КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ПАЛАГЕЧА РОМАН МИКОЛАЙОВИЧ

УДК: 581. 84: 581.1: 582.677

Структурно – функціональні особливості зимостійкості деяких видів роду
magnolia l

03.00.12 – фізіологія рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

КИЇВ — 2006

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі фізіології та екології рослин біологічного
факультету та у Ботанічному саду ім. акад. О.В. Фоміна Київського
національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор біологічних наук

Таран Наталія Юріївна,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

завідуюча науково-дослідної лабораторії фізіологічних

основ продуктивності рослин

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Силаєва Алла Михайлівна,

Інститут садівництва УААН,

головний науковий співробітник

лабораторії фізіології рослин

кандидат біологічних наук,

Мартин Геннадій Ігнатович,

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України,

старший науковий співробітник відділу фітогормонології

Провідна установа: Національний Ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН
України, м. Київ

Захист дисертації відбудеться (27( лютого 2006 р. о 16.00 годині на
засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського
національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ,
просп. Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 434.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64, Київський
національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет,
спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного
університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул.
Володимирська, 58.

Автореферат розісланий (27( січня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.Р. Андрійчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збереження генофонду рослинного світу, особливо
реліктової флори, є одним із пріоритетних напрямків сучасного етапу
розвитку людської цивілізації. Під час інтродукції рослин важливо
прогнозувати успішність цього процесу, особливо для таких екзотів, як
магнолії — найдавніші квіткові рослини (Тахтаджян, 1966). У наш час
залишились лише невеликі природні ареали магнолій у Східній та
Південно-Східній Азії, на південному сході Північної Америки та в
Центральній Америці. Це — переважно субтропічні рослини, хоча деякі
листопадні види можуть витримувати низькі температури (Коршук, 2004;
Петухова, 2003; Sponberg,1998).

Найчутливішими до температурних коливань, особливо в зимово-весняний
період, є однорічні пагони магнолій, про що свідчить утворення
морозобоїн та зимове висихання пагонів. Отже, для успішної інтродукції
магнолії в помірних кліматичних умовах Лісостепу і Полісся України, де
головним лімітуючим чинником є саме низькі температури взимку та весняні
приморозки, слід добирати види, здатні перебудовувати свої фізіологічні
процеси у напрямку підвищення холодостійкості, що сприяє виживанню
інтродуцентів у нових умовах існування.

Актуальність дослідження зимостійкості деревних порід зумовлена не лише
великими збитками, що їх завдають господарству різноманітні фактори
зимівлі, але й недостатністю вивченості фізіологічних та біохімічних
механізмів стійкості багаторічних рослин до несприятливих чинників
навколишнього середовища.

Дослідження анатомічної будови, фізіологічних та біохімічних
пристосувань різних тканин пагонів до дії низьких температур передбачає
скринінг стійких видів магнолій для культивування у нових кліматичних
умовах. В Україні протягом багатьох років проводяться ботанічні та
фізіологічні дослідження магнолій (Минченко, Коршук, 1987; Григоренко,
Головня та ін., 2000). Однак інформація про стійкість магнолій до
кліматичних факторів Лісостепу та Полісся України неповна, що потребує
детального комплексного дослідження. У світовій практиці більшість робіт
спрямовано на вивчення ботанічних характеристик представників даного
роду (Callaway, 1994; Nooteboom, 1998; Lin, 1998; Петухова, 2003

З’ясування особливостей фізіологічних й біохімічних процесів та
формування анатомічних структур пагонів дасть змогу встановити рівень
зимостійкості магнолій у нових кліматичних умовах з метою поширення
декоративних екзотів в озелененні міст нашої країни.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна
робота є складовою частиною наукових тем Ботанічного саду ім. акад. О.В.
Фоміна Київського національного університету імені Тараса Шевченка
“Збереження інтродукованого та аборигенного різноманіття рослин в умовах
культури” (№ ДР 010U002470) й кафедри фізіології та екології рослин
“Адаптивні реакції рослин в системі моніторингу агро- та фітоценозів за
умов дії факторів довкілля та антропогенного забруднення” (р/№
0101U003581).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було з’ясувати особливості
внутрішньовидових анатомо-морфологічних, фізіологічних та біохімічних
механізмів пристосування пагонів листопадних магнолій в зв’язку з їх
інтродукцією у кліматичних умовах Полісся та Лісостепу України.

Для досягнення поставленої мети було визначено наступні завдання:

визначити внутрішньовидові особливості будови покривних тканин у зимовий
період, стан механічних і секреторних тканин кори однорічних пагонів
магнолій за умов інтродукції;

встановити рівень морозостійкості різних видів магнолій на основі
гістохімічного аналізу тканин пагонів за природних умов зимівлі та при
лабораторному проморожуванні;

визначити рівень обводнення пагонів магнолій у зимово-весняний період
залежно від структурно-функціональних особливостей покривних тканин;

дослідити процеси замерзання води у пагонах різних за морозостійкістю
магнолій методом диференційного термічного аналізу;

встановити сезонну динаміку флавоноїдів у корі пагонів магнолій як
показник біохімічної стійкості рослин під час інтродукції;

з’ясувати сезонні зміни вмісту ліпідів у корі пагонів магнолій у зв’язку
із їхньою зимостійкістю.

Об’єкт дослідження — Зимостійкість листопадних магнолій при інтродукції
у більш холодних (порівняно з їх природним ареалом) умовах.

Предмет дослідження — Особливості анатомо-морфологічних та
фізіологічних адаптаційних пристосувань пагонів магнолій при інтродукції
у зоні Полісся та Лісостепу України.

Методи дослідження — люмінесцентна та світлова мікроскопія,
гістохімічні методи; диференційний термічний аналіз; тонкошарова
хроматографія, спектрофотометрія та денситометрія; статистичний аналіз
та математична обробка даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше для десяти видів
листопадних магнолій встановлено взаємозв’язки між
структурно-функціональними перебудовами пагонів та зимостійкістю
інтродукованих рослин. Виявлено, що секреторні сполуки у вакуолях клітин
та в ідіобластах містяться переважно у паренхімі кори, а у деяких видів
— і у серцевині пагонів. Ці сполуки також накопичуються у зоні
механічних руйнувань кори та під сочевичками, що в сукупності створює
надійну систему біохімічного захисту нижче розташованих тканин у
найбільш вразливих ділянках пагонів. Показано, що кількість води у
пагонах різних видів магнолій та їхня водоутримуюча здатність у
зимово-весняний період залежать від рівня сформованості покривних тканин
пагонів, а саме: товщини кутикули, кількості шарів фелеми, рівня
виповнення сочевичок та їх кількості. З’ясовано, що невеликі амплітуди
тепловиділення в результаті заморожування пагонів у найменш зимостійких
видів пов’язані відповідно із найменшою кількістю води у тканинах
пагонів, що може призвести до зимового висихання та загибелі останніх.
Визначено, що особливості формування анатомічних структур пагонів можуть
слугувати важливою систематичною ознакою, на основі якої можна
ідентифікувати вид магнолії ще на ранніх етапах морфогенезу, оскільки ці
рослини входять у генеративну фазу на 8—28 рік. Вперше досліджено
сезонну динаміку вмісту біохімічних сполук (флавоноїдів та ліпідів), що
суттєво впливають на процеси морозо- і зимостійкості інтродуцентів.
Встановлено залежність між зниженням температури навколишнього
середовища і сезонним накопиченням ліпідних та флавоноїдних сполук.

Практичне значення одержаних результатів. Визначено особливості
формування покривних, паренхімних, механічних та запасаючих тканин
пагонів контрастних за зимостійкістю видів магнолій, дані про яких
можуть бути використані для оцінки зимостійкості рослин в умовах
інтродукції. На основі системного фізіологічного та біохімічного аналізу
адаптаційних реакцій пагонів магнолій за умов низькотемпературного
стресу рекомендовано нові надійні маркери (формування покривних тканин
пагонів, проморожування пагонів для встановлення рівня морозостійкості
різних за фізіологічною значимістю тканин, дослідження рівня
морозостійкості методом диференційного термічного аналізу, вміст
біохімічних сполук — флавоноїдів та ліпідів) для прогнозування
зимостійкості декоративних екзотів — магнолій. Встановлено також, що
пагони різних видів магнолій суттєво відрізняються за анатомічною
будовою тканин, що може слугувати діагностичним критерієм для
ідентифікації видів. Результати досліджень можуть бути використані у
науково-дослідній і навчальній роботі. Досліджені види доповнюють
асортимент високодекоративних гарноквітучих рослин для створення зелених
зон та рекреаційних насаджень.

