Сравнительная анатомия листа растений закрытого грунта из класса однодольные (Monocotyledones)

Сравнительная анатомия листа растений закрытого грунта

из класса однодольные (Monocotyledones)

Матвеев Артем, 11 класс

МБОУ «Гимназия №102 имени М.С.Устиновой», г.Казань, Республика Татарстан

Научные руководители: Акшаева Е.Ю., учитель биологии высшей квалификационной категории

Прохоренко Н.Б., к.б.н., доцент кафедры ботаники  и физиологии растений К(П)ФУ

Введение

Как показывают исследования, анатомическое строение листа отражает приспособленность  растения к водному, световому и солевому режимам местообитания и рассматривается как обобщенный показатель экологии вида. Использование в экологии растений анатомического метода исследований позволяет выявить происхождение вида, механизмы его адаптации к определенным факторам среды, степень специализации и пластичность.

В комнатном цветоводстве широко используются многие однодольные растения субтропических и тропических флор, которые приспособлены к произрастанию в условиях теплого климата с небольшим колебанием температур в течение года, яркого освещения, при наличии обильного увлажнения,  либо периодического  водного дефицита. В отношении анатомического строения листовой пластинки эти виды изучены слабо.

 Мы предположили, что исторически сложившиеся условия произрастания данных видов отражены в специфичных чертах анатомического строения ассимиляционных органов.

Цель наших исследований – изучить строение эпидермы и поперечное строение листа у 10 видов растений закрытого грунта класса Monocotyledones в связи с уточнением их экологии.

        Задачи исследования:

1. Исследовать форму эпидермальных клеток, тип устьичных аппаратов и их плотность в составе эпидермы.

2. Выявить особенности строения мезофилла, наличие в листе специализированных тканей.

3. Определить принадлежность видов к экологическим группам по факторам увлажнения и освещенности.

4. На основе анализа дать краткие советы по уходу за данными видами растений.

Методы исследования

Исследования проводились в 2012 – 2013 гг. на кафедре ботаники КФУ.  Объектами исследований служили 10 видов растений из класса однодольные. Шесть видов - представители трех порядков: Liliales, Commelinales, Zingiberales из подкласса Liliidae. Четыре вида – из порядка Arales более высокоорганизованного подкласса Arecidae.

Данные виды распространены в Северной, Центральной и Южной Америке, Африке, юго-восточной Азии. По экологии - это макротермы, среди которых есть влаго- и тенелюбивые растения, а также устойчивые к засухе.

В ходе исследований было приготовлено 50 временных анатомических препаратов. При этом для каждого растения изготавливалось по 4 – 6 участков верхней и нижней эпидерм и столько же поперечных срезов. Анализ препаратов проводили с помощью микроскопа «Биомед 5».

• Анализировались такие анатомо-морфологические признаки листа, как форма клеток нижней и верхней эпидерм, локализация устьиц, тип устьичного аппарата, количество устьиц, тип мезофилла, форму его клеток, наличие  палисадной паренхимы, кол-во ее клеток в толщину, степень развития и локализация склеренхимы и колленхимы, расположение сосудисто-волокнистых пучков, их состав и строение, наличие включений.
• Количество устьиц в обеих эпидермах подсчитывали в 10 полях зрения при использовании окуляр-микрометра и объект-микрометра, полученные значения обработали статистически.

Строение верхних и нижних эпидерм и листа зарисовывали от руки на листах А4 при 400-кратном увеличении. Всего было выполнено 32 рисунка. Идентификацию тканей проводили с использованием литературных источников (Эсау, 1980; Лотова, 2000; Серебрякова и др., 2007).

Сравнительная анатомия эпидермы листа

У исследованных видов однодольных растений листья гипостоматные (устьица локализованы только в нижней эпидерме), либо амфистоматные (устьица располагаются в верхней и в нижней эпидермах).

В составе эпидерм нами были выявлены 4 типа устьичных аппаратов: аномоцитный, парацитный, тетрацитный и энциклоцитный. Наиболее часто встречаемый – парацитный тип, он считается наиболее примитивным как для однодольных, так и двудольных растений.

Количество устьиц в составе эпидерм у исследованных видов находится в пределах от 15 до 130 шт/мм2. Наибольшее число устьиц (более 70 шт/мм2) отмечено в эпидермах: Musa sp., Monstera deliciosa, Dracena и Spatiphyllum, которые, следовательно, приспособлены к интенсивной солнечной радиации и могут рассматриваться как гелиофиты. Наименьшее число устьиц (не более 30 шт. на мм2 только в составе нижней эпидермы) – у филодендрона, эухарис, Рео, что говорит о наличии у них низкой транспирации и принадлежности к экологической группе сциофитов.

