parageum
montanum Nakai et Hara. Вперше вивчено ембріологію Potentilla alba L.,
Potentilla reptans L. Виявлені відхилення в ході мейозу під час
мікроспорогенезу та утворення пилкового зерна. Визначена фертильність та
встановлені причини стерильності пилкових зерен.

Вперше досліджено, що карпатські популяції P. argentea представлені
статевими особинами і факультативними апоміктами. На підставі
ембріологічних досліджень встановлено, що в межах триби є константні
статеві види (D. octoрetala, P. alba, P. reptans), статеві з елементами
апоміксису (P. montanum, F. vesca) і факультативний апомікт (P.
argentea) з переважанням апоспорії.

Визначена межа між спорогенними та соматичними клітинами нуцелуса при
встановлені форм апоміксису у Potentilla аrgentea, що дало можливість
з’ясувати генезис апоміктичних зародкових мішків. В локальних популяціях
P. argentea виявлена наявність агамно-статевих комплексів та вперше
визначено співвідношення статевого відтворення та апоміксису. Вивчено
розвиток зародка за типом Asterad var. Geum.

Практичне значення одержаних результатів. У процесі виконання генетичних
та селекційних робіт для створення культурних плантацій дикорослих
лікарських рослин та покращення стану природних популяцій в цілому,
значна увага приділяється особливостям насінної репродукції. Виявлення
примітивних і прогресивних ембріологічних ознак має значення для
вирішення питань еволюції таксонів у трибі Potentilleae родини Rosaceae.

Матеріали дисертації використовуються під час читання лекцій та
проведення лабораторних занять з курсу “Цитологія з основами
ембріології” та при складанні навчальних посібників, монографій.

Особистий внесок здобувача. Ембріологічні дослідження проведені
здобувачем самостійно. З численних (близько 300) насінних зачатків
кожного виду, дисертантом самостійно виготовлені постійні препарати і
зроблені їх детальні описи. Здобувачем самостійно проаналізовано весь
об’єм інформації по ембріології видів триби Potentilleae. У
співавторстві з науковим керівником опублікована одна наукова праця,
результати яких використані у дисертації.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації подавались та
доповідались на: конференціях Ужгородського національного університету
(Ужгород, 1998-2003). Міжнародній науково-практичній школі для молодих
вчених і спеціалістів “Природні екосистеми Карпат в умовах посиленого
антропогенного впливу (Ужгород, 2001). Міжнародній науковій конференції
“Антропізація навколишнього середовища малих поселень та міст. Флора та
рослинність” (Кострино, 2002). Наукова доповідь на засіданні секції
структурна ботаніка за матеріалами дисертації (Київ, 2002).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 7 праць (2 в
Українському ботанічному журналі; 4 в Науковому віснику Ужгородського
національного університету та 1 тези доповіді наукової конференції).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 6
розділів, висновків, списку використаної літератури (151 джерел, із них
93 іноземних) та додатків. Робота ілюстрована 97 рисунками, 6 таблицями
та 17 мікрофотографіями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Аналіз літературних джерел, присвячених видам триби Potentilleae,
свідчить про відсутність відомостей з розвитку чоловічої генеративної
сфери та фертильності пилкових зерен. Питання диференціювання жіночих
генеративних структур досліджено фрагментарно (F. Pechoutre, 1902; G.
Tischler, 1908; A. Forenbacher, 1913, 1914; A. Rutishauser 1943, 1945).
Інтерпретація розвитку багатоклітинного жіночого археспорія у H.
Hunziker (1954) зовсім інша, ніж у A. Hakansson (1946). Межі жіночого
багатоклітинного археспорія нечітко окреслені.

В ембріологічному відношенні види D. octopetala, P. montanum
досліджені фрагментарно. Для P. alba, P. reptans літературні дані з
ембріологічних досліджень відсутні. Малодослідженими є питання
апоміксису, зокрема, визначення його форм. В літературі є відомості про
способи репродукції скандинавських (A. Hakansson, 1946), британських (R.
Smith, 1963), середньо-європейських (швейцарських) (H. Hunziker, 1954)
видів роду Potentilla. Карпатський регіон в цьому відношенні не
досліджений.

Відсутні відомості про наявність агамно-статевих комплексів в локальних
популяціях псевдогамних видів роду Potentilla. Більшість робіт є
генетичного характеру і не супроводжуються ембріологічними дослідженнями
(M. Christoff, G. Papasowa, 1943; A. Muntzing, G. Muntzing, 1944, 1945;
A. Rutishauser, 1959, 1960; S. Asker, 1966, 1967, 1970, 1971, 1977,
1980). Аналіз літератури з цитоембріології триби Potentilleae, свідчить
про велику варіабельність щодо насінної репродукції, а саме: утворення
зародка статевим відтворенням або апоміктично (A. Muntzing, 1928, 1931;
N. Shimotomai, 1935; A. Popoff 1935; A. Hakansson, 1946; H. Hunziker,
1954; H. Kihara, 1930; G. Staud, 1952). Різним видам властива різна
форма апоміксису або декілька форм його в межах особини одного виду.

