Ботанический журнал, 2023, T. 108, № 4, стр. 334-348

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Для исследования были выбраны три вида Crassula: C. intermedia Schönland (толстянка промежуточная, или крассула промежуточная), C. erico-ides Haw. (толстянка эриковидная, или крассула эриковидная) и C. multicava Lem. (толстянка многополостная, или крассула многополостная). Род Crassula включает от 300 до 350 видов. В природных условиях они произрастают в Южной Африке и на Мадагаскаре (Mes et al., 1996).

Материалом для изучения послужили растения коллекции Ботанического сада Петра Великого Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН. Изученные виды произрастают в условиях оранжереи.

Бутоны и цветки на разных стадиях развития фиксировали в смеси FAA (70° этиловый спирт, 40% формалин, ледяная уксусная кислота в пропорции 100 : 7 : 7). Затем проводили инфильтрацию парафином. Срезы толщиной 12 мкм окрашивали фуксин-сернистой кислотой по Фёльгену (ядра клеток) с подкраской гематоксилином по Эрлиху (цитоплазма) и алциановым синим (клеточные стенки), сафранином по Картису, генциан–виолеттом по Ньютону с подкраской оранжем “G” в гвоздичном масле (Pausheva, 1974).

Постоянные препараты исследовали с помощью светового микроскопа Amplival (фирмы Carl Zeiss). Микрофотосъемка с препаратов проводилась с использованием светового микроскопа Axioplan-2 mot, камеры AxioCam MRc 5 и программы AxioVision 4.8 (фирмы Carl Zeiss). Рисунки выполнены с помощью рисовального аппарата. Строение пыльцевых зерен изучено с помощью сканирующего электронного микроскопа Jeol JSM-6390 LA в Центре коллективного пользования БИН РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цветок. Число элементов в цветке, как правило, является постоянным: тетрамерное у Crassula multicava и пентамерное у C. intermedia и C. ericoides. Однако число элементов андроцея и гинецея может варьировать. При исследовании цветков C. ericoides выявлены отклонения, которые проявляются в наличии 8 тычинок в 2 кругах и 4 или 5 плодолистиков, либо 5 тычинок и 4 плодолистиков, 4 тычинок и 4 плодолистиков, 5 тычинок (2 из них располагаются выше других) и 3 плодолистиков. Цветок характеризуется двойным околоцветником. Чашечка и венчик – сростнолистные, 4-членные у C. multicava и 5-членные у C. intermedia и C. ericoides. Окраска венчика различается у изученных видов. У C. intermedia и C. ericoides лепестки белые, а у С. multicava они розоватого цвета.

Тычинка и пыльник. Тычинка дифференцирована на пыльник и короткую тычиночную нить. В базальной части пыльник не срастается с тычиночной нитью (составляет примерно 1/5 его длины). К месту прикрепления на цветоложе тычиночная нить уплощается и расширяется. Однако на уровне вхождения в пыльник она сужается, принимая цилиндрическую форму (рис. 1, 1). В центре тычиночной нити, состоящей из паренхимных клеток, проходит проводящий пучок. Продолжением тычиночной нити, соединяющей теки пыльника, является связник. Однако у изученных видов связник отличается расположением и строением. Прежде всего, он является эксцентричным и смещен из центрального положения в сторону абаксильных микроспорангиев (рис. 1, 2–6; 2, 1–5). Такое латеральное положение обусловливает в дальнейшем передвижение пластических веществ не внутрь гнезд абаксиальных микроспорангиев, а наружу. Как мы увидим далее, тапетум оказывается лучше развит не с внутренней стороны, а с наружной, при этом наружный тапетум разрушается последним в стенке микроспорангия. Вторая особенность заключается в том, что ткани связника не развиваются между адаксиальными микроспорангиями. Последние срастаются боковыми поверхностями, подобно тому, как объединяются края смежных плодолистиков в синкарпном гинецее, и сохраняют это состояние в момент вскрывания пыльника (рис. 2, 6).

Рис. 1.

Строение тычинок у Crassula multicava (1–3) и C. ericoides (4–6) (1 – продольный, 2–6 – поперечные срезы). Строение тычинки (1); строение пыльника в разных его частях: в области, сросшейся с тычиночной нитью (2, 4), свободной от тычиночной нити (3, 5 – ближе к месту срастания, 6 – в базальной части пыльника); в клетках эпидермы и в клетках вокруг проводящего пучка в связнике видны танины; в клетках эндотеция и окружающих проводящий пучок формируются фиброзные утолщения. an – пыльник, cn – связник, st f – тычиночная нить, v b – проводящий пучок. Масштабная линейка, мкм: 1 – 200, 2, 3, 5, 6 – 100, 4 – 50.