           Сравнительная анатомия поперечного среза

У пяти из исследованных видов тропических и субтропических однодольных в листьях развивается водозапасающие  ткани. У Musa и Rhoeo водозапасающую функцию выполняет клетки, развивающиеся во внутренних слоях видоизмененной эпидермы (гиподерма), а у Eucharis, Sansevieria, Dracaena – специализированная водозапасающая паренхима, располагающаяся в центральной части листа.  Клетки водозапасающих тканей содержат слизевые вещества, обладающие водоудерживающей способностью, кроме того, гиподерма усиливает отражение солнечных лучей, уменьшая нагреваемость поверхности листа. Благодаря этим особенностям данные виды растений могут выдерживать периодические засухи, свойственные субтропическому климату, и поэтому могут быть отнесены к группе ксерофитов. Остальные из исследованных видов – мезофиты и мезогигрофиты не приспособлены к недостатку увлажнения в среде.

У Musa sp., Monstera и Zamioculcas листья бифациальные, располагаются перпендикулярно падающему свету и для них характерен мезофилл, дифференцированный на столбчатую и губчатую ткани. У остальных видов листья изолатеральные, располагаются параллельно падающему свету и имеют в составе однородный мезофилл.

Сосудисто-волокнистые пучки у всех видов закрытые коллатеральные. Крупные и средние по размерам пучки у всех исследованных видов укреплены склеренхимой. Однако, в мезофилле листьев Sansevieria и Dracaena хорошо развита также непучковая склеренхима, которая укрепляет сочные листья и также служит местом запасания воды. В листьях  Rheo и Monstera среди механических тканей отмечено развитие редко встречающейся у однодольных уголковой колленхимы, которая расположена под нижней эпидермой.

Среди оформленных включений у данных видов в клетках запасающей паренхимы и мезофилла листа, в клетках эпидермы откладываются рафиды, реже простые кристаллы оксалата кальция. Большое кол-во кристаллических образований в клетках эпидермы таких видов как монстера, Рео, Эухарис способствует уменьшению нагреваемости поверхности их листьев, так как кристаллы отражают солнечные лучи.

Выводы

1. У исследованных тропических и субтропических однодольных листья амфистоматные (Philodendron  scandens, Spathiphyllum wallisii, Musa sp., Dracaena marginata, Sansevieria trifaciata) или гипостоматные (Eucharis grandiflora, Chlorophytum comosum, Zamioculcas zamiifolia, Monstera obliqua, Rhоeo sp.), что определяется их расположением в пространстве.

2. Для них характерны 4 типа устьичного аппарата: аномоцитный, парацитный, тетрацитный и энциклоцитный, из которых наиболее распространен парацитный тип. Наибольшее количество устьиц (70-130 шт/мм2 отмечено в эпидермах Musa sp., Dracena marginata, Monstera deliciosa Spathiphyllum wallisii, что позволяет отнести их к гелиофитам. Наименьшее их количество (не более 30 шт/мм2) отмечено у  Rhоeo sp., Eucharis grandiflora и Zamioculcas zamiifolia, которые, следовательно, не требовательны к высокой транспирации.

3. Musa sp., Rhoeo sp. Eucharis grandiflora, Sansevieria trifaciata, Dracaena marginata – ксерофиты, так как в их листьях развивается водозапасающая паренхима, которая позволяет им выдерживать периодические засухи, произрастать на каменистых субстратах, а также открытых нелесных участках. Остальные виды – мезо- и гигрофиты.

4. У большинства видов листья изолатеральные с однородным мезофиллом, у Musa sp., Monstera obliqua и Zamioculcas zamiifolia - бифациальные, с мезофиллом, дифференцированным на столбчатую и губчатую ткани, что указывает на произрастание этих видов в условиях повышенного освещения.

5. Склеренхима в листе развивается только в составе сосудисто-волокнистых пучков, однако, в мезофилле листьев Sansevieria trifaciata и Dracaena marginata также развиваются многочисленные тяжи склеренхимных волокон, а у Rhоeo sp. и Monstera obliqua – участки уголковой колленхимы субэпидермального положения.

6. Наиболее распространенными включениями выступают рафиды, которые усиливают отражение солнечной радиации, локализуясь в клетках эпидермы.

На основе данных анатомического строения листовой пластинки были сформулированы рекомендации по уходу за 10 видами растений из класса Однодольные.

Рекомендации по уходу

1. Такие растения как: Musa sp., Sansevieria trifaciata, Dracaena godsettiana, Rhoeo spataceae, Eucharis grandiflora в связи с наличием водозапасающей паренхимы способны выдерживать длительные периоды засухи, эти растения можно поливать не чаще двух раз в неделю. Остальные виды требуют регулярный полив.

2. Для Monstera deliciosa, Spathiphyllum wallisii, Chlorophytum comosum в связи с малым развитием склеренхимы в листьях предпочтительнее как прикорневой, так и «дождевой» полив надземных органов.

3. Musa sp., Monstera deliciosa, Dracaena godsettiana, Spathiphyllum wallisii и Zamioculcas zamiifolia приспособлены к прямым солнечным лучам, другие виды следует уберегать от прямого и яркого солнечного освещения, под влиянием которых могут возникать нарушения роста и процессов жизнедеятельности.