Ботанический журнал, 2021, T. 106, № 3, стр. 272-291

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследования послужили зрелые пыльцевые зерна видов Androsace, Douglasia, Vitaliana, Pomatosace, Primula (Primulaceae), взятые с гербарных образцов, хранящихся в Гербарии Ботанического института им. В.Л. Комарова (LE).

Для светооптического исследования применяли классический ацетолизный метод Эрдтмана (Erdtman, 1952). Световые микрофотографии получены на микроскопе Carl Zeiss Jenaval, с помощью цифровой фотокамеры Canon EOS 20D.

Детали строения поверхности пыльцевых зерен уточняли на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390 в центре коллективного пользования Ботанического института им. В.Л. Комарова. Для исследования необработанную пыльцу извлекали из пыльников и закрепляли на специальном столике с помощью двусторонней липкой ленты, затем напыляли сплав золота и палладия в вакуумной установке. Из-за мелких размеров пыльцы исследованных видов при изучении поверхности пыльцевых зерен с помощью СЭМ использовали большее увеличение по сравнению со стандартным, общепринятым в палинологии.

При изучении морфологии пыльцевых зерен учитывали: тип и число апертур, форму и очертания пыльцевых зерен, размеры полярной оси и экваториального диаметра, особенности строения борозд и межапертурных участков, толщину экзины и характер скульптуры (Kupriyanova, Aleshina, 1967, 1972). Измерения проводили с помощью окулярмикрометра, в каждом образце измеряли не менее 15 пыльцевых зерен.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Основные морфологические характеристики пыльцы изученных видов представлены в табл. 1 “Основные характеристики пыльцы исследованных видов Androsace, Douglasia, Vitaliana, Pomatosace, Primula”.

Род Androsace

Пыльцевые зерна радиально-симметричные, изополярные, 3-бороздно-оровые, мелкие (табл. I ). Длина полярной оси не превышают 25 мкм. Самые мелкие зерна выявлены у A. filiformis (полярная ось 10.3–11.3 мкм, экваториальный диаметр 10.1–11.3 мкм). Следует отметить, что у пыльцы некоторых видов, при несколько больших значениях длины полярной оси, экваториальный диаметр не достигает 10 мкм. Например, у пыльцевых зерен A. rotundifolia полярная ось 11.7–12.4 мкм, тогда как экваториальный диаметр всего 7.2–7.6 мкм. Самые крупные зерна обнаружены у A. fedtschenkoi (полярная ось 21.7–23.1 мкм, экваториальный диаметр 18.0–19.1 мкм). У пыльцы большинства исследованных видов длина полярной оси колеблется от 0.7 до 1.3 мкм. Только у пыльцы A. fedtschenkoi эта разница достигает 2 мкм. Значения длины экваториального диаметра изменяются от 0.3 мкм у пыльцы A. coccinea до 1.4 мкм у пыльцы A. gmelini.

Как известно, форму пыльцевого зерна определяют по соотношению размеров полярной оси и экваториального диаметра (P/E) (Erdtman, 1952). Исходя из полученных значений P/E, пыльцевые зерна почти всех изученных видов имеют эллипсоидальную форму (P/E > 1). Исключение составляет A. filiformis, у этого вида пыльца почти сфероидальная (табл. III , 1, 2). В препаратах пыльцы A. gmelini (табл. I , 1, 2) наряду с эллипсоидальными пыльцевыми зернами встречается довольно много пыльцы почти сферической формы. В зависимости от значения P/E можно выделить несколько вариантов формы пыльцевого зерна у изученных видов Androsace.

P/E = 1, пыльца почти сфероидальная (A. filiformis).

P/E = 1.2, пыльца широкоэллипсоидальная (A. fedtschenkoi, A. maxima, A. turczaninowii).

P/E = 1.3–1.5, пыльца эллипсоидальная (A. acbaitalensis, A. albana, A. bungeana, A. capitata, A. elongata, A. erecta, A. henryi, A. incana, A. septentrionalis, A. umbellata).