Fig. 1. Stamen structure in Crassula multicava (1–3) and C. ericoides (4–6) (1 – longitudinal, and 2–6 – cross sections). Stamen structure (1); structure of the anther in its different portions: in the zone fused with the filament (2, 4), free from the filament (3, 5 – closer to the place of fusion, 6 –in the basal part of the anther); in the cells of the epiderm and in the cells around the vascular bundle in the connective, tannins are visible; in the cells of the endothecium and in the cells around the vascular bundle, fibrous thickenings are formed. an – anther, cn – connective, st f – stamen filament, v b – vascular bundle. Scale bars, µm: 1 – 200, 2, 3, 5, 6 – 100, 4 – 50.

Рис. 2.

Строение пыльника у Crassula multicava (1–3) и C. ericoides (4–6) (поперечные срезы). Строение пыльника в разных его частях: в области, сросшейся с тычиночной нитью (1, 4); свободной от тычиночной нити, абаксиальные микроспорангии уже не контактируют с тычиночной нитью, а адаксиальные микроспорангии еще связаны между собой (2, 5); смежные микроспорангии (как абаксиальные, так и адаксиальные) разъединены (3); вскрывание пыльника (6); в клетках эпидермы и в клетках вокруг проводящего пучка в связнике видны танины; в клетках эндотеция и окружающих проводящий пучок формируются фиброзные утолщения. cn – связник, e – эпидерма, en – эндотеций, p g – пыльцевое зерно, st f – тычиночная нить, tn – tannins, v b – проводящий пучок. Масштабная линейка, мкм: 1–3 – 50, 4–6 – 30.

Fig. 2. Anther structure in Crassula multicava (1–3) and C. ericoides (4–6) (cross sections). Structure of the anther in its different portions: in the zone fused with the filament (1, 4), free from the filament, abaxial microsporangia are no longer in contact with the filament, and adaxial microsporangia are still interconnected (2, 5); adjacent microsporangia (both abaxial and adaxial) are separated (3); anther dehiscence (6); in the cells of the epiderm and the cells around the vascular bundle in the connective, tannins are visible; in the cells of the endothecium and in the cells around the vascular bundle, fibrous thickenings are formed. cn – connective, e – epiderm, en – endothecium, p g – pollen grain, st f – stamen filament, tn – tannins, v b – vascular bundle. Scale bars, µm: 1–3 – 50, 4–6 – 30.

Также специфичным является строение пыльника в разных его частях: в области, сросшейся с тычиночной нитью (рис. 1, 2, 4), свободной от тычиночной нити (ближе к месту срастания – рис. 1, 3, 5, в базальной части пыльника – рис. 1, 6); в клетках эпидермы и вокруг проводящего пучка в связнике видны клетки с танинами; в клетках эндотеция и обкладки проводящего пучка формируются фиброзные утолщения (рис. 1, 2–6; 2, 4, 5). Число слоев клеток с фиброзными утолщениями и их расположение различаются у изученных видов. У C. ericoides они располагаются в один слой в виде кольца в той части пыльника, которая полностью срастается с тычиночной нитью (рис. 2, 4, 6). У C. intermedia и С. multicava формируются 2–3 слоя (рис. 1, 2). В части пыльника, свободной от тычиночной нити, у C. ericoides клетки с фиброзными утолщениями формируются только в эндотеции (рис. 1, 5, 6; 2, 5), а у других видов и в 2–3 нижележащих слоях связника (рис. 1, 3).

Пыльники – тетраспорангиатные (рис. 3, 1–6). Уже на ранних стадиях развития видно, что они асимметричные и широкой (абаксиальной) частью направлены наружу, а узкой (адаксиальной) – внутрь (рис. 4, 2). Как мы отмечали, лишь абаксиальные микроспорангии срастаются с тычиночной нитью, образуя связник. Адаксиальные микроспорангии срастаются своими боковыми поверхностями (рис. 2, 1–6).

Рис. 3.

Стадии развития пыльника у Crassula multicava (поперечные срезы). 1, 2 – бугорок пыльника, деления инициалей микроспорангия, формирование клеток внутреннего тапетума, археспория и инициалей латеральных частей стенки; 3 – деление археспориальной клетки на спорогенную (внутрь) и париетальную (наружу); 4 – образование слоя наружного тапетума и начало делений клеток наружного париетального слоя на эндотеций и средний слой; 5 – сформированная стенка микроспорангия на стадии микроспороцитов перед мейозом. a c – археспориальная клетка, c i mc – центральная инициаль микроспорангия, e – эпидерма, en – эндотеций, i t – внутренний тапетум, l i w mc – инициали латеральной части стенки микроспорангия, m – микроспороцит, m l – средний слой, o p l – наружный париетальный слой, o t – наружный тапетум, p c – париетальная клетка, s c – спорогенная клетка. Масштабная линейка, мкм: 10.