Теоретичне узагальнення цих питань та встановлення співвідношення
статевого відтворення і апоміксису в локальних популяціях регіону
Українських Карпат, дозволить глибше зрозуміти структуру популяцій в
репродуктивному аспекті.

МАТЕРІАЛИ, МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕРМІНОЛОГІЯ

Матеріали досліджень. Об’єктами цитоембріологічних досліджень були
вибрані по одному виду з родів Dryas, Parageum, Fragaria, (три види роду
Potentilla), які природно зростають на території Українських Карпат,
зокрема Закарпатської області. Дослідження проводили протягом 1996-2002
р.р.

1. Dryas octopetala L.

2. Parageum montanum Nakai et Hara.

3. Fragaria vesca L.

4. Potentilla alba L.

5. Potentilla argentea L.

6. Potentilla reptans L.

Методика досліджень. При виконанні цитоембріологічних досліджень
матеріал фіксували на стадії бутонізації (товщина мікротомних зрізів
складала 8-10 мікрон), цвітіння (товщина мікротомних зрізів 10-11
мікрон), утворення зрілого насіння (товщина зрізів 5-10 мікрон).
Використовували фіксатори: хромацетоформалінову суміш за Навашиним
(10:4:1), ацетоалкоголь Карнуа (3:1), ФОС (10:7:1) (З.П. Паушева, 1974).

Фарбували препарати за Фельгеном та Гейденгайном, підфарбовуючи
цитоплазму 0,5% світлим зеленим та еозином. Шляхом пророщування на
поживному середовищі (агар-агар та сахароза у концентрації 10%)
визначали життєздатність пилкових зерен. Пророслі пилкові зерна
підраховували у п’яти полях зору. Процент життєздатного пилку
встановлювали з розрахунку кількості пилкових зерен.

Використали ацетокармінову методику для визначення дефектності пилкових
зерен (С.С. Хохлов, М.И. Зайцева, П.Г. Куприянов, 1978).

При здійсненні палінологічного аналізу та дослідженні фертильності
пилкових зерен застосовували статистичні методи обробки інформації (Я.К.
Колде, 1991). Для морфометрії брали виповнені фертильні пилкові зерна
досліджуваних видів. У видів з округленими пилковими зернами, визначали
екваторіальний діаметр, а із видовженими – екваторіальний діаметр та
полярну вісь.

Назви видів рослин наводяться за С.К. Черепановим (1995). Рисунки
виконані за допомогою мікроскопу CARL ZEISS-JENA та рисувального апарату
РА-3 з використанням об’єктивів та окулярів – 90×10, 40×10.
Мікрофотографії виконані за допомогою цифрового фотоапарату Olympus
“Camedia” C120 та фотонакладки.

Термінологія: У дисертаційній роботі застосовуються терміни, визначення
яких подано у даному розділі.

РОЗВИТОК ТА ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ ЧОЛОВІЧИХ ГЕНЕРАТИВНИХ СТРУКТУР

Гістогенез стінки мікроспорангія. Закладання шарів стінки мікроспорангія
здійснюється у відцентровому напрямі за типом дводольних (Davis, 1966).

Із субепідермального шару меристеми кожного зачатка мікроспорангія
диференціюється первинний археспорій. Внаслідок мітотичних поділів
клітин первинного археспорія, виникає первинний паріетальний шар та
вторинний археспорій. Тапетум та вторинний паріетальний шар утворюються
при поділі первинних паріетальних клітин. Вторинний паріетальний шар
поділяється на ендотецій та середній шар, останній з яких утворює знову
середній шар.

У всіх досліджуваних видів триби Potentilleae сформована стінка
мікроспорангія утворюється із епідерми, ендотеція або фіброзного шару,
двох середніх шарів та тапетуму. Тапетум секреторного типу.
Реорганізації тапетуму не відбувається.

Особливості мікроспорогенезу. Мікроспорогенез здійснюється за
симультанним типом. Пилкове зерно двоклітинне.

У всіх досліджуваних видів триби Potentilleae мейоз мікроспороцитів
відбувається асинхронно. До стадії синапсису в процесі мікроспорогенезу
порушень не спостерігалось, що призводило до утворення життєздатних
пилкових зерен. В окремих особин всіх видів, а зокрема у P. аrgentea, в
мікроспорангіях, поряд з нормальним проходженням мікроспорогенезу і
розвитком чоловічого гаметофіту в ході мейозу виявлені аномалії.
Аномалії проявляються у порушенні кон’югації гомологічних хромосом, що
призводить до утворення унівалентів в профазі І, неадекватному
розходженні хромосом до полюсів, утворенні поліморфних одно-двоядерних
мікроспор, які не розвивались у чоловічий гаметофіт.

Виявлені нами порушення при мікроспорогенезі, в цілому, призводять до
дегенерації пилкових зерен. С.С. Хохлов (1978) вважає, що дефектні
пилкові зерна зустрічаються у всіх видів рослин. Виникає необхідність
встановити, яка ступінь фертильності викликана дією випадкових причин і
яка взаємозв’язана, і залежить від апоміксису. У літературі (П.Г.
Купріянов, В.Г. Жолобова, 1975) відмічається, що межа між нормальними і
дефектними пилковими зернами рівна 11%. Пилкові зерна, дефектність яких
менше 11% вважаються нормальними, інші – дефектними.