P/E > 1.5, пыльца вытянуто-эллипсоидальная (A. aizoon, A. alascana, A. alaschanica, A. coccinea, A. chamaejasme, A. rotundifolia, A. spinulifera, A. stri-gillosa).

Выделенные группы не имеют четких границ, так как встречаются виды, форма пыльцы которых может считаться промежуточной между описанными выше группами. Примером может служить пыльца видов A. chamaejasme, A. triflora, A. villosa со значением P/E = 1.5–1.6. Кроме того, в препаратах A. gmelini встречаются почти сфероидальные (P/E = 1) и эллипсоидальные пыльцевые зерна (P/E = 1.3).

Важными палиноморфологическими признаками являются очертания пыльцевого зерна, прежде всего очертание пыльцы в экваториальном положении. По этому признаку можно выделить 4 группы: почти округлые (табл. I , 1, 2; табл. III , 1, 2), эллиптические (табл. I , 29, 30, 34, 35), сжато-округло-прямоугольные (табл. I , 13) и округло-прямоугольные (табл. I , 7, 11). Так же как в случае с формой, деление на группы по очертаниям – условно из-за наличия переходных форм.

В очертании с полюса пыльцевые зерна могут быть 3-лопастными (табл. I , 25, 26), от слабо-3-лопастных до почти округлых (табл. I , 31, 32) и округло-треугольными (табл. I , 8). Для зерен, имеющих эллиптические очертания с экватора, чаще характерно 3-лопастное или слабо-3-лопастное очертание с полюса. Тогда как округло-4-угольные в очертании с экватора пыльцевые зерна обычно имеют округло-треугольные очертания с полюса. Следует отметить, что в препаратах с сильно вытянутыми по полярной оси пыльцевыми зернами положение зерен с полюса встречается крайне редко.

Апертуры у пыльцы изученных видов сложные. Наружная апертура представлена длинной, очень узкой, практически щелевидной, бороздой с ровными краями и острыми концами. СЭМ позволяет рассмотреть скульптуру мембраны борозды. В большинстве случаев поверхность мембраны шероховатая. И только у пыльцевых зерен A. maxima и A. turczaninowii из секции Megista мембрана борозд крупно-зернистая. Число борозд у большинства видов стабильно, однако в образце A. spinulifera кроме типичных для рода 3-бороздно-оровых зерен встречаются одиночные 2-бороздно-оровые. Вариация числа борозд явление довольно частое, как в целом среди цветковых, так и в семействе Primulaceae. Вариабельность числа апертур подробно описана у пыльцы многих видов рода Primula (Grigoryeva et al., 2018; Britskii et al., 2019).

Эндоапертуры (оры) у пыльцы разных видов Androsace различаются размерами и очертаниями, от едва заметных до хорошо очерченных. По форме можно выделить 3 основных морфологических типа ор: округлые или слегка вытянутые по полярной оси или по экваториальному диаметру (табл. I , 4, 27, 29), эллиптические, вытянутые по экваториальному диаметру (табл. I , 10) и экваториальный поясок (endocingula), образованный за счет слияния концов длинных экваториально вытянутых ор (табл. I , 7, 9).

Светооптический микроскоп не позволяет рассмотреть скульптуру экзины. На фотографиях, полученных с помощью СМ пыльцевые зерна проломников выглядят бесцветными, прозрачными, гладкими (табл. I ). Использование же сканирующего электронного микроскопа позволяет не только рассмотреть детали рельефа поверхности, но и выделить 4 основных варианта скульптуры.

1. Перфорированная. Просветы очень мелкие, не более 0.1 мкм в диаметре, округлые или вытянутые, расстояние между ними, как правило, превышает размеры самих перфораций (табл. II , 3).

2. Складчато-перфорированная. Складки короткие извитые, между ними довольно редкие перфорации. Ширина складок у пыльцы разных видов различается. Так, широкие складки, до 0.5 мкм шириной характерны для экзины пыльцевых зерен A. chamaejasme. Тогда как у пыльцы большинства видов они более узкие и не превышают 0.2 мкм, как например, у пыльцы A. triflora (табл. II , 6, 9, 12).