Fig. 3. Stages of anther formation in Crassula multicava (transverse sections). 1, 2 – anther primordium, divisions of the microsporangium initials, formation of the cells of the inner tapetum, archesporium and the initials of the lateral parts of the wall; 3 – division of the archesporial cell into sporogenous (inward) and parietal (outward) cells; 4 – formation of the layer of the outer tapetum and the beginning of cell divisions of the outer parietal layer into the endothecium and the middle layer; 5 – formed wall of the microsporangium at the stage of microsporocytes before meiosis. a c – archesporial cell, c i mc – central initial of microsporangium, e – epiderm, en – endothecium, i t – inner tapetum, l i w mc – lateral initials of microsporangium wall, m – microspocyte, m l – middle layer, o p l – outer parietal layer, o t – outer tapetum, p c – parietal cell, s c – sporogenous cell. Scale bar, µm: 10.

Рис. 4.

Стадии развития пыльника у Crassula intermedia (поперечные срезы). 1, 2 – бугорок пыльника, деления инициалей микроспорангия, формирование клеток внутреннего тапетума, археспория и инициалей латеральных частей стенки; 3 –периклинальное деление париетальной клетки; 4 – образование единого слоя тапетума и начало делений клеток наружного париетального слоя на эндотеций и средний слой. a c – архе-спориальная клетка, c i mc – центральная инициаль микроспорангия, e – эпидерма, en – эндотеций, i t – внутренний тапетум, l i w mc – инициали латеральной части стенки микроспорангия, m l – средний слой, o p l – наружный париетальный слой, o t – наружный тапетум, s c - спорогенная клетка. Масштабная линейка, мкм: 10.

Fig. 4. Stages of anther formation in Crassula intermedia (transverse sections). 1, 2 – anther primordium, divisions of the microsporangium initials, formation of the cells of the inner tapetum, archesporium and the initials of the lateral parts of the wall; 3 – periclinal division of the parietal cell; 4 – formation of a unite layer of the tapetum and the beginning of cell divisions of the outer parietal layer into the endothecium and the middle layer. a c – archesporial cell, c i mc – central initial of microsporangium, e – epiderm, en – endothecium, i t – inner tapetum, l i w mc – lateral initials of microsporangium wall, m l – middle layer, o p l – outer parietal layer, o t – outer tapetum, s c – sporogenous cell. Scale bar, µm: 10.

Формирование стенки микроспорангия. Вопросы типизации стенки микроспорангия и последовательность возникновения ее слоев обсуждаются в литературе. В нашем исследовании мы используем представления, разработанные И.И. Шамровым (Shamrov, 2008) и группой его коллег (Shamrov et al., 2019, 2020, 2022). Изучение пыльника у Crassula intermedia и C. multicava показало, что в его субэпидермальном слое на ранних этапах развития дифференцируется группа инициальных клеток (центральная и латеральные – рис. 3, 1; 4, 1), которые образуют как слои стенки микроспорангия со всех сторон микроспорангия, так и археспорий. После периклинального деления центральной субэпидермальной клетки наружу отделяется археспориальная клетка, а внутрь – клетка, из которой формируется проксимальная (ближайшая к связнику) часть стенки микроспорангия, преобразующаяся в клетки внутреннего тапетума. Латеральные субэпидермальные инициальные клетки за счет делений образуют латеральные части стенки микроспорангия рис. 3, 2; 4, 2). В результате периклинальных делений археспориальных клеток возникают наружный (париетальные клетки) и внутренний (спорогенные клетки) слои (рис. 3, 3).

Клетки париетального слоя делятся периклинальными и антиклинальными делениями, в результате чего образуются слои, входящие в состав дистальной части стенки микроспорангиев. Периклинальные деления происходят в определенной последовательности. После деления клеток исходного париетального образуются два слоя, участие которых различно в дальнейшем построении стенки микроспорангия (рис. 4, 3). Клетки внутреннего париетального слоя становятся тапетумом, тогда как клетки наружного слоя образуют 2 слоя: наружный – эндотеций и внутренний – средний слой. Таким образом, завершаются начальные стадии формирования стенки микроспорангия – возникновение и дифференциация ее слоев (от археспория до спорогенной ткани).

На стадии преобразования спорогенных клеток в микроспороциты клетки субэпидермального слоя иногда делятся периклинально, образуя нерегулярно 1–2-слойный эндотеций (рис. 4, 4). С внутренней стороны, особенно в адаксиальных микроспорангиях, может формироваться 2-слойный тапетум (рис. 3, 5). Тем не менее сформированная стенка микроспорангия у исследованных видов обычно состоит из 4 слоев клеток – эпидермы, эндотеция, среднего слоя и тапетума.

Во время микроспорогенеза и формирования пыльцевых зерен происходят преобразования слоев стенки микроспорангия. Рассмотрим подробно характеристику каждого слоя стенки микроспорангия.

На стадии микроспороцитов клетки эпидермального слоя линзовидные, с крупным ядром и плотной цитоплазмой. Затем они принимают прямоугольную форму, теряют содержимое и становятся сильно вакуолизированными. У изученных видов в клетках эпидермы накапливаются танины. У Crassula intermedia начало отложения танинов по периферии клеток (такая тенденция сохраняется до вскрывания пыльника) происходит во время первого деления мейоза (рис. 5, 1), а у C. multicava и C. ericoides протопласты клеток эпидермы полностью заполняются танинами уже на стадии спорогенных клеток и микроспороцитов перед мейозом (рис. 3, 4, 5). 1–2 тонкостенные клетки эпидермального слоя в области стомиума отличаются меньшими размерами и танины в них не накапливаются (рис. 2, 6; 5, 4; 6, 4).

