Ботанический журнал, 2021, T. 106, № 8, стр. 769-787

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материалом послужили семена 7 видов (23 образца), полученные из Гербариев LE (БИН РАН), KW (Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, Киев), карпологической коллекции Музея БИН РАН (Lec), по обмену семян, а также собранные в природе. Таксономия группы соответствует классификации Н.Н. Цвелева (Tzvelev, 2001); учитывали также более позднюю ревизию родов Atocion и Viscaria (Fraiman et al., 2013).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Семена у изученных видов Viscaria group очень мелкие (табл. 1; рис. 1–5), 0.5–0.8 мм дл., 0.4–0.7 мм шир., 0.2–0.5 мм толщ., латерально уплощенные, в плане округло-почковидные, почковидные, иногда неравно-, то есть, асимметрично почковидные и формы запятой (V. alpina), округло-треугольные, на продольно-медианном срезе неправильно узко-трапециевидные (виды рода Atocion), широко-трапециевидные (Minjaevia), обратнояйцевидные, узко-обратнояйцевидные, прямоугольные (Viscaria), в основании слабо выемчатые с выступом (Atocion, Minjaevia) или без него (Viscaria), с вогнутой, ровной или слегка выпуклой дорсальной стороной, коричневые или тёмно-коричневые, у рубчика в основном черноватые, иногда такого же цвета, что и семя (Minjaevia), блестящие (Atocion) или без блеска. Латеральные стороны семени слабо изогнутые или от слабо выпуклых до слабо вогнутых, у Atocion с полукольцевым периферическим ребром; их поверхность шероховатая, сглажено-бугорчатая (Viscaria alpina) или бугорчатая с концентрическими рядами бугорков (V. viscosa). Рубчик без латеральных складок и околорубчиковых выступов (открытый) либо переходного типа, с едва развитыми выступами или складками.

Рис. 1.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Atocion armeria (SEM).

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны (со спинки), C – с вентральной стороны, D, F – клетки экзотесты (вид сверху) на латеральной стороне семени при разном увеличении, E – клетки экзотесты на спинке, G – поверхность наружной перикалинальной стенки и граница смежных клеток экзотесты; cr – кристалл воска, h – рубчик семени, hr – область рубчика, lf – латеральные складки семенной кожуры около рубчика, p – папиллы на наружной стенке экзотестальной клетки; звездочкой обозначены углубления (?межклетники) в экзотесте. Масштабные линейки (мкм): A, B, D – 100, C – 200, E, F – 50, G – 5.

Fig. 1. SEM micrographs of seed and seed surface in Atocion armeria.

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view (the bark), C – seed in ventral view, D, F – exotesta cells in surface view on the lateral seed side, E – exotesta cells on the bark, G – outer tangential cell wall and cell boundaries in exotesta; cr – wax crystal, h – hilum, hr – hilar region, lf – lateral seed coat folds near hilum, p papilla on the outer periclinal wall of exotesta cell; pores in the exotesta (?intercellular spaces) are marked by asterisk. Scale bars, µm: A, B, D – 100, C – 200, E, F – 50, G – 5.

Рис. 2.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Atocion lithuanicum.

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны, C – с вентральной стороны, D, F – клетки экзотесты (вид сверху) на латеральной стороне семени при разном увеличении, E – клетки экзотесты на спинке семени. Обозначения те же, что на рис. 1. Масштабные линейки (мкм): A–C – 100, D–F – 50.

Fig. 2. SEM micrographs of seed and seed surface in Atocion lithuanicum.

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view (the bark), C – seed in ventral view, D, F – exotesta cells in surface view on the lateral seed side, E – exotesta cells on the bark. For abbreviations, see Fig. 1. Scale bars, µm: A–C – 100, D–F – 50.

Рис. 3.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Minjaevia rupestris.

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны, C – с вентральной стороны, D–G – клетки экзотесты (вид сверху) при разном увеличении: D, E, G – в середине латеральной стороны семени, F – на границе латеральной и дорсальной сторон. Масштабные линейки (мкм): A–C – 100, D, F – 50, E – 20, G – 10.