3. Микросетчатая. Просветы округлые, слегка вытянутые или неправильной формы, до 0.8 мкм длиной. Стенки ячей узкие, 0.4–0.5 мкм шириной, слегка извитые, гладкие. Самая крупная сетчатость поверхности экзины характерна для пыльцы A. fedtschenkoi (табл. III , 9).

4. Мелкобугорчатая. Характерна для пыльцы A. maxima и A. turczaninowii. Бугорки мелкие, невысокие, 0.4–0.5 мкм в диаметре, округлые, вытянутые или разветвленные, довольно плотно прилегают друг к другу или расположены рыхло, на расстоянии друг от друга (табл. III , 12, 15).

Как и в случае с другими палиноморфологическими признаками выделенные группы условны, поскольку существуют переходные варианты скульптуры, которые сложно отнести к какому-то одному из перечисленных выше типов. В группе сладчато-перфорированой скульптуры экзины можно построить размерный ряд с постепенными переходами от широких складок к узким. Переходные формы существуют между мелкоскладчатой и перфорированной скульптурой, а также между перфорированной и сетчатой скульптурой.

Палиноморфологический анализ секций рода Androsace.

Секция Samuelia (A. gmelini, A. henryi, A. rotundifolia, A. umbellata) (табл. I , 1–6, табл. 1).

Палиноморфологически секция неоднородна.

Пыльца мелкая, длина полярной оси составляет 15 мкм. Очертания с экватора у разных видов либо эллиптические, либо округло-прямоугольные. P/E колеблется от 1.0 до 1.6. Оры нечетко очерченные, б. м. округлые или вытянутые по экватору. Нечеткие оры – признак, характерный для пыльцы всех изученных видов проломников из этой секции. Скульптура перфорированная или микросетчатая.

Секция Aizoidium (A. aizoon, A. coccinea) (табл. I , 7–9).

Пыльцевые зерна крупнее чем у видов из предыдущей секции. Полярная ось 17.3–20.7 мкм. В очертании с экватора округло-прямоугольные, слегка сжатые по экватору. P/E от 1.7 до 1.9. Эндоапертуры экваториально вытянутые, сливаются или почти сливаются, образуя экваториальный поясок. Скульптура складчато-перфорированная.

Пыльца изученных видов различается незначительно. У пыльцы A. aizoon по сравнению с пыльцой A. coccinea меньше значение P/E и в меньшей степени выражено сжатие в экваториальной области.

Секция Chamaejasme (A. acbaitalensis, A. alaschanica, A. alascana, A. bungeana, A. capitata, A. incana, A. chamaejasme, A. spinulifera, A. strigillosa, A. triflora, A. villosa) (табл. I , 10–21, табл. II ).

Палиноморфологически секция неоднородна. Длина полярной оси пыльцевых зерен варьирует в диапазоне от 12.7 до 21.9 мкм. Соотношение P/E колеблется от 1.3 до 2.1. В очертании с экватора эллиптические или округло-прямоугольные. Эндоапертуры большей частью эллиптические, вытянутые по экватору или сливаются концами, образуя экваториальный поясок. Скульптура от микросетчатой до складчато-перфорированной. Пыльца A. chamaejasme отличается от пыльцы других видов секции широкими складками на поверхности экзины.

Секция Orthocaulon. Из этой секции изучена пыльца только 1 вида A. erecta (табл. I , 22–24). Полярная ось 14.1–15.3 мкм, очертания пыльцевых зерен с экватора округло-прямоугольные, P/E = = 1.5. Оры эллиптические вытянуты по экватору. Скульптура микросетчатая.