Рис. 5.

Строение стенки микроспорангия во время микроспорогенеза и формирования пыльцевого зерна у Crassula intermedia (поперечные срезы). 1 – стенка микроспорангия во время первого деления мейоза, разрушение клеток среднего слоя и начало отложения танинов по периферии клеток эпидермы; 2 – стенка микроспорангия на стадии тетрад микроспор, произошло разрушение стенок между клетками тапетума, на внутренней тапетальной мембране видны орбикулы; 3 – стенка микроспорангия на стадии одиночных микроспор, клетки среднего слоя почти разрушились, радиальные стенки клеток эндотеция утолщены, в тапетуме ядра сжимаются, а размеры протопластов сокращаются в средней и апикальной частях; 4 – стенка микроспорангия в месте стомиума, в области вскрывания видны тонкостенные клетки. e – эпидерма, en – эндотеций, m – микроспороцит, m l – средний слой, ms – микроспора, p g – пыльцевое зерно, t – тапетум, t ms – тетрада микроспор, tn – танины. Масштабная линейка, мкм: 1–3 – 10, 4 – 50.

Fig. 5. Microsporangium wall structure during micriospogenesis and pollen grain formation in Crassula intermedia (transverse sections). 1 – microsporangium wall during the first meiotic division, destruction of middle layer cells and beginning of tannin deposition along the periphery of the epidermal cells; 2 – microsporangium wall at the stage of microspore tetrad, the destruction of the walls between the cells of the tapetum has occured, orbicules are visible on the inner tapetal membrane; 3 – microsporangium wall at the stage of separate microspores, the cells of the middle layer are almost destroyed, radial walls of the endothecium cells are thickened, the nuclei in the tapetum are compressed, and the protoplast sizes are reduced in the middle and apical parts; 4 – microsporangium wall in the stomium area, thin-walled cells are visible in the dehiscence site. e – epiderm, en – endothecium, m – microspocyte, m l – middle layer, ms – microspore, p g – pollen grain, t – tapetum, t ms – tetrad of microspores, tn – tannins. Scale bars, µm: 1–3 – 10, 4 – 50.

Вытянутые клетки эндотеция постепенно увеличиваются в радиальном направлении. У изученных видов этот процесс становится заметным после стадии тетрад микроспор (рис. 5, 2; 6, 1). Со стадии одиночных микроспор начинается утолщение радиальных стенок клеток эндотеция (рис. 5, 3; 6, 3). К моменту созревания пыльника тангентальные стенки клеток эндотеция приобретают фиброзные утолщения. Только 1–2 клетки эндотеция, входящие в состав стомиума, остаются меньших размеров и без фиброзных утолщений (рис. 2, 6; 5, 4; 6, 4). Ранее нами было описано специфическое строение пыльника, особенно его связника. Было обнаружено, что в клетках эндотеция и обкладки проводящего пучка формируются фиброзные утолщения (рис. 1, 2–6; 2, 4, 5). Число слоев клеток с фиброзными утолщениями и их расположение различаются у изученных видов. У C. ericoides они располагаются в один слой в виде кольца в той части пыльника, которая полностью срастается с тычиночной нитью (рис. 2, 4, 6). У C. intermedia и С. multicava формируются 2–3 слоя (рис. 1, 2). В части пыльника, свободной от тычиночной нити, у C ericoides клетки с фиброзными утолщениями формируются только в эндотеции (рис. 1, 5, 6; 2, 5), а у других видов не только в эндотеции, но и 2–3 нижележащих слоях связника (рис. 1, 3).

Средний слой состоит из небольших узких клеток (рис. 3, 5; 4, 4; 5, 1; 6, 1). В ходе развития они постепенно вытягиваются, и к моменту формирования пыльцевых зерен их остатки представлены в виде темноокрашенных сгустков (рис. 5, 3; 6, 2, 3).

Тапетум. Существующие определения типов и форм тапетума крайне противоречивы (обзор проблемы см. Shamrov et al., 2021). Особенно сложное положение обстоит с одним из распространенных типов тапетума, который часто называют секреторным (клеточным). Такой тип тапетума описан у исследованных видов, и мы будем называть его париетальным, как это предложено в упомянутом исследовании.

Тапетум у обоих видов гетероморфный, что связано как с происхождением, так и положением в стенке микроспорангия. Внутренний тапетум дифференцируется первым и образуется из клеток, которые возникают при делении центральных инициалей микроспорангия. Следующими появляются клетки латеральных областей тапетума, которые формируются из латеральных инициалей микроспорангия. Последними дифференцируются клетки наружного тапетума из клеток внутреннего париетального слоя.