Особистий внесок здобувача. Розробку програми досліджень й основної
гіпотези виконано спільно з проф. О.В. Брайоном та науковим керівником
— д.б.н. Н.Ю. Таран. Здобувач особисто опрацював численну літературу;
самостійно оволодів відомими методиками досліджень та модифікував деякі
з них до завдань дисертаційної роботи; планував та проводив
експерименти, підготував матеріали до друку. Експериментальні дані,
висновки та узагальнення опрацьовано здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати, викладені
у дисертації, доповідались на XI з’їзді Українського ботанічного
товариства (Харків, 2001); міжнародній конференції “Роль ботанічних
садів в зеленому будівництві міст, курортних та рекреаційних зон”
(Одеса, 2002); міжнародній конференції “Сучасні проблеми інтродукції
рослин та збереження біорізноманіття екосистем” (Чернівці, 2002);
науковій конференції “Еколого-біологічні дослідження на природних та
антропогенно-змінених територіях” (Кривий ріг, 2002); на XXXII та XXXIIІ
щорічній міжнародній конференції “European society for new methods in
agricultural research” (Warsaw, Poland, 2002 та Viterbo, Italy, 2003);
II міжнародній конференції з анатомії і морфології рослин
(Санкт-Петербург, Россия, 2002); IV міжнародній науковій конференції
“Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (Донецьк, 2003); на
ІІІ міжнародній науковій конференції “Биологическое разнообразие.
Интродукция растений” (Санкт-Петербург, Россия, 2003); на ІІІ
міжнародній конференції “Растения в мусонном климате” (Владивосток,
Россия, 2003); на ІІ міжнародному симпозіумі “Рlant health in urban
horticulture” (Berlin, Germany, 2003); ІІ міжнародній конференції
“Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі.
Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, 2004).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 праць, з них 7 статей в
періодичних наукових спеціальних виданнях, що входять до переліку,
затвердженого ВАК України.

Структура і обсяг роботи. Дисертація містить 183 сторінки друкованого
тексту і складається зі вступу, 5 розділів, заключної частини,
висновків, списку літератури. Робота ілюстрована 78 рисунками, містить 7
таблиць та 1 додаток. Список використаних джерел включає 238
найменувань, у тому числі 79 праць іноземних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури. У огляді літератури проаналізовано сучасні уявлення
про поширення, біоекологічні, анатомо-морфологічні, фізіологічні,
біохімічні властивості й декоративну цінність реліктових рослин,
представників роду Magnolia L.; розглянуто структурно-функціональні
параметри пагонів (формування покривних та механічних тканин пагонів,
секреторних вмістищ у паренхімі кори та серцевині пагонів, водообмін,
динаміка накопичення вторинних метаболітів —флавоноїдів та основних
складових клітинних мембран — ліпідів), котрі є важливими показниками
для визначення рівня зимостійкості інтродуцентів у кліматичних умовах
Лісостепу та Полісся України.

Матеріали та методи досліджень. Дослідження проведено протягом 2000—2005
рр. на рослинах листопадних магнолій, що ростуть у природних умовах на
території Ботанічного саду ім. акад. О.В. Фоміна Київського
національного університету імені Тараса Шевченка. Досліджували однорічні
пагони (як найбільш вразливі органи деяких магнолій у суворі зими)
десяти видів та одного гібриду (M. soulangiana ’Alexandrina’) роду
Magnolia L., що належать до п’яти секцій за систематикою Дж. Денді
(Dandy, 1971). Секція Buergeria (Sieb. et Zucc.) Dandy: M. kobus Sarg.
var. borealis, M. salicifolia (Sieb. et Zucc.) Maxim., M. stellata
(Sieb. et Zucc.) Maxim. Секція Tulipastrum (Spach) Dandy: M. acuminata
L., M. liliflora Desr. Секція Rytidospermum Spach: M. obovata Thunb., M.
officinalis Rehd. et Wils., M. tripetala L. Секція Yulania (Spach)
Dandy: M. denudata Desr. Секція Oyama Nakai: M. sieboldii K. Koch.

Для анатомічних досліджень органів і тканин зазначених рослин
використовували метод флуоресцентної мікроскопії (Брайон, 1973).
Визначення рівня лігніфікації клітинних оболонок деревини та сезонної
динаміки крохмалю у тканинах пагонів магнолій визначали за методикою
Барської Є.О. (1967). Гістохімічні дослідження ліпідів проводили за
методикою Конарева В.Г. (1966).

Потенційну і ситуативну морозостійкість вивчали на базі відділу
фізіології та біотехнологічних досліджень Інституту садівництва УААН
після проморожування в холодильній камері “Frigera”. Мікроскопічну
оцінку інтенсивності побуріння окремих тканин на поперечних зрізах
пагонів проводили за 6-бальною шкалою, запропонованою Соловйовою М.О.
(1982), у модифікації (Палагеча, Грохольський, та ін., 2005). Досліди
виконували в період спокою рослин (грудень – лютий). Швидкість зниження
температури в камері “Frigera” становила 5 о/год. Тривалість
проморожування при кожній із температур (–25, –30, –35 оС) становила 4—6
год. Модифікація за Грохольським полягає у присвоєнні емпіричних
коефіцієнтів тканинам (враховуючи фізіологічну нерівноцінність у
життєдіяльності і регенераційній здатності тканин), для кори — 6, камбію
(найважливішої тканини) — 8, деревини — 4, серцевини — 2. Сума всіх
коефіцієнтів дорівнює 20, що при перемноженні на вищий бал пошкодження
окремої тканини (5,0) становить 100 балів. Таким чином, за умов повного
пошкодження всіх тканин, констатується 100 % — ва загибель об’єкта.

Втрату води пагонами визначали ваговим способом за методикою Гусєва
(1962); процеси льодоутворення у тканинах пагонів магнолій – за
методикою Китаєва (2003); скринінг, виділення, ідентифікацію та
визначення динаміки флавоноїдів здійснювали за методикою, розробленою
Санкт-Перербурзькою хіміко-фармакологічною академією (2000).