Палінологічний аналіз та фертильність пилкових зерен. Представники триби
Potentilleae мають гетерогенні пилкові зерна. При вивченні фертильності
пилкових зерен, враховуючи 11% бар’єр оцінки дефектності, необхідно
брати до уваги ще і наступні об’єктивні фактори: 1) місцезростання
популяції (абсолютна висота та інші феноценотичні фактори); 2)
плоїдність виду; 3) способи репродукції або співвідношення статевого
процесу та апоміксису в межах локальних популяцій. Кількість дефектних
пилкових зерен у статевих видів D. octopetala, P. montanum, F. vesca, P.
alba, P. reptans варіює від 15 до 31%. Для факультативного апомікту P.
argentea – 30-60%. Фертильність пилкових зерен у видів триби
Potentilleae в окремих локальних популяціях дуже мінлива і не завжди
залежить від висоти зростання популяції. Висока фертильність пилкових
зерен характерна для D. octopetala –80%, P. montanum – 83%, P. alba –
81,2%, P. reptans – 70,3%. Середня фертильність пилкових зерен властива
для F. vesca – 66,3%, P. argentea – 65,6%.

Показником фертильності пилкових зерен може служити їх розмір. У
представників триби діаметр пилкових зерен в середньому коливається від
19,5 до 29 мкм. Найкраще проростають та фарбуються ацетокарміном у D.
octopetala пилкові зерна діаметром 26-27 мкм, P. montanum відповідно 22
мкм, F. vesca –23-24 мкм, P. alba – 25 мкм, P. argentea – 24-27 мкм, P.
reptans – 28 мкм.

ЖІНОЧІ ГЕНЕРАТИВНІ СТРУКТУРИ

Насінний зачаток видів триби Potentilleae складається із
красинуцелятного нуцелуса з одним (Parageum, Fragaria, Potentilla) та
двома (Dryas) інтегументами, анатропний.

Диференціювання та функціонування жіночого археспоріального комплексу.
Основним критерієм початку диференціювання мегаспорангія, слід вважати
закладання в субепідермальному шарі нуцелуса первинних археспоріальних
клітин. Згідно Є.Л. Кордюм (1978), багатоклітинним слід вважати такий
археспорій, дві, три або більше клітин якого переходять до мейозу і
стають мегаспороцитами.

Власні дослідження свідчать, що у всіх представників триби Potentilleae
жіночий археспорій багатоклітинний. Нуцелярний ковпачок розвивається
внаслідок поділів апікальних клітин епідерми нуцелуса. У
субепідермальному шарі нуцелуса закладаються в середньому п’ять-сім
первинних археспоріальних клітин. Внаслідок мітотичних поділів виникають
покривні та вторинні археспоріальні клітини. За місцем розташування
первинні археспоріальні клітини поділяють на: 1) центральну – осьову; 2)
латеральні – суміжні з центральною; 3) паріетальні – віддалені від
центральної (A. Rutishauser, 1945 — 1947). У такому ж напрямі, від
центру до периферії, виникає послідовно і покривний комплекс, який, як
правило, утворюється над центральними і латеральними клітинами
вторинного археспорія.

Покривний комплекс двошаровий. Не всі первинні археспоріальні клітини
утворюють покривний комплекс і вторинний археспорій. Спорогенними
клітинами вважають клітини – похідні первинного археспорія, що припинили
мітотичні поділи і здатні перетворюватись у мегаспороцити.

Вторинні археспоріальні клітини є спорогенними в тому випадку, якщо ядра
їх безпосередньо приступають до мейозу, що спостерігалось у F. vesca. У
видів D. octopetala, P. montanum, P. alba, P. reptans та статевих особин
P. аrgentea, внаслідок мітотичного поділу вторинних археспоріальних
клітин та послідуючих поділів (верхньої з новоутворених), виникає
три-чотириярусний спорогенний комплекс.

Примітивними, в межах триби Potentilleae є мегаспорангії з багатоярусним
спорогенним комплексом — D. octopetala, P. montanum, види роду
Potentilla. Мегаспорангії, у яких від закладання первинного археспорія
до утворення спорогенних клітин здійснюється один мітотичний поділ, слід
віднести до еволюційно просунутих, прогресивних — F. vesca.

Багатоклітинний спорогенний комплекс проявляє різноманітні потенції до
подальшого розвитку та функціонування: 1) тенденцію до мейозу всіх або
декількох спорогенних клітин; 2) зменшення мегаспороцитів до одного; 3)
властивість дегенерації центрального мегаспороцита; 4) здатність до
диплоспорії; 5) повна дегенерація спорогенного комплексу та його
похідних у випадку переходу до розвитку апоспоричних зародкових мішків.