Fig. 3. SEM micrographs of seed and seed surface in Minjaevia rupestris.

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view, C – seed in ventral view, D–G – exotesta cells in surface view: D, E, G – in the middle of lateral sides, F – on the border of the lateral and dorsal sides. Scale bars, µm: A–C – 100, D, F – 50, E – 20, G – 10.

Рис. 4.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Viscaria alpina.

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны, C – с вентральной стороны, D, F – клетки экзотесты (вид сверху) на латеральной стороне семени при разном увеличении, E – клетки экзотесты на дорсальной стороне, G – поверхность наружной тангентальной стенки и граница смежных клеток экзотесты, звездочкой обозначены углубления в экзотесте. Масштабные линейки (мкм): A–C– 100, D, E – 50, F – 10, G – 5.

Fig. 4. SEM micrographs of seed and seed surface in Viscaria alpina.

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view, C – seed in ventral view, D, F – exotesta cells in surface view on the lateral seed side, E – exotesta cells on the bark, G – outer tangential cell wall and cell boundaries in exotesta; pores in the exotesta are marked by asterisk. Scale bars, µm: A–C – 100, D, E – 50, F – 10, G – 5.

Рис. 5.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Viscaria viscosa

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны, C – с вентральной стороны, D, F – клетки экзотесты (вид сверху) на латеральной стороне семени при разном увеличении, E – клетки экзотесты на дорсальной стороне, G – поверхность наружной тангентальной стенки и граница смежных клеток экзотесты; cr – кристалл воска, звездочкой обозначены углубления в экзотесте, стрелкой – слабоволнистые антиклинальные клеточные стенки. Масштабные линейки (мкм): A–C – 100, D, E – 50, F – 10, G – 5.

Fig. 5. SEM micrographs of seed and seed surface in Viscaria viscosa.

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view, C – seed in ventral view, D, F – exotesta cells in surface view on the lateral seed side, E – exotesta cells on the bark, G – outer tangential cell wall and cell boundaries in exotesta; cr – wax crystal, pores in the exotesta are marked by asterisk, and weakly waved anticlinal cell walls – by arrow. Scale bars, µm: A–C – 100, D, E – 50, F – 10, G – 5.

Семенная кожура (табл. 2; рис. 1–5) экзотестальная, со склерифицированной экзотестой. Ее первичная скульптура на латеральных сторонах семени радиально прерывисто-струйчатая (рис. 1A, 2A, 3A), бугорчато радиально-струйчатая (рис. 5A) или сходная с коликулярной (colliculate) (рис. 4A). Клетки экзотесты на латеральных сторонах семени большей частью продольно удлиненные и расположены 2–5 концентрическими рядами (у Atocion lithuanicum ряды иногда местами сбиты), у Viscaria alpina продольная ориентация клеток и концентрические ряды отсутствуют. Клетки различной формы: звездчатые (рис. 7A), удлиненно-звездчатые (рис. 7B), сердцевидные (рис. 7C), продолговатые (рис. 7D), линейные (= гусеницевидные) (рис. 7E), стреловидные (рис. 7F), достигают наибольшей длины у Atocion armeria (220 мкм), наиболее короткие (до 105 мкм) у Viscaria alpina. Их наружная периклинальная стенка выпуклая до полусферической, иногда с центральным закругленно-коническим или мамиллятно-коническим бугорком, либо сосочком, тонко cкульптурированная: вторичная скульптура зернистая (гранулированная) или сглажено-зернистая. На поверхности наружных стенок у большинства видов найдены структуры воска в форме кристаллов и друз (рис. 1G, 5G). Антиклинальные стенки этих клеток извилистые с 11‒25 зубцами: S-волнистые (рис. 2F), V-волнистые или зубчатые (рис. 1D), слабо волнистые (рис. 5D, обозначены стрелкой), волнообразные (широко-волнистые – рис. 7E). В одной клетке могут сочетаться S- и V- типы волнистости, а на одном семени иногда встречается большее число типов.

Рис. 6.

Внешний вид и фрагменты поверхности семени у Ixoca arcana (A–D, F) и I. carpatica (E, G).