Екстракцію, розділення і кількісне визначення ліпідів у корі пагонів
проводили за методом Зілла та Хармона (Zill, Harmon, 1962) у модифікації
Яковенко та Міхно (1971). Розділення ліпідів на фракції здійснювали
методом тонкошарової хроматографії (ТШХ) на силікагелі. Кількісний
аналіз ліпідів проводили шляхом денситометрування за калібрами
відповідних речовин (Yamomoto, 1980). Кількісний вміст сульфоліпіду
визначали за методикою Кіна (Kean, 1968( спектрофотометричним способом.
Статистичну обробку даних проводили за допомогою програм “Excel 7.0” і
“Statistica 5.0”. Достовірність різниці між варіантами оцінювали за
критерієм Стьюдента при рівні значущості P<0,05. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ 1. Вплив зимових умов на особливості формування покривних тканин у однорічних пагонах магнолій. Проведені нами фенологічні спостереження за магноліями у осінньо-зимовий період виявили зовнішні пошкодження однорічних пагонів. Зокрема, у суворі зими спостерігали утворення морозобоїн на однорічних приростах деяких видів магнолій або ж відбувалося зимове висихання пагонів видів з низькою зимостійкістю (M. liliflora, М. stellata) (Палагеча, Грохольський, 2005). Дослідження анатомічної будови пагонів магнолій методом люмінесцентної мікроскопії характеризує структурно-функціональний стан рослини, що дає змогу з’ясувати рівень пристосувальних механізмів контрастних за зимостійкістю видів листопадних магнолій. Застосування цього методу дало нам можливість встановити, що у зимостійких видів магнолій (M. kobus, M. acuminata, M. obovata, M. officinalis, M. tripetala) найкраще сформованою є покривна тканина пагонів, а саме: товщина кутикули сягає 10—15 мкм, перидерма — багатошарова (включає 4—6 шарів фелеми), а кількість сочевичок — найменша серед досліджених видів (9—35/10 см2 поверхні пагонів) (табл.1). Виняток становить не менш морозостійкий вид M. salicifolia, в пагонах якої перидерма відсутня, натомість наявна гомогенна досить товста кутикула (28 мкм), котра, певним чином, заміщує функції корка, та запобігає надмірному випаровуванню води пагонами. Наявність великої кількості сочевичок (103/10 см2 поверхні пагонів) зумовлено, на нашу думку, необхідністю у активнішому газообміні в результаті формування товстого шару кутикули, через яку процес газообміну майже не відбувається. Таблиця 1 Анатомо-морфологічні параметри тканин однорічних пагонів досліджуваних видів листопадних магнолій № Вид магнолії Товщина кутикули, мкм Кїлькість шарів фелеми, шт. Кількість сочевичок на 10 см2 поверхні пагона, шт. Діаметр пагона, мм Зимостійкі види 1 M. acuminata 12 2—4 35 5 2 M. salicifolia 28 відсутня 103 3 3 M. kobus 15 2—4 31 4 4 M. tripetala 15 4—6 9 8 5 M. obovata 10 4—6 30 11 6 M. officinalis 9—10 4 29 9 Середньозимостійкі види 7 M. denudata 8—9 4—6 69 6 8 M. sieboldii 12 4 45 3—4 9 M. soulangiana 14 2—3 66 5 Найменш зимостійкі види 10 M. stellata 10 4 44 3 11 M. liliflora 10 1—2 71 4 НСР 0,05 0,03 0,05 0,04 У середньостійких видів M. denudata, M. sieboldii наявні інші особливості формування покривно-захисних структур. Для першого виду характерною ознакою є формування великої кількості сочевичок (69/10 см2 поверхні пагонів) із яскраво флуоресціюючим сочевичним фелогеном, внаслідок просякнення його оболонок кутином та суберином, що створює додатковий захист від надмірного випаровування води. На поверхні пагона M. sieboldii сочевичок небагато (45/10 см2 поверхні пагонів), натомість вони нещільно запаковані. Перидерма багатошарова, проте кутикула (12 мкм) переривчаста, що зменшує шанси на успішну зимівлю в умовах низькотемпературного стресу. Виявлено, що рівень заповнення виповнювальними клітинами сочевичок певним чином узгоджується із щільністю їх розміщення. Якщо сочевички пагонів M. kobus нещільно заповнені виповнювальними клітинами (рис. 1), то їхня кількість відносно невелика (31/10 см2 поверхні пагонів). Приблизно така сама щільність розміщення сочевичок у найморозостійкішого виду M. acuminata (35/10 см2). Слабко зимостійкі види M. stellata та M. liliflora мають видоспецифічні відмінності у формуванні захисних шарів. У першого виду розвиненою є багатошарова перидерма (4 шари фелеми), що додатково захищена шаром відмерлої епідерми, однак пагони мають кутикулу переривчастого типу (кількість сочевичок 44/10 см2 поверхні пагонів), що робить їх вразливішими до несприятливих умов навколишнього середовища. Найменш зимостійким видом є M. liliflora, пагони якої вкриває лише один, рідше два шари фелеми. Товщина кутикули типова для однорічних пагонів магнолій (10 мкм). Велика кількість сочевичок (71/10 см2), із великою площею розриву поверхневих шарів і нещільним заповненням може спричинити утворення морозобоїн та зимового висихання однорічних пагонів. Таким чином, анатомічний та морфологічний аналіз однорічних пагонів різних за зимостійкістю видів магнолії дозволяє виділити специфічні структурні пристосування для перенесення рослинами низьких температур та інших несприятливих погодних умов у кліматичних умовах Києва. 2. Характеристика механічних тканин кори пагонів магнолій як пристосувальна ознака до осінньо-зимових умов регіону інтродукції. На поперечних зрізах товстіших пагонів M. obovata, M. officinalis, M. tripetala та М. denudata (від 6 до 11 мм у діаметрі) (рис. 2) вперше встановлено додаткову арматурну структуру у вигляді суцільного шару склерифікованих елементів субепідермального розміщення. Цей шар своєрідних товстостінних клітин з лігніфікованими оболонками, що характеризується яскраво-зеленою флуоресценцією, додатково зміцнює каркас товстіших пагонів. У інших досліджуваних видів такий шар клітин відсутній. Стереом кори однорічних пагонів складається із волокон та склереїд. Виділено три типи його будови: 1) стереом, представлений групами луб’яних тяжів та розміщеними між ними склереїдами; у паренхімі кори склереїд набагато менше, ніж в зоні лубу (M. kobus, M. acuminata, M. salicifolia); 2) поряд із групами волокон, що контактують зі склереїдами, у паренхімі кори є згруповані та поодинокі склереїди (M. denudata, M. stellata); 3) стереом, представлений твердим лубом, склереїдами, що розміщені в паренхімі кори та між луб’яними волокнами (M. оbovata, M. officinalis, M. tripetala). Додатковою ознакою механічних тканин пагонів є склеренхімний шар клітин субепідермального розташування в пагонах більшої товщини (див. рис. 2). Такий шар клітин за місцем розташування є подібним до коленхіми, оскільки вона майже завжди міститься на периферії органа і утворюється раніше, ніж інші механічні тканини. Однак зелена флуоресценція потовщених оболонок клітин, а також флороглюцинова реакція свідчать про лігніфікацію клітинних оболонок, а отже, це — мертві склеренхімні клітини. Як вказує Езау К. (1980), у старих частинах рослини коленхіма може перетворюватись у склеренхіму шляхом утворення вторинних здерев’янілих оболонок. Встановлено, що найменша кількість механічних тканин розміщена у корі пагонів M. kobus. Пагони цього виду відзначаються більшою ламкістю під вагою снігового покриву або ж льодової кірки і є чутливішими до механічних ушкоджень, що може бути додатковою причиною загибелі і пошкодження пагонів та гілок у особливо суворі зими. Відзначено, що магнолії із товстішими пагонами виробили додаткові механічні структури для кращої їх міцності. Їхні пагони більш пружні і не відзначаються ламкістю за дії незначного сезонного фізичного навантаження на них. Таким чином, особливості формування механічних тканин суттєво впливають на зимостійкість магнолій. 3. Особливості накопичення вторинних метаболітів у пагонах магнолій. Досліджуючи особливості формування запасаючих тканин та клітин, ми виявили велику кількість секреторних вмістищ, переважно у корі пагонів (10—20 клітин у полі зору мікроскопа за збільшення об’єктива Ч20), що мають специфічний колір флуоресценції (від яскраво-жовтого до жовто-зеленуватого). Жовто-зелене світіння клітин, за даними Брайона О.