Найбільшу мейотичну тенденцію проявляють спорогенні клітини високогірних
видів D. octopetala, P. montanum. У середньогірських видів F. vesca, P.
alba, P. reptans та статевих особин P. аrgentea характеризуються
середньою мейотичною активністю. У апоміктичних особин P. аrgentea у
випадку дегенерації центрального мегаспороцита, латеральні або
паріетальні спорогенні клітини мітотично поділяючись, стають
материнськими клітинами зародкового мішка (диплоспорія). Тенденція
спорогенних клітин до мейозу залежить від місця розташування в
спорогенному комплексі. Периферичні спорогенні клітини сильно видовжені,
інколи мітотично діляться на еквівалентні по величині клітини, але ні
вони, ні їх похідні — дочірні, тенденції до мейозу не проявляють. Такі
клітини визначають межі спорогенного комплексу в латеральній зоні
нуцелуса.

Мейотичний поділ завершують один-два мегаспороцити, внаслідок чого
формується лінійна тетрада мегаспор. У D. оctopetala та P. montanum
життєздатною є халазальна мегаспора, але була відмічена така особливість
як потенціальна здатність всіх мегаспор тетради розвиватись у зародкові
мішки. У F. vesca мікропілярна клітина діади не приступає до другого
поділу мейозу, в результаті чого розвивається тріада: верхня
мікропілярна клітина діади і дві мегаспори – епіхалазальна і халазальна.

Для видів триби Potentilleae кількість спорогенних клітин варіабельна і
залежить від того, скільки латеральних клітин первинного археспорія
утворюють покривні та вторинні археспоріальні клітини. Число
мегаспороцитів у високогірних видів D. оctopetala, P. montanum варіює
від шести до дев’яти, що свідчить про високу мейотичну потенцію. У
середньогірських та низинних видів F. vesca три-п’ять мегаспороцитів, у
P. alba, P. reptans –п’ять-шість, статевих особин P. аrgentea –два-три
мегаспороцити. У апоміктичних особин P. аrgentea кількість
мегаспороцитів – один-два.

Функціонування спорогенного комплексу пов’язане із апоміктичним
розвитком зародкових мішків – диплоспорією, коли мейоз повністю випадає
і замінюється мітозом, в результаті розвиваються нередуковані зародкові
мішки.

x

z

e

i

z ? 0

d

¬

®

x

z

i

L x z i 0

d

®

?

81/4#O%ae)V*O,A.,/Ue/®0j1D2ae2:3oocUUUUUUOOOEµµµµµ©

dh`„7

Fттєздатність всіх або декількох мегаспор у межах тетради. Для агамних
видів характерно: 1) незначна кількість мегаспороцитів (один-два); 2)
дегенерація центрального і латеральних мегаспороцитів або тетрад
мегаспор; 3) утворення диплоспоричних та апоспоричних зародкових мішків.

До елементів апоміксису відносять: утворення декількох гаплоїдних
зародкових мішків, життєздатність однієї із синергід, виникнення тріад
замість тетрад, утворення диплоспоричних та апоспоричних ініціалей.

Розвиток зародкового мішка в нормі і при апоміксисі. Розвиток жіночого
гаметофіта у всіх досліджуваних видів відбувається за Polygonum типом.

У D. оctopetala, P. montanum зародкові мішки утворюються із халазальної
та епіхалазальної мегаспори. Для P. montanum характерний розвиток
диплоспоричних зародкових мішків, що досягають двоядерної стадії
розвитку. Подальше утворення із них зародкових мішків не спостерігалось.
У P. montanum виявлено окремі елементи апоміксису, зокрема декілька
гаплоїдних зародкових мішків в одному насінному зачатку та тривалий
період життя однієї із синергід.

У F. vesca зародкові мішки утворюються із халазальних мегаспор тетради
або тріади. У період утворення мегаспороцитів, в зоні халази, серед
соматичних клітин нуцелуса виділяють великі клітини, подібні
апоспоричним ініціаліям, але утворення апоспоричних зародкових мішків не
спостерігалось.

У P. аrgentea утворюються як еуспоричні, так і апоміктичні зародкові
мішки – диплоспоричні та апоспоричні. У статевих особин P. аrgentea
диференційований зародковий мішок складається із яйцевого апарату, трьох
антипод та центральної клітини з полярними ядрами.

Для апоміктичних особин P. аrgentea властива дегенерація мегаспороцитів
і тетрад мегаспор. Домінантною формою апоміксису є апоспорія, коли
зародкові мішки розвиваються із соматичних клітин нуцелуса зони халази
мітотичним шляхом. Апоспоричні зародкові мішки витісняють спорогенний
комплекс і його похідні і сприяють їх повній дегенерації. Диплоїдні
яйцеклітини таких апоспоричних зародкових мішків розвиваються у зародки,
як правило, партеногенетично.

У P. аrgentea спостерігається значна тенденція до утворення
диплоспоричних зародкових мішків з клітин археспоріального походження, а
саме із латеральних та паріетальних.

P. аrgentea – факультативний апомікт. Одночасно в межах однієї локальної
популяції зустрічаються особини із статевим відтворенням та апоміксисом.
Розвиток диплоспоричних зародкових мішків у P. аrgentea здійснюється
шляхом заміни мейоза мітозом, що відповідає типу Antennaria. Апоспоричні
зародкові мішки розвиваються за типом Hieracium (A. Gustaffson, 1946),
що в цілому є характерним для родини Rosaceae.