Секция Andraspis (A. albana, A. elongata, A. fed-tschenkoi, A. filiformis, A. lactiflora, A. septentrionalis) (табл. I , 25–30, табл. III ), палиноморфологически полиморфная. Длина полярной оси варьирует в диапазоне от 10.3 мкм до 23.1 мкм. В очертании с экватора пыльцевые зерна почти округлые, эллиптические, реже округло-прямоугольные. Значение P/E от 1 до 1.8. Оры разнообразны: округлые или слегка вытянутые по полярной оси, слегка вытянутые по экватору, экваториально вытянутые, образующие экваториальный поясок. Скульптура микросетчатая или складчато-перфорированная. У пыльцевых зерен разных видов с микросетчатой скульптурой экзины варьируют размеры скульптурных элементов.

Секция Megista (A. maxima, A. turczaninowii) (табл. I , 31–35, табл. III , 10–15). Длина полярной оси 14.9–19.6 мкм, в очертании с экватора пыльцевые зерна эллиптические. Значения P/E от 1.2 до 1.25. Оры четко очерченные, эллиптические, вытянутые по экватору, с острыми концами. Скульптура мелко бугорчатая. Экзина пыльцы A. maxima и A. turczaninowii различается элементами скульптуры. Так у пыльцы A. turczaninowii бугорки в очертании почти округлые и располагаются на расстоянии друг от друга, тогда как у пыльцевых зерен A. maxima бугорки большей частью вытянутые и плотно прилегают друг к другу. Кроме того, пыльца A. maxima немного крупнее пыльцы A. turczaninowii.

Основные палиноморфологические характеристики видов из большинства секций сходны, что не позволяет использовать полученные данные для разграничения секций. Исключение составляет секция Megista. Пыльца видов этой секции отличается от пыльцы всех остальных изученных видов Androsace, прежде всего, мелко бугорчатой скульптурой. Некоторые авторы помещают A. maxima в секцию Andraspis (Wang et al., 2004), однако морфологические признаки пыльцы поддерживают выделение этого вида в самостоятельную секцию. Особенности строения пыльцы подтверждают самостоятельность A. turczaninowii (Shishkin, Bobrov, 1952), который по данным IPNI считается синонимом A. maxima.

Таким образом, сравнительное палиноморфологическое исследование показало, что важными диагностическими признаками пыльцы разных видов рода Androsace являются: форма и очертания пыльцевых зерен, особенности скульптуры экзины, строение апертур и прежде всего морфологические особенности эндоапертур (их очертания, размеры, расположение).

Следует отметить, что при изучении пыльцы проломников важнейшее значение имеют данные светооптической микроскопии, из всех важных палиноморфологических признаков только для изучения скульптуры нужен СЭМ.

Род Douglasia (табл. I , 36, табл. IV , 1–2). Изучена пыльца 7 видов, описания приведены в табл. 1.

Пыльцевые зерна радиально-симметричные, изополярные, 3-бороздно-оровые. Самые крупные пыльцевые зерна у D. laevigata (полярная ось 24.1–25.6, экваториальный диаметр 12.9–13.5), у остальных зерен полярная ось не превышает 22 мкм, самые мелкие зерна выявлены у D. arctica (полярная ось 18.3 мкм) и у D. ochotensis (полярная ось 18.4 мкм). Пыльцевые зерна вытянуто-эллипсоидальные. P/E у разных видов колеблется от 1.6 у D. ochotensis до 1.95 у D. arctica. Очертания с полюса 3-лопастные или округло-треугольные. С экватора эллиптические (D. arctica, D. ochotensis) или округло-4-угольные.

Борозды длинные, узкие с четкими краями и острыми концами. Оры от почти округлых или слегка вытянутых по экватору у пыльцы D. arctica, D. montana, D. nivalis до эллиптических у остальных исследованных видов. Экзина слегка разрастается над бороздой в месте расположения эндоапертуры, образуя небольшой двузубчатый замок. Замок возможно рассмотреть только при использовании СЭМ. Скульптура не просматривается при использовании светооптического микроскопа. СЭМ позволяет выявить 2 типа скульптуры: перфорированную у пыльцевых зерен D. montana и складчато-перфорированную у пыльцы остальных изученных видов.