У всех изученных видов клетки тапетума до мейоза вытянутые (рис. 3, 4, 5). Но уже с началом микроспорогенеза хорошо видно, что они приобретают таблитчатую форму и увеличиваются в размерах. Клетки тапетума характеризуются плотной цитоплазмой и содержат одно крупное ядро (рис. 5, 1, 2; 6, 1). Различия в строении тапетума в дистальной, проксимальной и латеральных частях, как правило, не наблюдаются. Но это касается только адаксиальных микроспорангиев. Как мы уже отмечали, у изученных видов связник является эксцентричным и смещен из центрального положения в сторону абаксильных микроспорангиев (рис. 1, 2–6; 2, 1–5). Такое латеральное положение обусловливает в дальнейшем передвижение пластических веществ не внутрь гнезд абаксиальных микроспорангиев, а наружу. Исследование строения их стенки свидетельствует о том, что тапетум оказывается лучше развит не с внутренней стороны, а с наружной (рис. 6, 2), при этом наружный тапетум разрушается последним в стенке микроспорангия.

Рис. 6.

Строение стенки микроспорангия во время микроспорогенеза и формирования пыльцевого зерна у Crassula multicava (1, 2, 4) и C. ericoides (3) (поперечные срезы). 1 – стенка микроспорангия на стадии тетрад микроспор, начинается разрушение клеток среднего слоя и некоторых радиальных стенок между клетками тапетума, клетки эндотеция увеличиваются в радиальном направлении, протопласты клеток эпидермы полностью заполнены танинами; 2, 3 – стенка микроспорангия на стадии одиночных микроспор; произошло разрушение радиальных стенок между клетками тапетума, на внутренней тапетальной мембране видны орбикулы, клетки тапетума с наружной стороны увеличиваются в размерах (2) либо начинается их разрушение и утолщение радиальных стенок клеток эндотеция (3); 4 – стенка микроспорангия в области стомиума, в месте вскрывания видны тонкостенные клетки. e – эпидерма, en – эндотеций, m l – средний слой, ms – микроспора, p g – пыльцевое зерно, t – тапетум, t ms – тетрада микроспор, tn – танины. Масштабная линейка, мкм: 1–3 – 10, 4 – 30.

Fig. 6. Microsporangium wall structure during micriospogenesis and pollen grain formation in Crassula multicava (1, 2, 4) and C. ericoides (3) (transverse sections). 1 – microsporangium wall at the stage of microspore tetrad, the destruction of the middle layer cells and some of the radial walls between the tapetum cells begins, the endothecium cells increase radially, the protoplasts of the epidermal cells are completely filled with tannins; 2, 3 – microsporangium wall at the stage of separate microspores, the destruction of the radial walls between the tapetum cells has occurred, orbicules are visible on the inner tapetal membrane, the tapetum cells increase in size from the outside (2) or their destruction and thickening of the radial walls of the endothecium cells begin (3); 4 – microsporangium wall in the area of the stomium, thin-walled cells are visible in the dehiscence site. e – epiderm, en – endothecium, m l – middle layer, ms – microspore, p g – pollen grain, t – tapetum, t ms – tetrad of microspores, tn – tannins. Scale bars, µm: 1–3 – 10, 4 – 50.

У изученных видов тапетум в премейотическом и мейотическом периодах характеризуется клеточной структурой. Однако на завершающихся стадиях мейоза сначала начинают разрушаться радиальные стенки между клетками тапетума и уже на стадии тетрад микроспор разрушены как радиальные, так и внутренние тангентальные стенки у C. intermedia (рис. 5, 2), тогда как у С. multicava и C. ericoides этот процесс начинается на стадии тетрад микроспор и завершается на стадии одиночных микроспор (рис. 6, 1–3). На внутренних тапетальных мембранах выявляются орбикулы (рис. 5, 2; 6, 2, 3).

Следует отметить, что процесс исчезновения клеточных стенок не сопровождается выпячиванием образующихся протопластов внутрь полости микроспорангия. В тапетуме ядра сжимаются, а размеры протопластов сокращаются в средней и апикальной частях, имитируя амебоидное состояние (рис. 5, 3; 6, 3). Протопласты сохраняются по краю полости микроспорангия, где и разрушаются. Таким образом, у обоих изученных видов выявлена вариация 1 – типичный париетальный тапетум (Shamrov et al., 2021, 2022).