В. (1973), зумовлене накопиченням у них продуктів як фенольної, так і терпеноїдної природи. Секреторні вмістища з характерною жовтою флуоресценцією схожі на масляні резервуари. Вони також зосереджені у зоні механічних руйнувань кори та під сочевичкою. Таким чином, вони можуть виконувати роль хімічного бар’єра на шляху можливого проникнення патогенних організмів. Ще більшу кількість секреторних вмістищ ми спостерігали на тангентальних зрізах кори. В цьому випадку вони мали вигляд кулястих клітин, приблизно однакових за розмірами. Наявність секреторних структур з яскраво-жовтою флуоресценцією у клітинах серцевини пагонів є характерною ознакою лише для трьох видів (M. obovata, M. officinalis та M. tripetala) із досліджених десяти. Ці види відрізняються пізнішим виходом зі стану спокою навесні та деякими анатомічними особливостями (пориста серцевина із великими клітинами). Накопичуючись субепідермально, фенольні сполуки долучаються до захисту покривних тканин у разі екстремальних умов навколишнього середовища. Велика кількість клітин із інтенсивно флуоресціюючою оболонкою накопичується також у зоні механічних пошкоджень. У такій зоні пагону відбувається прискорений процес коркоутворення, активація процесу поділу клітин з інтенсивною їх суберинізацією, а також насиченням оболонок залишками клітинного вмісту (в першу чергу продуктами метаболізму флавоноїдних речовин), утворення раневої перидерми. Такий захист на структурно-функціональному рівні має місце і при зимових пошкодженнях однорічних пагонів. 4. Гістохімічні дослідження морозостійкості тканин пагонів магнолій. Гістохімічний аналіз визрівання деревини у пагонах магнолій восени показав сильну флороглюцинову реакцію клітинних оболонок добре диференційованої деревини, серцевинних променів, камбію і перимедулярної зони. Яскраво-червоного кольору набули клітинні стінки виповнювальних клітин у сочевичці та під нею (сочевичний фелоген), тяжі первинного та вторинного лубу, клітини-склереїди. У пагонів M. obovata, M. tripetala, M. officinalis та M. denudata відзначено інтенсивну флороглюцинову реакцію склеренхімного шару клітин, а також клітин із секреторним вмістом. Локалізацію крохмалю в тканинах пагонів виявляли гістохімічно за допомогою розчину Люголя. Значне накопичення крохмальних зерен восени (вересень—жовтень) зафіксували у паренхімі кори, серцевинних променях та перимедулярній зоні (5 балів). У зимовий період (грудень—лютий) крохмальні зерна виявили вже у невеликих кількостях (1—2 бали) у серцевинних променях та в перимедулярній зоні. Це характерно для усіх досліджених видів. Зосередження крохмальних зерен спостерігали також в зоні механічних пошкоджень кори та під сочевичками, поява яких може бути специфічною реакцією паренхімних клітин кори на кращі умови аерації та безпосередню дію інших зовнішніх чинників. Тому можна говорити про індукований синтез крохмалю в місцях, які безпосередньо контактують з навколишнім середовищем. Порівняння наших та літературних даних (Васильєв, 1956; Эзау, 1980; Souter, 1994; Григоренко та ін, 2000 та ін.) про накопичення крохмалю в тканинах деревних рослин восени та перетворення його в холодну пору року в цукри, жири, геміцелюлози та інші сполуки (глікозиди, смоли та ін.), свідчить, що всі ці перетворення мають безпосереднє відношення до процесу морозостійкості рослин. Цитохімічним методом також було виявлено локалізацію ліпідних сполук в окремих клітинах, клітинних стінках, групах клітин і тканин. У пагонах більшості видів зафіксували накопичення ліпідних сполук у оболонках клітин фелеми (корку), камбіальному шарі клітин, а також у секреторних вмістищах, що розташовані у паренхімі кори, а для деяких — і у серцевинній паренхімі. 5. Визначення порівняльної морозостійкості окремих тканин однорічних пагонів магнолій методом лабораторного проморожування. Цей метод дозволяє оцінювати морозостійкість тканин за об’єктивними ознаками пошкодження – побурінням (некрозом) окремих клітин або груп клітин у тканинах, при дії низьких температур (-25, -30, -35 0С). Мікроскопічну оцінку рівня морозостійкості тканин за цим методом здійснювали за бальною шкалою (див. стор. 4) В результаті проморожування при температурі –25 0С проявилась специфічність у рівні пошкодження тканин даним стресором. Зокрема, тканини верхівок пагонів M. salicifolia виявились чутливими до дії морозу (рис. 3 А). Індекс пошкодження тканин кори становив 6,6 балів (із можливих 30 балів), камбію - 5,6 (із 40), деревини – 6 (із 20), серцевини – 3,2 (із 10). Сумарний індекс пошкодження верхівок пагонів становив – 21,4 бали за 100-бальною шкалою, або 21,4%. Таким чином, найбільшого ушкодження (відповідно до коефіцієнтів важливості тканин) зазнала деревина і серцевина, меншого - кора, і незначних пошкоджень зазнали клітини камбію. Пошкодження камбію є більш небезпечним показником, ніж пошкодження кори або деревини. Оскільки камбій є ембріональною тканиною, що відповідає за регенерацію. Характерним для всіх видів магнолії було те, що ушкодження тканин біля бруньки були менш суттєвими у порівнянні з таким верхівок пагонів , проте більші, ніж у середній частині (рис.3 Б). Тривале (4-6 год.) проморожування пагонів при температурі –30° і –35°С виявило суттєвіші пошкодження тканин. Індекс сумарного пошкодження верхівок пагонів зріс відповідно до 23-26 %. (див. рис. 3). А Б Найменші пошкодження визначили для середньої частини пагонів за температури проморожування –25оС. Сума пошкоджених тканин становила: M. liliflora — 4,8; M. kobus — 3,4 (див. рис. 4Б); M. salicifolia — 6,6 (див. рис. 3Б); M. denudata — 15,4 бали (див. рис. 4А). Суттєвіших ушкоджень зазнали тканини пагонів M. denudata: кора — 4,8, камбій — 5,6, деревина — 3,6, серцевина — 1,4 бали (рис. 4 А). А Б Середня частина пагону у міжвузлі усіх досліджених видів є найстійкішою, пошкодження її тканин зменшились у 2—3 рази порівняно з тканинами верхівок пагонів. Аналізуючи пошкодження тканин середньої частини пагонів біля бруньки за температури –25оС, відмітили найбільші ушкодження для пагонів M. denudata (24,2) (див. рис. 4 А), найменші — для пагонів незимостійкого виду M. liliflora (5,6). Характерно для всіх видів, що ушкодження тканин біля бруньки були меншими від верхівок пагонів, проте більші, ніж у середній частині (рис. 5). Це пов’язано із більшою метаболічною активністю тканин у зоні біля бруньки. Пошкодження останньої були максимальними для M. denudata (28), найменші — для M. salicifolia (8). Таким чином, встановлено, що пошкодження пагонів, які відбирали в природних умовах (за температури –10 …–12оС), та й після штучного проморожування їх за –25оС були несуттєвими, а тканини — здатними до відновлення за рахунок поділу камбіальних клітин. Показано, що за не надто низьких температур проморожування найменш зимостійкий вид M. liliflora демонстрував високу морозостійкість як камбію, так і інших тканин. Проте, після проморожування пагонів цього виду до нижчих температур (–30, –35оС), спостерігали пошкодження усіх тканин на рівні інших видів, а пошкодження бруньок виявилось максимальним, сягаючи 40 балів. REF SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 5. Сумарне пошкодження тканин різних частин пагонів магнолій після проморожування за температури –30оС. Умовні позначення: А — верхівка пагонів, Б — середня частина пагонів, В — біля бруньки в середній частині пагонів. Отже, температури –30 та –35оС можна вважати критичними, здатними ускладнити нормальний розвиток та ріст цього виду, що призводить до втрати його декоративності і зимостійкості в цілому. Пошкодження тканин зимостійких видів M. kobus та M. salicifolia відбувалось поступово зі зниженням температури. На кінець експерименту (при –35 оС) у верхівках та середній частині тканини пагонів M. kobus виявились найменш пошкодженими. Вид із середньою зимостійкістю (M. denudata) характеризувався низькою морозостійкістю кори та камбію на всіх етапах зниження температури порівняно з іншими видами. Встановлено, що найчутливішими до дії морозу є верхня частина пагона та тканини біля бруньки, а найстійкішою — середня частина у міжвузлі. Проморожуванням при –30 та –35єС виявлено також зниження рівня морозостійкості тканин пагонів в наступній послідовності: кора ? камбій ? деревина ? серцевина. Пошкодження низькими температурами тканин пагонів визначали також методом флуоресцентної мікроскопії. Пошкоджена клітина вирізняється такими особливостями: вакуоля втрачає чіткий контур, а вміст її розпливається по всьому препарату, утворюючи флуоресцентну вуаль. Хлоропласти також змінюють свої властивості: інтенсивність їхньої червоної флуоресценції різко зменшується, зникають чітко видимі до цього грани. У більшості досліджених видів магнолії за температури проморожування –30 та –35єС виявлено, що найстійкішими є кора та камбій (крім М. denudata), а найвразливішими — деревина та серцевина. ? ? ¬ ® ° uoiiiiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa ???????????h j Ae o 8 f O ]„Cy^„Cy ’-’&’,’0’iaaaa ’–’?’iaaaa ?