Род Vitaliana, V. primuliflora (табл. IV , 3–4).

Пыльцевые зерна радиально-симметричные, изополярные, 3-бороздно-оровые. Средних размеров. Полярная ось 26.3–27.8 мкм, экваториальный диаметр 14.4–15.5 мкм. P/E = 1.8. В очертании с экватора округлопрямоугольные, с полюса округлотреугольные. Борозды длинные, узкие с четкими краями и острыми концами. Оры крупные (табл. 1), округлые, четко очерченные. Скульптура перфорированная с мелкими неглубокими складками. Перфорации разноразмерные, не более 0.2 мкм в диаметре, округлые, погруженные.

Род Pomatosace, P. filicula.

Пыльцевые зерна радиально-симметричные, изополярные, 3-бороздно-оровые, мелкие (полярная ось не более 19 мкм), P/E = 1.7, в очертании с экватора округлопрямоугольные, с полюса слабо трехлопастные. Борозды длинные, узкие с четкими краями и острыми концами. Оры часто нечеткие, вытянуты по экваториальной оси. Скульптура перфорированная.

Род Primula (табл. IV , 5–15).

Для палиноморфологического сравнения родов Androsace и Primula была изучена пыльца 6 видов Primula с 3-бороздно-оровой пыльцой (P. darialica, P. farinifolia, P. forbesii, P. longiscapa, P. malacoides, P. zeylamica).

Изученные пыльцевые зерна радиально-симметричные, изополярные, 3-бороздно-оровые, у большинства видов мелкие (длина полярной оси не более 17 мкм). Только у P. malacoides пыльцевые зерна средних размеров (полярная ось 28.4–30.2 мкм, экваториальный диаметр 23.5–25.5 мкм). Большей частью эллипсоидальные (P/E > 1), реже почти сфероидальные (P/E = 1) или широкоэллипсоидальные (P/E < 1). В очертании с экватора эллиптические, почти округлые или широкоэллиптические, с полюса слабо 3-лопастные. Борозды длинные, узкие. Оры большей частью нечеткие. Скульптура микросетчатая.

Сравнительный палиноморфологический анализ родов Androsace, Douglasia, Pomatosace, Vita-liana, Primula.

По мнению многих систематиков, род Androsace считается не менее полиморфным чем близкородственный ему род Primula. Сравнительный палинологический анализ показал, что пыльца Androsace менее разнообразна, чем пыльца разных видов Primula, для которой описано 3 основных палинотипа и 20 дополнительных подтипов (Punt et al., 1974). Изученный материал и литературные данные позволяют утверждать, что для рода Androsace характерен один 3-борозно-оровый палинотип. Хотя в пределах этого палинотипа пыльца разных видов довольно разнообразна. Палиноморфологический анализ полученных данных и имеющихся в литературе сведений показал, что и в роде Androsace есть виды, пыльца которых сходна с пыльцой некоторых видов Pri-mula. Большинство видов Primula характеризуется сплющенными 3-слитнобороздными пыльцевыми зернами, однако есть небольшое число видов примул (например, P. darialica, P. farinifolia, P. forbesii, P. longiscapa, P. malacoides, P. zeylamica и др.) с эллипсоидальной 3-бороздно-оровой пыльцой, нечеткими орами и перфорированной или мелкосетчатой скульптурой экзины. Сходными палиноморфологическими чертами обладают и некоторые виды Androsace, такие как, например, A. gmelini, A. henryi, A. rotundifolia. В дисперсном состоянии определить принадлежат такие пыльцевые зерна видам Androsace или Primula не представляется возможным. Существование видов с такой пыльцой (3-бороздно-оровые, с нечеткими орами и перфорированной скульптурой) не позволяет провести четкую границу между родами, несмотря на то что пыльца большинства видов Primula хорошо отличается от пыльцы большинства видов Androsace. Таким образом, полученные нами данные не согласуются с утверждением Wendelbo (1961) об отсутствии какого-либо палинологического сходства между родами Primula и Androsace.