НАСІННА РЕПРОДУКЦІЯ

Аналіз репродуктивного процесу свідчить, що досліджувані види триби
Potentilleae мають відмінності щодо способу репродукції.

Статеве відтворення. Пилкова трубка проникає в зародковий мішок і
виливає вміст в одну із синергід. Друга синергіда зберігає
життєздатність до початкових стадій розвитку зародка. Злиття полярних
ядер відбувається до запліднення.

У D. оctopetala, P. montanum, зрідка P. аrgentea, одночасно із
утворенням центрального ядра і дегенерацією антипод, халазальна зона
центральної клітини видовжується, утворюючи гаусторієподібний виріст.

Злиття спермія з центральним ядром відбувається раніше, ніж з
яйцеклітиною. Запліднення у досліджуваних видів відбувається за
премітотичним типом, а у P. аrgentea за премітотичним та проміжним типом
(Е.Н. Герасимова-Навашина, 1957).

У P. montanum одночасно з утворенням еуспоричних зародкових мішків
спостерігаються початкові стадії диплоспорії. Такі диплоспоричні
ініціалі досягають двоядерної стадії розвитку зародкового мішка. У F.
vesca розвиваються декілька еуспоричних зародкових мішків, але
запліднення спостерігається тільки в одному з них.

Агамно-статеві комплекси. До категорії факультативних апоміктів
відносяться види, у локальних популяціях яких зустрічаються статеві та
апоміктичні особини. Сюди належить P. аrgentea. Одночасне співіснування
в одній локальній популяції особин з різним способом репродукції є
основою утворення складного агамно-статевого комплексу.

Для P. аrgentea характерна варіабельність еуспорії, диплоспорії,
апоспорії в межах як різних, так і одної локальної популяції, а також в
межах однієї особини виду, незалежно від висоти зростання.

У нижньогірській популяції P. аrgentea зустрічались одиничні випадки
аномальних зародкових мішків апоспоричного походження з порушеною
полярністю. Нередуковані яйцеклітини таких зародкових мішків
розвиваються в зародки партеногенетично, але для розвитку зародка
необхідна наявність пилкової трубки і злиття спермія з центральним
ядром, тобто наявність ендосперму, що розвивається внаслідок потрійного
злиття полярних ядер та спермія.

Для P. аrgentea характерний факультативний індукований апоміксис
(псевдогамія). Спостерігається тенденція щодо незлиття полярних ядер.
Спочатку спермій зливається з одним із полярних ядер (верхнім), а
потрійне злиття завершується пізніше. Для F. vesca властивий гаплоїдний
партеногенез, у P. montanum виявлено апогаметію – утворення зародків з
незапліднених яйцеклітиноподібних синергід.

Отже, за способом насінної репродукції види триби Potentilleae поділяють
на статеві (D. оctopetala, P. alba, P. reptans), статеві з деякими
елементами апоміксису, але репродукція здійснюється статевим шляхом (P.
montanum, F. vesca), факультативний апомікт (P. аrgentea) з переважанням
апоспорії.

Встановлення співвідношення способів репродукції в локальних популяціях,
дає можливість судити про динаміку способів репродукції.

Визначено співвідношення статевого процесу та апоміксису, згідно якого
на висоті 140 м н.р.м. в діапазоні 70% — 30%, при фертильності пилкових
зерен – 90%. На висоті 500 м н.р.м. відповідно 60, 45 відсотків,
фертильність пилкових зерен досягала 60%; на висоті 600 м н.р.м. при
домінуванні статевого процесу, співвідношення запліднення та
псевдогамії складало 85% — 20%, а фертильність пилкових зерен 85%.

Апоміксис забезпечує у популяціях наявність особин із материнською
спадковістю, а, відповідно, ознак, для яких властива мала амплітуда
мінливості, що стабілізує стан особин. Статеве відтворення сприяє
широкому обміну генетичної інформації і продукує особини з великим
діапазоном реакції на мінливі умови зовнішнього середовища.
Співвідношення статевих та апоміктичних особин в різних популяціях
варіабельне , що у відсотковому відношенні зсувається у бік статевого
процесу, створює рівновагу в популяціях відносно їх стійкості до
мінливих умов середовища і сприяє існуванню виду в цілому.

РОЗВИТОК ЕНДОСПЕРМУ ТА ЗАРОДКА

Внаслідок статевого процесу ендосперм і зародок утворюється в результаті
злиття спермія з ядром яйцеклітини та центральним ядром. При апоміксисі
ендосперм виникає шляхом злиття центрального або полярних ядер із
спермієм, а зародок розвивається партеногенетично.

Розвиток ендосперму. У представників триби Potentilleae розвиток
ендосперму передує утворенню зародка.

У статевих видів D. оctopetala, P. alba, P. reptans первинне ядро
ендосперму утворюється внаслідок злиття спермія з центральним ядром. У
P. montanum, F. vesca, P. аrgentea ендосперм виникає в результаті злиття
спермія з одним із полярних ядер, а потрійне злиття завершується злиттям
другого полярного ядра.