Вскрывание пыльника. Вскрываются пыльники продольными щелями, лартрозно. Перед вскрыванием разрушаются перегородки между смежными гнездами тек (рис. 1, 2; 2, 4). Формируется стомиум, образованный с внутренней стороны 2–3 слоями мелких тонкостенных клеток. С наружной стороны стомиума в 1–2 клетках эндотеция не формируются фиброзные утолщения, а в клетках эпидермы не откладываются танины (рис. 2, 4; 5, 4; 6, 4). Вскрывание – 2-фазное. Основным фактором, обеспечивающим вскрывание тек, является обезвоживание клеток эндотеция. За счет их сжатия, подобно пружине, происходит укорачивание фиброзных утолщений. За счет этого (фаза 1) уменьшаются размеры клеток эндотеция, которые в области стомиума вызывают разрывы мелких клеток (рис. 2, 5). Нижние части клеток эндотеция, лежащие над мелкими клетками, плотно смыкаются и, возможно, слипаются (рис. 1, 4; 2, 5). Дальнейшее обезвоживание приводит к вскрыванию тек пыльника (фаза 2), при этом вся стенка микроспорангия (рис. 1, 5, 6) раскрывается наружу, открывая щель, через которую высыпается пыльца (рис. 2, 6). Таким образом, вскрывание пыльника у изученных видов осуществляется с помощью стомиума, как продолжения перегородки между смежными микроспорангиями тек, и является септальным (Zhinkina et al., 2022).

Микроспорогенез и формирование пыльцевого зерна. Спорогенная ткань многослойная и располагается более чем 20 тяжами клеток (рис. 3, 5). Спорогенные клетки постепенно становятся микроспороцитами и вступают в мейоз. В результате первого деления мейоза образуются 2-ядерные клетки (рис. 5, 1). Веретена второго деления мейоза располагаются либо параллельно, либо крестообразно, и после процессов цитокинеза (микроспорогенез симультанный) формируются, как правило, тетраэдральные тетрады гаплоидных микроспор (рис. 5, 2; 6, 1). Каждая микроспора и тетрада в целом окружены каллозой, которая постепенно резорбируется, а тетрады распадаются на отдельные микроспоры (рис. 5, 3; 6, 2, 3). Вскоре микроспоры делятся и формируются 2‑клеточные пыльцевые зерна (рис. 5, 4; 6, 4).

Зрелые пыльцевые зерна изученных видов 3-бороздно-оровые (иногда у С. ericoides они 4-бороздно-оровые – рис. 8, 2), эллипсоидальные; в очертании с полюса 3-лопастные, с экватора эллиптические, с закругленными полюсами (рис. 7, 2, 4, 5; 8, 1, 3). Пыльца небольших размеров, с полярной осью около 10–15 мкм у С. ericoides, 15–20 мкм у C. intermedia и самая большая 30–35 мкм у C. multicava. Апертуры сложные, состоят из внешней меридионально ориентированной борозды и внутренней экваториально расположенной оры. Борозды (экзоапертуры) длинные, глубокие, широкие, сужающиеся к полюсам, со слегка закругленными концами и более или менее ровными краями. Оры (эндоапертуры) у пыльцы большинства исследованных видов с нечеткими, часто неровными краями. Они небольшие, располагаются в центре борозд и не заходят за их границы. У Crassula выявлена особая форма скульптуры поверхности пыльцевого зерна. Хотя она является струйчатой, ее строение нетипичное. Она образована продольными рядами в виде гребней, а мезокольпиумы и акольпиумы напоминают по форме свернутые клубки толстых ниток. Между гребнями выделяются тонкие струи, переплетающиеся в разных направлениях (рис. 7, 2, 3, 5, 6; 8, 1, 4). Эти структуры особенно хорошо выражены у Crassula multicava и C. intermedia.

Рис. 7.

Строение 3-бороздно-оровых пыльцевых зерен у Crassula multicava (1–3) и C. intermedia (4–6). 1, 4 – общий вид пыльцевого зерна с экватора; 2, 5 – общий вид пыльцевого зерна с полюса; 3, 6 – поверхность пыльцевого зерна. Масштабная линейка, мкм: 1, 4 – 5, 2 – 2, 3, 5, 6 – 1.

Fig. 7. Structure of 3-colporate pollen grains in Crassula multicava (1–3) and C. intermedia (4–6). 1, 4 – equatorial view of pollen grain; 2, 5 – polar view of pollen grain; 3, 6 – surface of pollen grain. Scale bars, µm: 1, 4 – 5, 2 – 2, 3, 5, 6 – 1.

Рис. 8.

Строение 3-бороздно-оровых (1, 3, 4) и 4-бороздно-оровых пыльцевых зерен (2) у Crassula ericoides. 1, 2 – общий вид пыльцевого зерна с полюса; 3 – общий вид пыльцевого зерна с экватора; 4 – поверхность пыльцевого зерна. Масштабная линейка, мкм: 1, 3 – 2, 2, 4 –1.

Fig. 8. Structure of 3-colporate (1, 3, 4) and 4-colporate (2) pollen grains in Crassula ericoides. 1, 2 – polar view of pollen grain; 3 – equatorial view of pollen grain; 4 – surface of pollen grain. Scale bars, µm: 1, 3 – 2, 2, 4 – 1.

ОБСУЖДЕНИЕ

Впервые исследованы развитие и строение стенки пыльника у Crassula intermedia, C. multicava и C. ericoides (у последнего вида, к сожалению, ранние стадии не удалось изучить). Подтверждено наличие у изученных видов базовых признаков семейства, связанных с процессами репродукции. К ним относятся: тетраспорангиатный пыльник, париетальный тапетум, симультанный микроспорогенез, преимущественно тетраэдральные тетрады микроспор, 2-клеточные зрелые пыльцевые зерна. Полученные нами данные дополняют эмбриологическую характеристику сем. Crassulaceae (Nikiticheva, 1985; Kamelina, 2009; Anisimova, 2016, 2020; Anisimova, Shamrov, 2022a, b).