A – семя с латеральной стороны, B – с дорсальной стороны (волоски срезаны), C – с вентральной стороны, D–F – клетки экзотесты (вид сверху) на латеральной стороне семени при разном увеличении, G – поверхность наружной тангентальной стенки и граница смежных клеток экзотесты; c коронка из волосков, h rim – околорубчиковый валик. Масштабные линейки (мкм): A – 200, C – 100, B, D – 50, E, F – 20, G – 10.

Fig. 6. SEM micrographs of seed and seed surface in Ixoca arcana (A–D, F) и I. carpatica (E, G).

A – seed in lateral view, B – seed in dorsal view (crown hairs are cut off), C – fragment of seed in ventral view, D–F – exotesta cells in surface view on the lateral seed side, G – outer tangential cell wall and cell boundaries in exotesta; c crown of hairs, h rim – hilar rim. Scale bars, µm: A – 200, C – 100, B, D – 50, E, F – 20, G – 10.

Рис. 7.

Клетки экзотесты на латеральных сторонах семени у некоторых видов трибы Sileneae (Viscaria group).

A – звездчатая (Viscaria alpina), B – удлиненно-звездчатая (V. alpina), C – сердцевидная (V. alpina), D – продолговатая (Minjaevia rupestris), E – линейная или гусеницевидная (Atocion lithuanicum), F – стреловидная (A. lithuanicum), G – звездчато-амебовидная (Ixoca arcana), H – удлиненно-амебовидная (I. arcana). Масштабная линейка 50 мкм.

Fig. 7. Exotesta cells on lateral seed side of certain Sileneae species (clade Viscaria group).

A – stellate (Viscaria alpina), B – elongated-stellate (V. alpina), C – cordate (V. alpina), D – oblong (Minjaevia rupestris), E – linear or larva-shaped (Atocion lithuanicum), F – sagittate (A. lithuanicum), G – stellate-ameboid (Ixoca arcana), H – elongated-ameboid (I. arcana). Scale bar 50 µm.

На дорсальной стороне семени клетки экзотесты от овальных до продолговатых, редко звездчатые, расположены 3–5 рядами (кроме V. alpina: у этого вида четкие ряды клеток отсутствуют). У Atocion и Minjaevia клетки ориентированы поперек спинки, тогда как у видов рода Viscaria они не имеют определенной ориентации. Наружная периклинальная стенка более выпуклая, чем на латеральных сторонах семени, полусферическая или гребневидная (Atocion, Minjaevia), у Viscaria viscosa с крупным центральным мамиллятным бугорком или вся вытянута в широкий мамиллятный бугорок (рис. 5F).

Вдоль более или менее отчетливых ребер на границе латеральных и дорсальной сторон семени проходит либо один ряд длинных согнутых экзотестальных клеток (рис. 1E, 3F), либо два ряда коротких разнонаправленных клеток (рис. 5E). У V. alpina ребра семени неотчетливые (рис. 4B, D).