Также определенный интерес представляет палиноморфологическое сравнение родов Androsace и Douglasia. Большинство авторов, особенно североамериканских, считают Douglasia самостоятельным родом (Constance, 1938; Robbins, 1944; Kelso, 1992; Kelso et al., 1994), тогда как многие европейские исследователи рассматривают Douglasia лишь в ранге секции в пределах рода Androsace (Shishkin, Bobrov, 1952; Wendelbo, 1961; Kress, 1965; Smith, Lowe, 1997). Сравнительный палиноморфологический анализ Androsace и Douglasia показал, что по основным признакам пыльцы (форма, очертания с экватора, апертуры, скульптура) эти два рода не различаются. В литературе отмечают, что пыльцевые зерна видов Douglasia крупнее пыльцы Androsace (Xu et al., 2016). Однако, наше исследование показало, что ряд видов Androsace (например, A. alaschanica, A. bungeana, A. coccinea, A. fedtschenkoi и некоторые другие) имеют пыльцу, близкую по размерам пыльце Douglasia (табл. 1). Молекулярные исследования также указывают на положение Douglasia среди Androsace (Trift et al., 2002; Martins et al., 2003). Таким образом, палинологические сведения полностью согласуются с современными молекулярно-генетическими данными.

До сих пор продолжается обсуждение статуса рода Vitaliana. Благодаря наличию гетеростилии этот род считается уникальным в трибе Androsaceae и на основании этого некоторые авторы трактуют его как самостоятельный род (Ferguson, 1972; Smith, Lowe, 1997 и др.), другие как секцию в роде Androsace (Wendelbo, 1961; Kress, 1965, 1967). Современные молекулярно-генетические исследования свидетельствуют о том, что виды рода Vitaliana должны быть включены в состав Androsace (Trift et al., 2002; Martins et al., 2003; Dixon et al., 2016). Полученные нами палиноморфологические данные показывают, что по форме, очертаниям пыльцевых зерен и по перфорированной скульптуре экзины пыльца Vitaliana сходна с пыльцой многих видов Androsace. Главным отличительным признаком пыльцевых зерен Vitaliana являются крупные (около 5 мкм в диаметре), четко очерченные округлые оры. Таких эндоапертур у пыльцы исследованных видов Androsace не было обнаружено. Кроме того, от пыльцы большинства Androsace пыльца Vitaliana отличается значительно большими размерами (табл. 1).

Пыльцевые зерна рода Pomatosace не отличаются от пыльцевых зерен исследованных видов рода Androsace, что согласуются с ранее полученными палиноморфологическими данными (Wendelbo, 1961; Spanowsky, 1962). Нами не обнаружено никаких палиноморфологических черт (форма зерна, апертуры, скульптура экзины), которые, по мнению некоторых авторов (Xu et al., 2016) позволяют отличить морфотип пыльцы Pomatosace от других подгрупп Androsace. Последние молекулярно-филогенетические исследования поддерживают слияние Pomatosace и Androsace (Schneeweiss et al., 2004; Wang et al., 2004; Boucher et al., 2012; de Vos et al., 2014) и палинологические данные, на наш взгляд, не противоречат такому объединению родов в один таксон.

Таким образом, сравнительное исследование пыльцы видов Androsace показало, что род характеризуется одним (3-бороздно-оровым типом пыльцы). В пределах этого типа пыльцевые зерна разных видов хорошо различаются размерами, формой, очертанием, особенностями эндоапертур и скульптурой экзины. Во всех секциях рода, кроме секции Megista, встречаются виды с похожей пыльцой, что затрудняет использование признаков пыльцы для разграничения секций, установленных по макроморфологическим признакам.

Обнаруженное большое сходство пыльцы родов Androsace, Douglasia, Pomatosace и Vitaliana, вероятно, свидетельствует о их близком родстве и не противоречит объединению этих родов в один таксон.