“?“¤“¬“?“¶“iaaaa D”L”R”V”X”Z”nnn6n?kdO Z”b”l”v”?”?”iaaaa ???????? ????????????? 2) втрачено відповідно до 20 та 27 % води. За анатомічною будовою пагони зимостійких видів вкриті кутикулою (15—16 мкм завтовшки) та багатошаровим корком, що, ймовірно, зменшує інтенсивність процесу водовіддачі. Таким чином, водовіддача може відбуватись лише через сочевички. Кількість сочевичок у зимостійких видів невелика (див. табл. 1) і становить: M. kobus — 31/10 см2 поверхні середньої частини пагону та M. acuminatа — 35/10 см2. До того ж сочевички пагонів M. acuminatа щільно запаковано виповнювальними клітинами, що суттєво зменшує шанси надмірного випаровування. Пагони менш зимостійких видів (M. stellata, M. liliflora) втратили найбільше води. Кутикула пагонів M. stellata — переривчастого типу, завтовшки 12 мкм. Перидерма і сочевички компактно заповнені виповнювальними клітинами, проте сочевичок у порівнянні із попередніми видами більше — 44/10 см2 поверхні пагону. У найменш зимостійкого виду M. liliflora в суворі зими пошкоджується однорічний приріст. Нами встановлено, що під кутикулою (10 мкм) вищезгаданого виду розміщується одношарова фелема. Сочевичок у 2—3 рази більше (71/10 см2), ніж у зимостійкіших видів, і для них характерні великі площі розриву поверхневих шарів. Переважна кількість води знаходиться у тканинах рослин у зв’язаному стані, тобто її випаровуваність за нормальних умов знижена або неможлива. Основні механізми зв’язування її — це гідратація біоколоїдів та бар’єрна функція мембран. На рис. 7 показано, що найбільшу кількість зв’язаної води містили пагони M. acuminata, M. obovata та M. denudata (15—18,3 % від кількості усієї води в пагоні). Можливо, саме через впорядковану та збалансовану систему на клітинному та тканинному рівнях пагони згаданих видів випаровували найменше води серед досліджених видів, що свідчить про їх кращу пристосованість і життєздатність в умовах водного дефіциту. У пагонів M. tripetala, M. sieboldii та M. kobus відзначено меншу водоутримуючу здатність. Кількість зв’язаної води становила близько 10 %. Пагони цих видів вкриті товстим шаром добре вираженої кутикули (до 15 мкм). Багатошарова перидерма вказує на високоорганізовану захищеність розташованих нижче тканин від зимового висихання. В зоні сочевичок — яскраво-жовте свічення, пов’язане з інтенсивним утворенням молодих виповнювальних клітин та просякненням їх оболонок кутином та суберином. На 10 см2 площі кори їх від 9 (M. tripetala) і до 45 шт., як у M. sieboldii. Отже, наведені порівняння різних за будовою покривної тканини видів магнолій показали, що види з добре розвиненою перидермою (2—4 шари, що додатково захищені відмерлою епідермою) і кутикулою (15—28 мкм), а також щільно заповненими сочевичками втратили менше води, ніж інші. На нашу думку, пагонами M. liliflora та M. stellata було втрачено найбільше води саме через недостатнє формування покривно-захисного шару: велика кількість сочевичок (71/10 см2) із розривом поверхневих шарів та одношаровий корок у M. liliflora; переривчаста кутикула та відносно значна кількість сочевичок (44/10 см2) у M. stellata. Ці дані добре узгоджуються із багаторічними фенологічними спостереженнями, адже вищезгадані магнолії — слабко зимостійкі в наших кліматичних умовах. Оскільки морозостійкість рослин пов’язана із фізичним станом води у клітинах та міжклітинниках і її кількістю у різних за фізіологічною функцією тканинах пагона, доцільно було з’ясувати проходження процесу льодоутворення у тканинах пагонів контрастних за морозостійкістю магнолій. 7. Дослідження процесів льодоутворення у пагонах різних за морозостійкістю магнолій методом диференційного термічного аналізу. Процес входження рослин у стан спокою забезпечує незворотність їх аклімації, яка супроводжується зневодненням тканин передусім надземної частини рослин унаслідок підвищення проникності для води мембранних структур їхніх клітин. Розвиток морозостійкості та її втрата істотно пов’язані зі змінами стану води в тканинах рослин. Для оцінки цих змін все частіше використовують диференційний термічний аналіз (ДТА) процесів льодоутворення в органах та тканинах (Quamme, 1991; Китаєв, 2003). Льодоутворення в цілісних зразках (з корою та деревиною) представлено достатньо дифузним спектром тепловиділення у широкому інтервалі температури –10 ... –35,5оС (швидкість зниження температури — 1°С/хв). При цьому на спектрах тепловиділення практично завжди присутні дві смуги: перша припадає на –10 ... –20оС (високотемпературна екзотерма, ВТЕ), друга — на –20 ... –35оС (низькотемпературна екзотерма, НТЕ). На рис. 8 наведено результати визначення екзотерм льодоутворення в однорічних пагонах контрастних за зимостійкістю видів магнолії: незимостійкої M. liliflora (А) та високозимостійкої M. kobus (Б). Ініціація льодоутворення у першого виду розпочалася після досягнення температури –14°С. ВТЕ тут демонструє два піки: перший, що припадає на –16°С і має амплітуду 0,8°С, відповідає замерзанню води у судинах ксилеми, а другий (на –19°С, з амплітудою 1°С) — у тканинах кори. Для НТЕ також характерна наявність двох піків, хоча і не так чітко виражених: на –23°С з амплітудою 0,5°С і на –31°С з амплітудою 0,3°С. Вважається, що НТЕ пов’язана з замерзанням внутрішньоклітинної води у ксилемі. Схожий характер екзотерм спостерігався і у середньостійких магнолій (M. denudata та гібрида M. soulangiana). У зимостійкого виду M. kobus льодоутворення розпочалося з температури –12°С, а амплітуда ВТЕ була загалом уп’ятеро більшою, ніж у M. liliflora. Максимум льодоутворення в ксилемі припав на –15°С, а у корі — на –18°С. Амплітуда першого максимуму становила 5°С, другого — 4,8°С. Такі високі значення амплітуд ВТЕ свідчать про наявність у пагонах M. kobus значних запасів утримуваної води, що уберігає їх від зимового висихання, хоча і підвищує ризик пошкоджень за рахунок позаклітинного утворення льоду. Діапазон НТЕ охоплює від –29 до –35°С, а максимум з амплітудою 0,6°С припадає на –33°С. Аналогічні результати були отримані для іншого зимостійкого виду — M. salicifolia. Порівнюючи екзотерми льодоутворення зимостійких і незимостійких видів магнолії, можна дійти висновку, що для перших характерна більша величина відношення середніх амплітуд ВТЕ до НТЕ (7,0 … 8,3 проти 2,0 … 2,5 для останніх). Крім того, у зимостійких видів інтенсивність льодоутворення у корі нижча, ніж у деревині (співвідношення 0,80 … 0,96), тоді як у незимостійких — навпаки (співвідношення 1,25 … 1,50). Це загалом узгоджується з оцінкою методом ДТА морозостійкості різних сортів яблуні (Пасічний, Пономарьова, Цепков, 1977) і підтверджується нашими даними про вміст випаровуваної та зв’язаної води у пагонах різних видів магнолії. 