Семена Ixoca благодаря морфологическим особенностям иногда выделяют в особый тип (Ghazanfar, 1983). У изученных нами видов (рис. 6A–F) они резко отличаются от семян в Viscaria group по нескольким признакам: 1) наличие крупных лучеобразных волосков на дорсальной стороне семени (рис. 6A), за что этот род получил название Heliosperma (Reichenb.) Reichenb. – солнцесемянник; плоские жесткие волоски развиваются из ориентированных различным образом клеток экзотесты, расположенных на спинке семени в 3 ряда; 2) выступающий в основании семени и ограничивающий рубчик валик (по-видимому, производное фуникулуса); 3) часто асимметричное положение рубчика; 4) необычная амебовидная форма клеток экзотесты, с лопастными антиклинальными стенками (рис. 7G, H; рис. 6D–E); они расположены в основном неупорядоченно, иногда сильно вытянуты вдоль семени, и лишь по периферии латеральных сторон семени находятся в 1–3 концентрических рядах, более отчетливых и широких у некоторых семян I. carpatica; 4) комковатая (glebulate), а не зернистая, вторичная скульптура наружной периклинальной стенки этих клеток – из мелких, в основном редко расположенных комочков, местами слившихся и уплощенных (рис. 6G). Нужно отметить, что клетки экзотесты такой формы, расположенные хаотично, не встречены нами более ни у одного изученного таксона из трибы Sileneae, однако имеются у представителей трибы Alsineae Lam. et DC.: некоторых видов родов Mesostemma Vved. (Arabi et al., 2017), Stellaria L. (Mahdavi et al., 2012; Bozchaloyi, Keshavarzi, 2014), Moehringia L. (Minuto et al., 2006), а также у видов рода Spergularia (Pers.) J. Presl et C. Presl из трибы Paronychieae Dumort. (Abdel-Maksoud, Fawzi, 2016). Полученные нами результаты соответствуют, таким образом, результатам молекулярно-филогенетических исследований, показавших обособленность рода Ixoca в трибе Sileneae. Этот вывод подтверждают также данные по анатомии плодов (Weberbauer, 1898; Kravtsova, Bolotova, 2019). Кроме того, обращает на себя внимание точное повторение характерного признака семян Ixoca – коронки из нескольких рядов плоских волосков по спинке семени у некоторых видов рода Minuartia L. (Alsineae) – M. inamoena (C.A. Mey.) Woronow, M. rhodocalyx (Albov) Woronow (Zaychenko, Zernov, 2017) и M. macrocarpa var. koreana (Nakai) H. Hara (Song et al., 2015).

Полученные результаты показывают, что для Atocion armeria и A. lithuanicum характерны округло-почковидные, значительно уплощенные семена, отличительными признаками которых являются желобок на дорсальной стороне, крупные ребра по периферии латеральных сторон, экзотеста из сильно удлиненных клеток без бугорков (характерных также для многих видов рода Silene), иногда с центральным мелким сосочком. Семенная кожура на границе дорсальной и латеральных сторон образована 1 рядом согнутых клеток. Различия между этими видами рода Atocion по величине семян незначительные: семена у A. armeria несколько шире (до 700 мкм), чем семена у A. lithuanicum (до 600 мкм), но менее длинные (высокие). Эти результаты расходятся с данными V. Martynyuk et al. (2015), согласно которым семена A. lithuanicum мельче, чем у A. armeria по обоим параметрам. Нет соответствия и в описании формы семян: так, мы не нашли у A. armeria треугольно-почковидных семян, указываемых этими авторами. Совпадают наблюдения, касающиеся межвидовых различий по величине клеток экзотесты: у A. armeria они длиннее, чем у A. lithuanicum на латеральных сторонах семени. Различия между видами по величине папилл на наружной периклинальной стенке этих клеток на нашем материале не выявлены, возможно, в связи с отсутствием достаточного количества материала. Нужно отметить, что проведенное в цитируемой работе разграничение видов рода Atocion по микроморфологии семян основано большей частью на количественных признаках, которые значительно перекрываются у A. armeria и A. lithuanicum.

Особенностями семян Minjaevia rupestris, очень сходных по микроморфологии семенной кожуры с видами рода Atocion, являются их значительная толщина, отсутствие желобка на спинке и крупных ребер по периферии латеральных сторон. Мы считаем, что в иерархии признаков семени признак формы клеток экзотесты занимает первое место, а признаки толщины семени, наличия или отсутствия желобка по спинке имеют в данном случае менее важное таксономическое значение, позволяя диагностировать виды.

Семена изученных видов рода Viscaria значительно различаются по микроморфологии. Можно выделить 2 их типа: в типе V. alpina семена более крупные, чем у V. viscosa, обычно менее округлые в очертании, несколько асимметричные, с широкой, ровной или слегка выпуклой спинкой без ложбинки, ребра не выражены; поверхность по всему семени сглажено-бугорчатая, сходная с коликулярной (colliculate). Семенная кожура имеет примитивные черты: она слабо дифференцирована, клетки экзотесты одинаковой формы на латеральных и дорсальной сторонах, расположены хаотично, не собраны в ряды.