Кроме того, нам удалось проследить самые ранние стадии развития микроспорангия еще до дифференциации археспория. Мы подтвердили имеющуюся точку зрения (Shamrov, 2008; Shamrov et al., 2019, 2020, 2022), согласно которой в субэпидермальном слое развивающегося пыльника дифференцируется группа инициальных клеток (центральная и латеральные), которые образуют как слои стенки микроспорангия, так и сам археспорий, а затем париетальные и спорогенные клетки. У видов сем. Crassulaceae способ формирования стенки микроспорангия из клеток париетального слоя с наружной стороны обычно определяют как тип двудольных (Nikiticheva, 1985; Kamelina, 2009), согласно представлениям (Davis, 1966). Поскольку у изученных нами видов Crassula стенка микроспорангия обычно состоит из эпидермы, эндотеция, среднего слоя и тапетума, а дополнительные деления, приводящие к увеличению их числа, происходят редко, то тип формирования был определен как центробежный, типовая вариация (Shamrov et al., 2019, 2020). Подобный характер развития и строения стенки микроспорангия у других видов цветковых растений был ранее также определен, как центробежный тип, типовая вариация (Teryokhin et al., 2002). Следует отметить, что у видов Aeonium, Sedum и Kalanchoe наличие более 4 слоев (2‑слойными могут быть эндотеций или тапетум, либо формируются 2–3 средних слоя) позволило нам описать развитие стенки микроспорангия в рамках компликатной вариации центробежного типа (Shamrov et al., 2019, 2020, 2022).

Из всех исследованных признаков пыльника наиболее контрастными оказались признаки строения клеток эпидермы, эндотеция и тапетума. У видов Kalanchoe они касаются локализации танинов в клетках эпидермы и эндотеция стенки микроспорангия. У K. laxiflora, K. tubiflora и K. rosei танины (заполняют весь протопласт) обнаружены только в некоторых клетках эндотеция. У K. nyikae они накапливаются как в клетках эндотеция, так и преимущественно в клетках эпидермы (Anisimova, 2016). У Sedum kamtschaticum протопласты клеток эпидермы заполнены танинами, а у S. palmeri эти вещества выявляются в виде отдельных, порой немногочисленных, глобул (Anisimova, 2020). У Aeonium (A. balsamiferum и A. ciliatum) танины накапливаются в эпидерме по периферии протопласта клеток (Anisimova, Shamrov, 2022a, b). У видов Crassula (наст. иссл.) также наблюдаются оба варианта аккумуляции танинов: у C. intermedia по периферии протопласта клеток, а у C. multicava и C. ericoides протопласты клеток эпидермы полностью заполняются танинами.

Несмотря на то что тапетум у всех изученных нами видов является париетальным, особенности его строения в постмейотический период различаются: у S. kamtschaticum происходит реорганизация (вариация 2 – амебоидный тапетум), а у S. palmeri тапетум развивается без реорганизации (вариация 1 – типичный париетальный тапетум) (Anisimova, 2020). У обоих изученных видов Aeonium выявлена вариация 2 – амебоидный тапетум (Anisimova, Shamrov, 2022a, b). У Kalanchoe, вероятно, типичный париетальный тапетум без реорганизации (Anisimova, 2016). У видов Crassula (наст. иссл.) также обнаружен типичный париетальный тапетум.

Что касается эндотеция и формирования в нем фиброзных утолщений, то у многих видов, кроме типичного слоя на базе субэпидермы стенки микроспорангия возникают дополнительные слои в связнике. У Aeonium и Sedum формируется кольцевидный фиброзный слой с внутренней стороны связника в нижней области, где нет срастания пыльника и тычиночной нити. У видов Crassula фиброзные утолщения обнаружены также в клетках обкладки проводящего пучка связника. Число слоев клеток с фиброзными утолщениями и их расположение различаются у изученных видов. У C. ericoides они располагаются в один слой в виде кольца в той части пыльника, которая полностью срастается с тычиночной нитью. У C. intermedia и С. multicava здесь формируются 2–3 слоя. В части пыльника, свободной от тычиночной нити, у C. ericoides клетки с фиброзными утолщениями формируются только в эндотеции, а у других видов не только в эндотеции, но и в 2–3 нижележащих слоях связника. У видов Kalanchoe фиброзные утолщения выявлены в субэпидермальном и третьем слоях связника только между абаксиальными микроспорангиями.