8. Динаміка флавоноїдів у органах магнолій як показник стійкості рослин проти дії факторів навколишнього середовища. Первинний скринінг та ідентифікація речовин у корі пагонів показали наявність 5 флавоноїдів, з яких ідентифіковано рутин і кверцетин, речовини з Rf = 0,19; 0,38; 0,58 - не ідентифіковано. Встановлено також органоспецифічність вмісту флавоноїдів у рослинах магнолій: найбільше їх міститься у листках (3,62%), менше у корі (0,98%) (рис. 9). У фотосинтезуючих органах (листки і кора) флавоноїди беруть участь у поглинанні ультрафіолетового випромінювання і запобігають руйнуванню хлорофілу. Встановлено, що вміст флавоноїдів упродовж року в корі досліджуваних видів магнолій змінювався залежно від стадій росту й розвитку рослин та температури навколишнього середовища, а також рівня зимостійкості виду. У пагонах магнолій протягом активної вегетації до жовтня місяця флавоноїди накопичувалися в корі. В осінньо-зимовий період, зі зниженням температури повітря (від +3,2оС 29 листопада до –10оС 2 грудня) спостерігали значне зменшення вмісту флавоноїдів, яке тривало упродовж всієї зими до лютого за досить стабільних низьких температур (–8 … –11оС) у цей період спокою рослин. Показано також, що у M. kobus та M. salicifolia, які вважаються зимостійкими в наших кліматичних умовах, вміст флавоноїдів у корі зменшувався істотніше, ніж у слабко зимостійкого виду M. liliflora та середньостійкого гібриду M. soulangiana (рис. 10). У другій половині лютого вміст флавоноїдів відчутніше зменшувався у рослин M. salicifolia. З урахуванням того, що цей вид зацвітає одним із перших (30.03), можна припустити залежність зазначених змін від особливостей реакції виду на тривалість світлового дня та активізацію метаболічних процесів у цей період із залученням різних вторинних метаболітів. Така сама тенденція у зміні вмісту флавоноїдів спостерігалась і у рослин M. kobus, які зацвітають через 8—10 діб після M. salicifolia. Найбільший вміст флавоноїдів наприкінці лютого виявлено у корі M. liliflora та M. soulangiana, котрі починають цвісти лише в другій половині квітня. Однак, після періоду активної вегетації, коли ми спостерігали наступне підвищення вмісту флавоноїдів у корі магнолій, за період спокою (жовтень-лютий) найбільшу втрату флавоноїдних сполук зафіксовано в корі пагонів M. salicifolia (1,905 мг/г) та M. kobus (1,420 мг/г) (зимостійкі види), найменшу - в M. liliflora (0,671 мг/г) та M. soulangiana (1,292 мг/г). Це може означати, що у менш зимостійких видів метаболіти (у даному випадку флавоноїди) залучаються до загального обміну речовин менш активно, ніж у зимостійких видів. У період активної вегетації (червень—липень) вміст флавоноїдів зростав у корі пагонів в усіх варіантах (див. рис. 10). У вересні всі види містили майже однакову кількість флавоноїдів і до кінця листопада вона залишилася майже незмінною. Виявлена особливість зменшення вмісту флавоноїдів у корі магнолій за природних умов низькотемпературних стресів спонукала нас перевірити, чи буде відбуватись цей процес при штучному проморожуванні пагонів за температур –30 та –35оС (рис. 11). Отримані дані засвідчили, що в усіх варіантах загальний вміст флавоноїдів зменшився у відповідь на низькотемпературний стрес. Було з’ясовано, що порівняно з контролем під час проморожування за температури –30оС вміст флавоноїдів у корі M. salicifolia, M. kobus, M. liliflora зменшився на 26—42%, а за температури –35оС він був практично тим самим, що і за –30оС. Можливо, це пов’язано з деструкцією або частковим трансформуванням флавоноїдів у цих видів саме за температури –30оС. Однак, слід зазначити, що у середньостійкого гібрида M. soulangiana вміст флавоноїдів у корі упродовж проморожування істотно не змінювався, що може вказувати на пластичність та кращу пристосованість гібридів до низькотемпературного стресу, а отже і до інтродукції у більш холодних кліматичних умовах. Встановлено, що вміст флавоноїдів є видоспецифічною ознакою. Найбільше флавоноїдів накопичується у корі зимостійких видів M. kobus та M. salicifolia. Досить високий їх вміст залишається після проморожування в середньостійкого гібриду M. soulangiana, що можна пояснити накопиченням цих метаболітів у корі магнолій як захисних речовин. В осінньо-зимовий період спостерігалося значне зниження вмісту флавоноїдів, як і після проморожування. Зимостійкі види магнолій накопичують більшу кількість флавоноїдів під час весняно-літньої вегетації та активніше використовують їх у період спокою. Отримані нами дані стосовно динаміки накопичення флавоноїдів у досліджених органах магнолій підтверджують участь цих речовин у сезонному метаболізмі, що може бути пов’язане із процесами адаптації інтродуцентів в нових умовх вирощування. 9. Сезонні зміни вмісту ліпідів в корі пагонів магнолій у зв’язку із зимостійкістю. Підвищену стійкість рослин, адаптованих до дії стресорів, пов'язують з якісними та кількісними змінами в складі ліпідів (Оканенко, 1974; Фуксман, 1999, 2001; Таран, 2000). Ліпіди клітин кори магнолій практично не досліджені ні в якісному, ні в кількісному плані. Застосування специфічних проявників та еталонних зразків дозволило нам ідентифікувати такі ліпіди: у фракції нейтральних ліпідів — триацилгліцероли (ТГ), стерини, етери стеринів та пігменти; у фракції полярних ліпідів — фосфоліпіди: фосфатидні кислоти (ФК), дифосфатидилгліцерол (ДФГ), фосфатидилгліцерол (ФГ), фосфатидилетаноламін (ФЕА), фосфатидилхолін (ФХ), фосфатидилінозитол (ФІ); галактоліпіди — моногалактозилдіацилгліцерол (МГДГ), дигалактозилдіацилгліцерол (ДГДГ); сульфоліпіди — сульфохиновозилдіацилгліцерол (СХДГ). Вивчення динаміки вмісту ліпідів у корі пагонів магнолій в осінньо-весняний період (рис. 12) продемонструвало, що кількість дигалактозилдіацилгліцеролу у вересні (за температури навколишнього середовища +15 оС) була однаковою як у зимостійкого виду M. salicifolia (рис. 12 А), так і у найменш зимостійкого M. liliflora (рис. 12 Б), і становила відповідно 50 та 47 Mol, %. затвердіння і стискання мембран, що зумовлює зменшення їх проникності (Таран, 2002). Дані, отримані нами в результаті дослідження сульфоліпіду (СХДГ) у корі більш стійкого виду M. salicifolia, свідчать про меншу кількість СХДГ (1,2 Mol, %) при +15єС порівняно із найменш зимостійким видом M. liliflora — 5,0 Mol, % (див. рис. 12). У жовтні при зниженні температури до +6°С в найменш зимостійкого виду M. liliflora спостерігали пік накопичення СХДГ, який сягав 5,6 Mol, %. У листопаді після зниження температури до –2,4°С відбулося максимальне зростання СХДГ у більш стійкого виду M. salicifolia (5,0 Mol, %) — на 76 % порівняно із вересневими варіантами у цього ж виду. В найменш зимостійкого виду M. liliflora відзначили протилежну тенденцію: зменшення кількості СХДГ більше, як на 65%. Зі зниженням температури у січні до –13°С вміст СХДГ в корі обох видів магнолій суттєво зменшився, і становив 0,9 Mol, % — у M. salicifolia і 1,2 Mol, % — у M. liliflora. У складі ліпідних запасів клітини присутні представники різних фракцій ліпідів, наприклад стерини, каротиноїди та їх похідні. Багато із цих додаткових компонентів є фізіологічно активними речовинами. Присутність таких речовин у жирах надає їм особливо високої якості як запасних речовин. В осінній період нами виявлено більше накопичення стеринів у найменш зимостійкого виду M. liliflora — 3010 мкг/г сир. реч., порівняно із морозостійким видом M. salicifolia —1810 мкг/г сир. реч.) (рис. 13). REF SHAPE \* MERGEFORMAT Збільшення кількості стеринів призводить до меншої проникності мембран для води. При зниженні температури зменшується кількість стеринів, що супроводжується кращою проникністю та плинністю біомембран. Таку ж тенденцію спостерігали і щодо ТАГ. У корі пагонів M. salicifolia вміст ТАГ почав знижуватися в листопаді, однак у січні його кількість знову зросла до ранньоосінньої кількості. Очевидно, що кількість ТАГ певним чином співвідноситься із кількістю стеринів, особливо у M. liliflora. В сукупності вони можуть створювати надійний захист як всередині клітин (резервні ліпіди), так і на поверхні (кутин, суберин). Таким чином, стає зрозумілим, що закономірність біосинтезу, накопичення та перетворення різних фракцій ліпідів може бути одним із показників зимостійкості магнолій. ВИСНОВКИ Вперше на основі комплексних анатомо-морфологічних, фізіологічних та біохімічних досліджень з’ясовано причини різної зимостійкості однорічних пагонів одинадцяти представників роду Magnolia. Визначено кількісні та якісні анатомо-морфологічні особливості будови пагонів, пов’язані з різною зимостійкістю видів магнолії, а саме: наявність товстої (до 28 мкм) кутикули, багатошарової перидерми (до 6 шарів фелеми), склерифікованих елементів субепідермального розміщення (у пагонах M. obovata, M. officinalis, M. tripetala та M. denudata); утворення в паренхімі кори, під сочевичками та у серцевині секреторних вмістищ (M. obovata, M. officinalis, M. tripetala); інтенсивна лігніфікація оболонок клітин корової паренхіми, перимодулярної зони, механічних тканин та деревини; різна щільність розміщення сочевичок. 