В типе V. viscosa семена мельче, почти округлые в очертании, более симметричные и плоские, чем у V. alpina, иногда с желобком на дорсальной стороне; поверхность бугорчатая с правильными рядами бугорков – концентрическими на латеральных сторонах и продольными по спинке. Клетки экзотесты различаются по форме не только на разных сторонах семени, но и в разных рядах на дорсальной стороне: на латеральных сторонах семени они продолговатые с закругленно-коническим бугорком, в крайних рядах на спинке такие же с мамиллятно-коническим бугорком, в двух средних рядах спинки представляют собой такой бугорок на звездчатом основании, вся их наружная стенка сильно вытянута.

Выявление двух типов семени в роде Viscaria согласуется с его делением на 2 секции (Ikonnikov, 1987): V. alpina была выделена в отдельную секцию Liponeurum (Schott, Nym. et Kotschy) Ikonn.

Разнотипные семена обнаружены также у близких видов многих секций рода Silene s.l. (Candáu, Talavera, 1978; Ghazanfar, 1983; Ocaña et al., 2011; Hoseini et al., 2017). При этом различия между разными типами семян по их микроморфологии более или менее выражены. Резко разнотипные семена найдены в секции Erectofractae Chowdhuri (Candáu, Talavera, 1978; Ocaña et al., 2011), у некоторых видов они аномальные: экзотеста образована не характерными для трибы Sileneae мелкими, неправильно-полигональными, хаотично расположенными клетками.

Семена Viscaria обоих типов заметно отличаются от семян Atocion и Minjaevia по микроморфологии семенной кожуры: клетки экзотесты у Viscaria более короткие, нередко звездчатые, с коническим бугорком или сильно выпуклой (полусферической) наружной периклинальной стенкой; семенная кожура на ребре (если имеется) из 2 рядов разнонаправленных клеток. Сходные очертания клеток экзотесты, наличие у них конического бугорка, присутствие на спинке семени “клеток-бугорков”, вся наружная стенка которых вытянута в крупный бугорок, сближает род Viscaria с родом Lychnis. Ранее сходство скульптурных элементов семенной кожуры у Viscaria и Lychnis отметил Кожанчиков (Kozhanchikov, 1967). Немногими общими признаками семени у родов Viscaria group являются очень небольшой размер семян (не превышает 0.7 мм в длину, 0.8 мм в ширину); в основном открытый рубчик без хорошо развитых околорубчиковых латеральных складок и выступов (остатков фуникулуса по предположению Романовой и Кравцовой (Romanova, Kravtsova, 2016); заметные “поры” на семенной кожуре, представляющие собой, по-видимому, межклетники в экзотесте; наличие структурированных эпикутикулярных восковых отложений на поверхности клеток экзотесты в виде кристаллов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют, на наш взгляд, о том, что микроморфология семени в исследуемой группе имеет таксономическое и диагностическое значение. Наиболее таксономически важными признаками являются форма и ориентация клеток экзотесты, наличие или отсутствие, а также форма бугорка на наружной периклинальной стенке.

Проведенное исследование подтвердило обособленное положение рода Ixoca в трибе Sileneae. Кроме коронки из волосков семена их видов отличаются от семян в Viscaria group необычной амебовидной формой в основном неупорядоченно расположенных клеток экзотесты, другой скульптурой их наружной периклинальной стенки, наличием валика вокруг рубчика, обычно асимметрично расположенного.

Близкое родство Atocion и Minjaevia, выявленное молекулярными методами, подтверждается сравнительно-морфологическим изучением семян.

Результаты расходятся с молекулярными данными о сестринских отношениях родов Atocion и Viscaria. Выявленные у Viscaria 2 типа семени (V. alpina и V. viscosa) значительно различаются по микроморфологии; оба типа заметно отличаются от семян Atocion и Minjaevia. Таким образом, полученные нами результаты лишь частично соответствуют филогении рассматриваемой группы (Viscaria group), основанной на молекулярных данных. Они расходятся с этими данными в основном вопросе – родственных отношениях Atocion и Viscaria. Мы предполагаем, что расхождение морфологических и молекулярных исследований может быть связано с выявленным своеобразием рода Viscaria, которое проявляется в разнотипности семян у изученных видов, а также в особенном вскрывании плодов (primarily loculicidal, по Friman et al., 2013), не встречающемся в других родах трибы.