Наше исследование подтвердило результаты других авторов о поразительном однообразии и стабильности признаков морфологии пыльцы в сем. Crassulaceae (Hart, 1974; Sin et al., 2002; Gri-gorieva, Britski, 2001; Goncharova, 2006). Пыльцевые зерна исследованных нами видов из родов Aeonium, Crassula, Kalanchoe и Sedum однотипны по строению и являются 3-бороздно-оровыми. Иногда у Сrassula ericoides они 4-бороздно-оровые. Некоторые различия касаются скульптуры пыльцевого зерна. Она струйчатая у Aeonium и Sedum, бугорчато-ямчатая – у Kalanchoe. Однако у Sedum секции Ternata поверхность пыльцы сетчатая (Calie, 1981). У Crassula выявлена особая форма струйчатой скульптуры поверхности пыльцевого зерна. Она образована продольными рядами в виде гребней, между которыми выделяются тонкие струи. Эти структуры особенно хорошо выражены у Crassula multicava и C. intermedia.

По комплексу признаков наибольшее сходство в строении пыльника обнаружено между родами Aeonium и Sedum. К чертам сходства относятся следующие: изобилатеральный (на поперечном срезе) пыльник с надсвязником, 4-лучевым связником и кольцевидным фиброзным слоем с внутренней стороны связника в нижней области, где нет срастания пыльника и тычиночной нити; поверхность пыльцевого зерна – струйчатая (Anisimova, Shamrov, 2022a, b).

Как было отмечено в начале статьи, именно наличие возможной филогенетической близости родов Crassula и Kalanchoe побудило нас провести исследование пыльника у трех видов рода Crassula, для того чтобы выявить черты сходства и различия между этими родами.

У видов Crassula тычинка имеет короткую тычиночную нить, которая в базальной части не срастается с пыльником. К месту прикрепления на цветоложе тычиночная нить уплощается и расширяется. Однако на уровне вхождения в пыльник она сужается, принимая цилиндрическую форму. В центре тычиночной нити проходит проводящий пучок. Связник отличается расположением и строением. Прежде всего, он является эксцентричным и смещен из центрального положения в сторону абаксильных микроспорангиев. Ткани связника не развиваются между адаксиальными микроспорангиями, которые срастаются боковыми поверхностями. Специфичным является строение пыльника. особенно наличие клеток с фиброзными утолщениями. У видов Crassula они обнаружены не только в эндотеции, но и в клетках обкладки проводящего пучка связника. Число слоев клеток с фиброзными утолщениями и их расположение различаются у изученных видов. У C. ericoides они располагаются в один слой в виде кольца в той части пыльника, которая полностью срастается с тычиночной нитью. У C. intermedia и С. multicava здесь формируются 2–3 слоя. В части пыльника, свободной от тычиночной нити, у C. ericoides клетки с фиброзными утолщениями формируются только в эндотеции, а у других видов не только в эндотеции, но и в 2–3 нижележащих слоях связника.

У Kalanchoe пыльник имеет типичную форму в виде “бабочки”, при этом абаксиальные микроспорангии больше по размерам адаксиальных и широкой частью обращены наружу цветка. Связник и проводящий пучок располагаются в центре между микроспорангиями. Пыльник почти на всем протяжении срастается с тычиночной нитью, которая становится очень короткой в свободной части. Тычиночная нить становится широкой по мере приближения к цветоложу. Пыльник характеризуется надсвязником. У видов Kalanchoe фиброзные утолщения выявлены в субэпидермальном и третьем слоях связника только между абаксиальными микроспорангиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При рестриктазном анализе ДНК хлоропластов (ген mat K) в сем. Crassulaceae выделяются 7 клад, положение которых на древе семейства (от базальных до продвинутых) несколько различается по представлениям разных авторов: Crassula, Telephium, Sempervivum, Leucosedum, Acre, Aeonium, Kalanchoe (Mort et al., 2010) и Crassula, Kalanchoe, Telephium, Sempervivum, Aeonium, Leucosedum и Acre (Nikulin, Goncharov, 2017).

Проведенное исследование показало, что виды Crassula характеризуются рядом уникальных признаков. У них формируется эксцентричный связник, который смещен из центрального положения в сторону абаксильных микроспорангиев, при этом ткани связника не развиваются между адаксиальными микроспорангиями. В отличие от других изученных нами видов сем. Crassulaceae, у которых 2-слойными могут быть эндотеций или тапетум, либо формируются 2–3 средних слоя, стенка микроспорангия видов Crassula является 4-слойной и включает эпидерму, эндотеций, средний слой и тапетум и ее развитие осуществляется в рамках типовой вариации центробежного типа.

С другой стороны, в строении пыльника видов Crassula есть признаки, общие с видами Sedum (клады Acre, Telephium) и Aeonium (клада Aeonium) – наличие клеток с фиброзными утолщениями в части пыльника, свободной от тычиночной нити. Виды Crassula имеют также ряд общих черт в строении тычинки и пыльника с видами Kalanchoe – тычинка широкая в основании и узкая в месте срастания с пыльником, типичный париетальный тапетум без реорганизации. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что нужны дополнительные исследования и положение клады Crassula продолжает оставаться спорным на филогенетическом древе семейства Crassulaceae (Mort et al., 2010).