Ендосперм у всіх досліджуваних видів триби ядерного типу, має дві фази
розвитку – вільноядерну та клітинну. Утворення ядер активно протікає в
мікропілярній частині центральної клітини, де розміщується зародок.

У P. montanum, у центрі ядерного ендосперму знаходиться велика вакуоля,
що існує до утворення сім’ядолей зародка. У D. оctopetala, P. montanum,
P. аrgentea вільноядерний стан ендосперму тривалий у халазальній частині
центральної клітини.

Особливістю утворення первинного ядра ендосперму у факультативних
апоміктів (псевдогамних) P. аrgentea полягає у: тривалому незлитті
полярних ядер; у злитті спермія спочатку з одним із полярних ядер, а
пізніше завершенням потрійного злиття.

Ендосперм стимулює розвиток зародка. У P. montanum при наявності
чотири-п’ятиклітинного зародка, ендосперм досягає 10-20 ядерної стадії
розвитку. Ендосперм стає бідним при диференціюванні сім’ядолей і має
вигляд периферійно розміщених дегенерованих клітин.

Розвиток зародка. Перший поділ ядра зиготи супроводжується утворенням
поперечної перетинки, внаслідок чого виникає двоклітинний зародок.
Утворені клітини неоднакової величини. Першою до поділу приступає
базальна клітина – cb, що поділяється поперечно, апікальна – ca –
похило.

Згідно ембріогенічної класифікації типів зародка за R. Soueges (1939),
розвиток зародка слід віднести до другого мегархітипу першого періоду
класифікації зародків серії B до типу Geum, який характеризується тим,
що похідні апікальної клітини утворюють сім’ядолі і точку росту стебла.
Базальна клітина дає початок гіпокотилю, первинній корі кореня,
кореневому чохлику та підвісоку.

Послідуючі мітотичні поділи здійснюються в клітинах всіх ярусів, але
інтенсивний поділ спостерігається в апікальних клітинах, в результаті
чого зародок набуває кулеподібної форми.

Відмічено у P. alba, що зародок, як це характерно для Solanad – типу,
розвивається із термінальної клітини, в той час як базальна, на відміну
від Asterad типу, приймає участь в утворенні зародка і дає підвісок.
Згідно класифікації D. Johansen (1950), утворення епіфізи характерне для
Asterad типу var. Geum. У P. montanum та F. vesca виявлена
поліембріонія. Справжня поліембріонія властива для P. montanum, коли
зародки утворюється із заплідненої яйцеклітини і незаплідненої синергіди
(апогаметія).

ВИСНОВКИ

Результати шестирічних досліджень розвитку генеративних структур,
особливостей насінної репродукції з використанням порівняльно –
цитоембріологічного, морфометричного методів дослідження дозволили
з’ясувати та уточненити цілий ряд аспектів в ембріологічному розвитку
видів триби Potentilleae.

1. До складу триби Potentilleae входять статеві види — Dryas
octopetala, Potentilla alba, Potentilla reptans; статеві з елементами
апоміксису — Parageum montanum, Fragaria vescа; факультативний апомікт —
Potentilla argentea, що формує агамно-статеві комплекси.

2. Утворення декількох гаплоїдних зародкових мішків, тривала
життєздатність однієї синергіди, виникнення тріад, замість тетрад (F.
vesca), формування диплоспоричних та апоспоричних ініціалей – елементи
апоміксису.

3. Гістогенез стінки мікроспорангія у видів триби Potentilleae
здійснюється за типом дводольних. Тапетум секреторного типу. Мейоз
мікроспороцитів здійснюється асинхронно. Симультанний тип
мікроспорогенезу. Пилкове зерно двоклітинне.

4. Кількість дефектних пилкових зерен у статевих видів – D. octopetala,
P. montanum, F. vescа, P. alba, P. reptans варіює від 15-31%. Для
факультативного апомікту – P. argentea 30-60%. У представників триби
діаметр пилкових зерен в середньому коливається від 19,5 до 29 мкм.

5. Красинуцелятний насінний зачаток з одним (Parageum, Fragaria,
Potentilla) та двома (Dryas) інтегументами, анатропний. Жіночий
археспорій багатоклітинний. Потужний нуцелярний ковпачок. Покривний
комплекс двошаровий. Спорогенний комплекс одно- (F. vescа),
багатоярусний (D. octopetala, P. montanum, види роду Potentillа).

6. Примітивний мегаспорангій характерний для D. octopetala, P. montanum,
видів роду Potentillа, прогресивний у F. vescа. Висока мейотична
тенденція спорогенних клітин властива для високогірних видів — D.
octopetala, P. montanum (шість-дев’ять мегаспороцитів). Для
середньогірських видів F. vescа, P. alba, P. reptans (три-шість
мегаспороцитів) та статевих особин P. argentea (два-три мегаспороцити) –
характерна середня мейотична активність. Для факультативного апомікту P.
argentea властиві форми апоміксису – апоспорія, диплоспорія з
домінуванням апоспорії.