2. В модельних дослідах зі штучним проморожуванням пагонів за температури –25, –30 та –35оС і кількісним мікроскопним аналізом рівня низькотемпературних пошкоджень встановлено зниження морозостійкості тканин в ряду: кора ? камбій ? деревина ? серцевина. Це означає, що виживаність пагонів після перезимівлі залежатиме від здатності саме клітин паренхіми кори та камбію відновлювати фізіологічні процеси і утворювати нові тканини з настанням сприятливих температурних умов вегетаційного періоду. Визначено критичні негативні температури для тканин пагонів різних видів магнолії. 3. Висока водоутримуюча здатність і більша кількість зв’язаної води в тканинах однорічних пагонів є передумовою формування стійкості до екстремальних зимових умов. Встановлено, що саме в пагонах зимостійких видів (M. kobus, M. acuminata, M. salicifolia, M. obovata та ін.) зв’язаної води було удвічі більше, ніж у видів з низьким рівнем зимостійкості (M. stellata, M. liliflora). 4. Виявлено за допомогою диференційного термічного аналізу видоспецифічні амплітуди тепловиділення клітин флоеми та ксилеми в процесі заморожування пагонів різних представників роду Magnolia. У ксилемі зимостійких видів (M. kobus, M. salicifolia) величина відношення високотемпературної екзотерми (ВТЕ) до низькотемпературної екзотерми (НТЕ) становила відповідно 8,3 і 7,0. У менш зимостійких видів (M. liliflora, M. denudata) це відношення істотно менше (відповідно 2,0 і 2,5). Тому відношення ВТЕ/НТЕ ксилеми пагонів пропонується використовувати як показник морозостійкості видів магнолії. 5. Збільшення пулу неспецифічних маркерів стійкості — флавоноїдів у корі пагонів магнолій протягом вегетаційного періоду (особливо у зимостійких видів) та зменшення їхньої кількості взимку свідчить про участь цих фізіологічно активних речовин в процесах перезимівлі рослин. Виокремлено акліматизаційні (під час зниження температури від +3,2 до –10оС в природних умовах) та аклімаційні (після лабораторного проморожування за температур –30 та –35оС) зміни загального вмісту флавоноїдів (зменшення в середньому на 34%). Відсутність таких змін у гібрида M. soulangiana вказує на пластичність та кращу пристосованість його до низькотемпературного стресу, а отже і до інтродукції у більш холодні кліматичні умови. 6. Вперше в тканинах однорічних пагонів гістохімічно виявлено відмінності у локалізації ліпідних сполук та динаміці крохмалю й лігніну і визначено їхню специфічну роль у зимостійкості різних видів магнолії. 7. Адаптаційні зміни ліпідного показника стійкості проявлялися у зростанні вмісту галактоліпідів у корі пагонів магнолій при підготовці рослин до зимівлі, та зменшення їх кількості за дії низьких зимових температур. Показано також зменшення кількості сульфоліпіду у відповідь на сезонне зниження температури оточуючого середовища, тенденцію до зменшення вмісту стеринів у корі пагонів магнолій. 8. Фізіологічні, біохімічні та анатомо-морфологічні характеристики тканин пагонів рекомендовано використовувати як діагностичні критерії рівня зимостійкості інтродуцентів в процесі добору видів та форм декоративних екзотів для вирощування у нових кліматичних умовах. ПЕРЕЛІК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ Палагеча Р.М., Брайон О.В. Видові особливості анатомічної будови покривних тканин пагонів інтродукованих видів Magnolia // Укр. ботан. журн. — 2002. — № 4. — С. 441—448. (Здобувачем проведено серію дослідів з дослідження анатомічної будови покривних тканин пагонів магнолій, опрацьовано літературні джерела, узагальнено результати досліджень). Палагеча Р.М. Механічні тканини кори видів роду Magnolia як таксономічна ознака // Вісн. Київського нац. універ. імені Тараса Шевченка. “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. — 2002. — Вип. 5. — С. 71—73. Палагеча Р.М., Коршук Т.П., Таран Н.Ю., Брайон О.В. Перспективні види магнолій для інтродукції та озеленення міст у кліматичних умовах України // Вісн. Київського нац. універ. імені Тараса Шевченка. “Біологія”. — 2002. — Вип. 37. — С. 111—116. (Здобувачем узагальнено результати досліджень і запропоновано використання перспективних видів магнолій в озелененні). Палагеча Р.М. Дослідження втрати води зимовими пагонами листопадних магнолій у зв’язку із зимостійкістю // Вісн. Київського нац. універ. імені Тараса Шевченка. “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. — 2003. — Вип.6. — С. 40—42. Палагеча Р.М., Дзюба О.І., Таран Н.Ю., Коршук Т.П. Динаміка флавоноїдів у органах інтродукованих видів листопадних магнолій // Физиол. и биохим. культ. раст. — 2004. — 36, № 6. — С. 528—533. (Здобувачем проведено серію біохімічних аналізів та узагальнено результати досліджень). Коршук Т.П., Палагеча Р.М. Підсумок інтродукції та вивчення листопадних магнолій у Ботанічному саду ім. акад. О.В. Фоміна // Вісн. Київського нац. універ. імені Тараса Шевченка. “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. — 2004. — Вип.7. — С. 28—30. Палагеча Р.М. Залежність водного режиму пагонів магнолій від сформованості покривної тканини // Бюлл. Никитского ботан. сада. — 2004. — Вып. 89. — С. 98—100. Коршук Т.П., Палагеча Р.М., Чернишова Г.Г. Інтродукція листопадних магнолій та збереження їх в культурі // Матеріали XI з’їзду Українського ботанічного товариства. — Харків, 2001. — С. 185—186. (Здобувачем проведено фенологічні спостереження та проаналізовано дані літератури). Коршук Т.П., Палагеча Р.М., Чернишова Г.Г. Листопадні магнолії як генофонд асортименту декоративних рослин для озеленення міст // Мат. міжн. наук. конф., присвяченої 135-річчю Ботанічного саду ОНУ ім. Мечникова. “Роль Ботанічних садів в зеленому будівництві міст, курортних та рекреаційних зон”. — Одеса: ЛАТСТАР, 2002. — Ч.1. — С. 227—230. (Здобувачем проведено фенологічні спостереження). Палагеча Р.М., Брайон О.В. Крохмалоносні структури в пагонах інтродукованих листопадних магнолій // Мат. міжн. наук. конф. “Сучасні проблеми інтродукції рослин та збереження біорізноманіття екосистем”. — Чернівці, 2002. — С. 89—90. (Здобувачем проведено серію анатомічних та гістохімічних досліджень). Палагеча Р.М. Секреторні структури в тканинах пагонів інтродукованих видів магнолій // Мат. міжн. наук. конф. “Еколого-біологічні дослідження на природних та антропогенно-змінених територіях”. — Кривий Ріг, 2002. — С. 295—299. Palagecha R.M., Brayon O.V. Ecological monitoring of magnolias in connection with winter resistance.// Proc. International Conf. on European society for new methods in agricultural research XXXII annual meeting. — Warsaw (Poland), 2002. — P. 96. (Здобувачем проведено експериментальні дослідження та статистичну обробку результатів). Палагеча Р.Н., Таран Н.Ю. Брайон А.В. Анатомическая таксономия листопадных магнолий в связи с зимостойкостью // Труды II Междун. конф. по анатомии и морфологии растений. - Санкт-Петербург (Россия), 2002. - С. 84-85. (Здобувачем проведено серію анатомічних досліджень та аналіз даних літератури). Палагеча Р.М. Використання листопадних магнолій у ландшафтній архітектурі промислових міст та у фітодизайні // Матер. IV міжн. наук. конф. “Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку”. — Донецьк, 2003. — С. 337—340. Палагеча Р.Н. Интродукция листопадных видов японских магнолий в ботаническом саду Киевского университета // Матер. ІІІ междун. научн. конф. “Биологическое разнообразие. Интродукция растений”. — Санкт-Петербург (Россия), 2003. — С. 150—152. Palagecha R., Dzyuba O., Taran N., Golovko E. Secondary metabolites in bark of shoots of introduced magnolias as their tolerance index // Proc. International Conf. on European society for new methods in agricultural research XXXIII annual meeting. — Viterbo (Italy), 2003. — P. 39. (Здобувачем проведено серію біохімічних досліджень). Палагеча Р.Н., Дзюба О.