7. Для видів триби Potentilleae властива лінійна тетрада мегаспор.
Диференційований зародковий мішок Polygonum-типу. Премітотичний,
проміжний (P. argentea) типи запліднення. Для P. argentea характерний
факультативний індукований апоміксис (псевдогамія), F. vescа –
гаплоїдний партеногенез, P. montanum – апогаметія. У представників триби
ядерний ендосперм з халазальним ендоспермальним гаусторієм. Розвиток
зародка здійснюється за типом Asterad var. Geum.

8. Популяції P. argentea утворюють агамно-статеві комплекси. Статевий
процес (85%) домінував у передгірному поясі, псевдогамія – (45%)
переважала на висоті 500 м н.р.м., із зниженням запліднення до 60%.

Виявлені аномалії в процесі мікроспорогенезу, які відбуваються при
нерівномірному розходженні хромосом до полюсів. Внаслідок таких аномалій
виникають мікро-, макроядра, що внаслідок цитокінезу призводять до
утворення поліад. Визначена фертильність пилкових зерен у досліджуваних
видів триби та з’ясовані причини, що призводять до їх стерильності.

9. Співвідношення статевих та апоміктичних особин у популяціях не
залежить від висоти, але у відсотковому відношенні зсувається у бік
статевого відтворення. Встановлено, що одночасне існування в межах
однієї локальної популяції особин з різним способом репродукції є
основою виникнення в них агамно-статевих комплексів. Здійснення
перехресного запилення між статевими та апоміктичними особинами
обумовлює складну в ембріологічному відношенні структуру популяцій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Крч Х.Л. Особливості насіннєвої репродукції Potentilla argentea L.
(Rosaceae) // Наук. вісник УжНУ, Серія біологія. – 2000, №8. – С.
133-135.

Крч Х.Л. Ембріологічне дослідження Potentilla alba L та Potentilla
reptans L.(Rosaceae) // Наук. вісник УжНУ, Серія біологія. – 2002, №11.
– С. 35-38.

Мандрик В.Ю., Крч Х.Л. Ембріологічне дослідження Dryas octopetala L.
(Rosaceae) з Українських Карпат. // Укр. ботан. журн. – 2002. – Т. 59,
№3. – С. 271-277.

Крч Х.Л. Ембріологія Parageum montanum Nakai et Hara (Rosaceae) // Укр.
ботан. журн. – 2002. — Т. 59, №4. – С. 464-469.

Крч Х.Л. Паліноморфологічний аналіз та фертильність пилкових зерен видів
триби Potentilleae (Rosaceae) // Наук. вісник УжНУ, Серія біологія. –
2003, №12. С. 37-41.

Крч Х.Л. Особливості насіннєвої репродукції у деяких видів триби
Potentilleae (Rosaceae) в умовах Українських Карпат // Природні
екосистеми Карпат в умовах посиленого антропогенного впливу: Матеріали
Міжнародної науково-практичної школи для молодих вчених та спеціалістів
(Ужгород – 4-7 жовтня), Наук. вісник УжНУ, Серія біологія. – 2001, №9.
– С. 216-218.

Krch K.L. Seed reproduction features of genus Potentilla L. species
under different ecophytocoenotic growing conditions // V Internacional
Conference Antropіzation and Environment of Rural Settlements. Flora and
Vegetation. Uzhgorod and Kostryno, 16-18 May. – Abstract. – 2002. – P.
39-40.

Крч Х.Л. Ембріологія видів триби Potentilleae (Rosaceae). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.05.-ботаніка. – Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного
НАН України, Київ, 2004.

Дисертація присвячена вивченню розвитку чоловічих та жіночих
генеративних структур, особливостей насінної репродукції у видів триби
Potentilleae. Досліджено мікроспорогенез та фертильність пилкових зерен.
Визначена межа між спорогенними та соматичними клітинами нуцелуса при
встановлені форм апоміксису у Potentilla argentea, що дало можливість
з’ясувати генезис апоміктичних зародкових мішків. У локальних популяціях
P. argentea виявлена наявність агамно-статевих комплексів. Карпатські
популяції P. argentea представлені факультативними апоміктами з
варіабельним співвідношенням способів репродукції. На основі
ембріологічних досліджень встановлено, що до складу триби входять
статеві види (D. octoрetala, P. alba, P. reptans), статеві з елементами
апоміксису (P. montanum, F. vesca) і факультативний апомікт (P.
argentea) з переважанням апоспорії. Досліджено особливості формування
первинного ядра ендосперму та розвиток зародка у видів триби
Potentilleae .

Ключові слова: триба Potentilleae, мікроспорогенез, археспорій, насінна
репродукція, факультативний апоміксис, агамно-статевий комплекс,
апоспорія-партеногенез, диплоспорія-партеногенез.

Крч К.Л. Эмбриология видов трибы Potentilleae (Rosaceae). – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.05. – ботаника. – Институт ботаники им. Н.Г.
Холодного НАН Украины, Киев, 2004.

Работа посвящена изучению развития мужских, женских генеративных
структур и особенностей семенной репродукции видов трибы Potentilleae.
Исследован микроспорогенез и фертильность пыльцевых зерен. Во время
микроспорогенеза отклонения совершаются в премейотическом, мейотическом,
постмейотическом периодах развития микроспорангия и заключаются в
образовании унивалентов, макро-, микроядер с разным числом хромосом,
формировании двоядерных микроспор, в итоге к образованию дефектных
пыльцевых зерен. Установлено, что фертильность пыльцевых зерен в
отдельных локальных популяциях изменчива и не зависит от высоты
произрастания популяций.

У видов трибы Potentilleae женский археспорий многоклеточный. Кроющий
комплекс двухслойный. Спорогенный комплекс одно-многоярусный.
Спорогенными считают клетки – производные первичного археспория, которые
прекратили митотические деления и способны трансформироваться в
мегаспороцити. Среди спорогенных клеток выделяют центральные,
латеральные, и более отдаленные – париетальные. Париетальные клетки не
образуют кроющих клеток. Они делятся на эквивалентные дочерные, которые
не проявляют мейотическую тенденцию, но способны развиваться в
апомиктические – диплоспорические зародышевые мешки. Такие клетки
определяют границы спорогенного комплекса в латеральной зоне нуцелуса.

Вторичные археспориальные клетки — спорогенные в том случае, если ядра
их непосредственно приступают к мейозу, что наблюдали у Fragaria vesca.
У видов Dryas octopetala, Parageum montanum, Potentilla alba, Potentilla
reptans, половых особей Potentilla argentea вторичные археспориальные
клетки только после двух-трех митотических делений образуют спорогенный
комплекс, митотические деление которых останавливается. Образуется
двух-трехъярусный спорогенный комплекс, клетки которого трансформируются
у мегаспороцити.

Примитивными считают мегаспорангии с многоярусным спорогенным
комплексом. Мегаспорангии, у которых от закладывания первичного
археспория, до образования спорогенных клеток осуществляется одно
митотическое деление, следует отнести к эволюционно прогрессивным,
продвинутым — Fragaria vesca.

Особенностю функционирования спорогенных клеток у половых видов трибы
Potentilleae есть: 1) образование большого количества мегаспороцитов (до
10); 2) образование нескольких тетрад мегаспор (две-три); 3)
жизнедеятельность всех или нескольких мегаспор тетрады. Для агамных
видов характерно: 1) незначительное количество мегаспороцитов
(один-два); 2) дегенерация центрального и латеральных мегаспороцитов или
тетрад мегаспор; 3) образование диплоспорических и апоспорических
зародышевых мешков.

Определена граница между спорогенными и соматическими клетками нуцелуса
у P. аrgentea, что дало возможность установить генезис апомиктических
зародышевых мешков.

Диплоспорические зародышевые мешки образуются из клеток археспориального
происхождения. Доминантной формой апомиксиса является апоспория, когда
весь спорогенный комплекс дегенерирует и зародышевые мешки образуются
из соматических клеток халазальной части нуцелуса. Виды трибы
Potentilleae за способом семенной репродукции можно класифицировать на
половые и факультативные апомикты (псевдогамны).

К половым видам относятся – D. octopetala, P. alba, P. reptans, которые
имеют исключительно половое воспроизведение, а также виды P. montanum,
F. vesca, которые проявляют тенденцию к апомиксису, но репродукция
осуществляется половым способом. Факультативный апомикт — Potentilla
argentea, в локальных популяциях которого, встречаются половые и
апомиктические особы, способствуют образованию агамно-половых
комплексов.

Соотношение полового воспроизведения и апомиксиса в разных популяциях
вариабельно, не зависит от высоты произрастания, и в процентном
соотношении сдвигается в сторону полового процесса. Исследованы способы
образования первичного ядра ядерного эндосперма. Установлен тип развития
зародыша – Asterad var. Geum.

Ключевые слова: триба Potentilleae, микроспорогенез, археспорий,
семенная репродукция, факультативный апомиксис, агамно-половой комплекс,
апоспория-партеногенез, диплоспория-партеногенез.

Krch K.L. Embryology of tribe Potentilleae (Rosaceae). – Manuscript.

Thesis for a candidate’s scientific degree of Byology, speciality
03.00.05. – Botany. – M.G. Kholodny Institute of Botany, National
Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2004.

The dissertation is devoted to the studies of male and female generative
structures, features of seed reproduction in tribe Potentilleae species.
Their microsporogenesis has been studied, and the pollen grains
fertility has been revealed. A boundary between the sporogenic and
somatic cells was determined when the forms of apomixis were being
established in Potentilla argentea, which enabled to bring out the
genesis of apomictic embryo sacs. In the local populations of P.
argentea agamo-sexual complexes were found.

The Carpathian populations of P. argentea involve facultative apomicts
with the variable ratio of the methods of reproduction. As it was
established on the basis of embryological studies, the tribe includes
sexual species — Dryas octopetala, Potentilla alba, Potentilla reptans,
as well as sexual ones with the elements of apomixes — Parageum
montanum, Fragaria vesca, and a facultative apomict — P. argentea with
predominance of apospory. The features of formation of the primary
endosperm nucleus and embryo development in sexual and apomictic species
of tribe Potentilleae have been study.

Key words: tribe Potentilleae, microsporogenesis, archesporium, seed
reproduction, facultative apomixis, agamo-sexual complex,
apospory-parthenogenesis, diplospory-parthenogenesis.

PAGE 17

Похожие записи