И. Некоторые анатомо-биохимические особенности побегов листопадных магнолий в умеренном климате Украины // Матер. ІІІ междун. конф. “Растения в мусонном климате”. — Владивосток (Россия), 2003. — С. 396—399. Palagecha R., Taran N. Introduction of Magnoliaceae connecting with winter hardiness problem // Proc. International Conf. on ІІ Intern. symp. on plant health in urban horticulture. — Berlin (Germany), 2003. — P. 266. Палагеча Р.М. Структурно-функціональні особливості різних тканин пагонів листопадних магнолій при інтродукції // Тези доп. ІІ Міжн. конф. “Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти”. — Львів, 2004. — С. 68. АНОТАЦІЯ Палагеча Р.М. Структурно — функціональні особливості зимостійкості деяких видів роду Мagnolia L. — Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 — фізіологія рослин. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006. Дисертацію присвячено вивченню особливостей зимостійкості інтродукованих листопадних магнолій у кліматичних умовах Українського Полісся та Лісостепу. Досліджено особливості формування покривних, паренхімних, механічних та запасаючих тканин пагонів контрастних за зимостійкістю видів магнолій, котрі можуть бути використані для оцінки зимостійкості рослин в умовах інтродукції. Встановлено, що секреторні вмістища зосереджені переважно у паренхімі кори, а у деяких видів і у серцевині пагонів, а також у зоні механічних руйнувань кори та під сочевичками, що в сукупності створює надійну систему захисту нижче розташованих тканин у найбільш вразливих ділянках пагонів. З’ясовано, що кількість води у пагонах різних видів магнолій та їхня водоутримуюча здатність у зимово-весняний період залежать від рівня сформованості покривних тканин пагонів, а саме: товщини кутикули, кількості шарів фелеми, рівня виповнення сочевичок та їх кількості. Проаналізовано амплітуди тепловиділення у результаті заморожування пагонів для контрастних за зимостійкістю видів. Визначено, що особливості формування анатомічних структур пагонів можуть слугувати важливою таксономічною ознакою роду. Для доповнення існуючих уявлень про формування механізмів адаптації рослин в процесі інтродукції вперше досліджено сезонну динаміку вмісту біохімічних сполук (флавоноїдів та ліпідів), що суттєво впливають на процеси морозо- і зимостійкості інтродуцентів. Ключові слова: зимостійкість, люмінесцентна мікроскопія, листопадні магнолії, адаптація, кутикула, фелема, сочевичка, секреторні вмістища, флавоноїди, ліпіди. АННОТАЦИЯ Палагеча Р.Н. Структурно-функциональные особенности зимостойкости некоторых видов рода Мagnolia L. — Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.12 — физиология растений. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2006. Диссертация посвящена изучению особенностей зимостойкости интродуцированных листопадных магнолий в климатических условиях Украинского Полесья и Лесостепи. Исследованы особенности формирования покровных, паренхимных, механических и запасающих тканей побегов контрастных по зимостойкости видов магнолий. Показано, что почти всем исследуемым видам магнолий присущи хорошо сформированная перидерма (от 1—2 до 4—6 слоев феллемы) и поверхностная кутикула (10—28 мкм). Исключение составляет M. salicifolia. У нее перидерма отсутствует, зато хорошо развит слой кутикулы до 28 мкм. В среднем толщина кутикулы у других видов составляет 10—15 мкм. Установлена зависимость между плотностью клеток феллемы, количеством их слоев, уровнем выполнения чечевичек, их количеством на 10 см2 поверхности побега и склонностью побегов к зимнему высыханию. Установлено, что особенности формирования анатомических структур побегов могут служить важным таксономическим параметром рода, на основе которого можно идентифицировать вид магнолии на ранних этапах морфогенеза, поскольку данные растения входят в генеративную фазу на 8-28-м году, а также могут быть использованы для оценки зимостойкости магнолий в условиях интродукции. Дополнительные сведения получены при исследовании секреторных вместилищ, которые сосредоточены прежде всего в паренхиме коры, а у некоторых видов (M. obovata, M. officinalis, M. tripetala) и в серцевине побегов, а также в зоне механических повреждений коры и под чечевичками, что в целом создает надежную систему защиты ниже размещенных тканей в наиболее уязвимых участках побегов. Определены три типа строения стереома коры, в зависимости от пространственного расположения и количественного соотношения групп лубяных волокон и склереид у разных видов. Впервые установлена дополнительная арматурная структура утолщенных побегов (от 8 до 11 мм) у M. obovata, M. officinalis, M. tripetala, M. denudata в виде сплошного слоя склерифицированных элементов субэпидермального расположения. Проанализированы амплитуды экзотермических процессов в результате замораживания побегов для контрастных по зимостойкости видов. Также в результате промораживания побегов до температур: –25, –30 и –35 оС установлена морозостойкость морфометрически разных участков побегов и тканей (кора, камбий, древесина, сердцевина). Для дополнения существующих представлений о формировании механизмов адаптации растений в процессе интродукции исследовали сезонную динамику биохимических веществ (флавоноидов и разных фракций липидов), которые существенно влияют на процессы морозо- и зимостойкости интродуцентов. Исследуемые комплексные анатомо-морфологические и физиолого-биохимические параметры позволяют проводить скрининг различных видов и гибридов магнолий на устойчивость в условиях интродукции. Ключевые слова: зимостойкость, люминисцентная микроскопия, листопадные магнолии, адаптация, кутикула, феллема, чечевички, секреторные вместилища, флавоноиды, липиды. ANNOTATION Palagecha R.M. Structural functional peculiarities of frost resistance of some species of the genus Magnolia L. — Manuscript. The dissertation on competition for PhD degree on a specialty 03.00.12 — Plant physiology. – Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, 2006. The thesis is dedicated to the study of peculiarities of frost resistance of introduced deciduous magnolias in climatic conditions of Ukrainian Woodlands and Forest-steppe. It have been researched the peculiarities of formation of the ground, parenchymal, strengthening and storage tissues of shoots contrasting in frost resistance species of magnolias, which can be used for the frost resistance estimation of plants under the conditions of introduction. It has been determined that the secretory storages are concentrated mainly in parenhym of bark and some species concentrate them in the pith of shoots, as well as in zone of mechanical destructions of bark and under the lenticels, that form in total the reliable system of defense of situated lower tissues in the most sensitive shoots segments. It has been determined that the quantity of water in shoots of different species of magnolias and their water storaged ability in winter-spring period depends on the level of formation of the ground tissues of shoots, as follows: thickness of cuticle, quantity of phellem layers, level of lenticel filling and their quantities. The amplitudes of thermo-isolation in result of freezing of shoots for contrasting in frost resistance species have been analyzed. It has been determined that the peculiarities of formation of anatomical structures of shoots can be used as an important taxonomic sign of genus. For the addition of available ideas about the formation of adaptation mechanisms of plants during introduction first has been researched the seasonal dynamics of biochemistry compounds (flavonoids and lipids), that influence to the frost and winter processes of introduced plants. The researched parameters extend the ideas about formation of adaptation mechanisms of magnolias to the negative influence of the environment, as well as they can be used as theoretical basis of optimization of growth of decorative exotic plants under the conditions of action of exogenous stressors in new climatic conditions. Key words: winter hardiness, luminescent microscopy, deciduous magnolias, adaptation, cuticle, phellem, lenticels, secretors receptacle, flavonoids, and lipids. Рис. 4. Пошкодження тканин середньої частини пагону M. denudata (А) та M. kobus (Б) внаслідок проморожування.

Похожие записи