Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Из истории изучения секреторных структур цветковых растений
1.1 Нектарники 6
1.2 Осмофоры 17
1.3 Трихомы 21
1.4 Биохимия летучих пахучих веществ 31
1.5 Некоторые аспекты применения, генетики, биотехнологии 34
Глава 2. Материал и методика 36
Глава 3. Результаты исследований
3.1 Морфология, анатомия, цитология 43
3.2 Гистохимия и флуоресценция 99
Глава 4. Обсуждение результатов.
4.1 Нектарники 101
4.2 Осмофоры 110
4.3 Волоски - трихомы 114
4.4 Некоторые особенности ультраструктуры секреторных клеток цветка 127
4.5 Взаимодействия между секреторными структурами цветка 133
Выводы 137
Список литературы 139
Приложение 155
- Биохимия летучих пахучих веществ
- Некоторые аспекты применения, генетики, биотехнологии
- Морфология, анатомия, цитология
- Некоторые особенности ультраструктуры секреторных клеток цветка
Введение к работе
Изучение секреторных структур и образования секрета является весьма актуальным, так как продуцируемые растениями вещества не только играют важную роль в их жизнедеятельности, но и могут широко использоваться человеком. Изучение секреторных систем растений имеет давнюю историю. Начиная с работ Грю и Мальпиги, изучены различные аспекты топографии, происхождения, развития и физиологии секреторных клеток и систем у различных групп растений. Большинство работ посвящено секреторным структурам, связанным с вегетативными органами (слизевые ходы и железки, млечники, пищеварительные железки насекомоядных растений, эфирно-масляные волоски и железки, смоляные ходы, гидатоды, внецветковые нектарники). Существенно меньше внимания уделено изучению секреторных тканей цветка.
Как отметил А.Е. Васильев в работе 1977 года, весьма перспективным является метод электронной микроскопии в сочетании с методами цитохимии. Эта точка зрения не потеряла своей актуальности и сейчас. К секреторным тканям цветка можно отнести:
- нектарники,
- осмофоры,
- различные трихомы.
Все эти структуры так или иначе участвуют в процессах аттрактации, опыления, оплодотворения и развития зародыша. Представляет интерес сравнительное цитологическое изучение клеток, особенно на ультраструктурном уровне, а также сравнение механизмов выделения секрета и возможных путей их регуляции в разные периоды функционирования цветка.
Несмотря на давнюю историю (более 200 лет) изучения нектарников, как секреторных и морфологических частей цветка, и широкий круг рассматриваемых вопросов, большинство из них остаётся пока без ответа. Исследователи обычно охватывают ограниченное число семейств и небольшое число видов внутри семейств в качестве объектов изучения. Природа нектарников у многих представителей, как тропической флоры, так и средней полосы остаётся неизвестной, так как редко применяется сравнительно-анатомический и сравнительно-морфологический методы исследования, а тем более — изучение онтогенеза нектарников. Существует относительно немного работ с хорошими анатомическими иллюстрациями (Bonnier, 1878; Feldhofen, 1933; Карташова, 1965), но они затрагивают только отдельные виды в семействах. В физиологии нектарообразования и нектаровыделения не существует единой общепринятой концепции механизма этих процессов. Немногое известно о биологической роли нектарника как мультифункциональной структуре и взаимоотношениях в системе "нектарник-цветок-опылитель". Недостаточность знаний о нектарниках не позволяет широко использовать их особенности для изучения филогенетических отношений разных таксонов.
Продуцируемый растениями запах играет огромную роль в их жизни. Прежде всего это - привлечение опылителей - аттрактивная функция. Ее выполняют специализированные ткани - осмофоры, а также разнообразные железистые волоски и железки. Часто пахнет и сам нектар - первичный аттрактант. Вторая разновидность аттрактации - привлечение животных- защитников, например, муравьев, спасающих растение от «нектарных воришек» и тем самым способствующих благополучному опылению и диссеминации. Эту роль выполняют либо нецветковые нектарники, широко представленные, например, у рода Impatiens, либо железистые чешуйки и железки, например у представителей Bignoniaceae. Эти секреторные структуры располагаются в основном на черешках листьев, цветоножках и чашелистиках. Еще одна функция связана с отпугиванием травоядных животных и насекомых-вредителей. Роль репеллентов играют вещества, продуцируемые секреторными трихомами, которые могут находиться на разнообразных частях растения. Выделяемые растениями пахучие вещества (воздушный сигнал) выполняют функцию сигнала для соседних растений во время поражения их патогенами и тем самым позволяют другим особям подготовиться к инфекционной атаке, активировать их системы защиты (Dudareva, Pechersky, 2000).
Подробное рассмотрение таких структур и изучение их метаболитов началось сравнительно недавно. В последние время появился ряд работ, посвященный строению, секреции железистых волосков, но большей частью расположенных на вегетативных органах растений (Belmonte, 1986 и др.). Пристальный интерес к этой теме связан с тем, что трихомы синтезируют выделяют ряд веществ, интересных для человека в техническом и медицинском аспектах. Эти волоски играют разнообразную роль в жизни самого растения, но часто их значение не выяснено. Разнообразие функций и различия в составе секрета отражаются в разнообразном строении и путях выделения веществ. Возможность участия железок и волосков, например, в синтезе гормонов и фоторецепции (Данилова, Кашина, 1999) позволяет шире взглянуть на роль этих структур в жизни растения и возможности их применения в деятельности человека. Эти данные важны для решения вопросов, связанных с физиологией секреции. В семействе норичниковых многие растения известны своими лекарственными свойствами (Носаль, Носаль, 1958; Палов, 1998). В связи с этим особенный интерес представляет анализ продукции головчатых трихом. Изучение видов, синтезирующих и аккумулирующих летучие терпеноиды (масла), представляет большой интерес для развития некоторых отраслей промышленности.
Однако работы, отражающие строение и функционирование железистых трихом цветка, единичны, а терминология практически не разработана.
Классической работой, посвященной осмофорам, является работа Фогеля (Vogele, 1962), где предложены основные методы изучения и дана характеристика этой ткани на светооптическом уровне.
Последние работы, в частности, охватывающие и ультраструктурный уровень исследований, касаются только осмофоров орхидных (Curry, McDowell, 1991, Pridgeon, Stern, 1983).
В качестве объекта изучения нами было выбрано семейство Scrophulariaceae, которое занимает центральное положение в порядке Scrophulariales. Это семейство привлекло наше внимание потому, что его представители имеют различные типы цветков и, следовательно, различные способы аттрактации и типы опыления. Сведения о нектарниках представителей норичниковых немногочисленны, касаются небольшого числа видов и не всегда подкреплены иллюстративным материалом. Вопросы морфогенеза нектарников и их эволюции внутри семейства не освещены. В работах с применением сравнительно-морфологического метода (Pennell, 1935; Карлова, 1975) и сравнительно-эмбриологического метода (Афанасьева, 1960; 1976; Карлова, 1975) о нектарниках вообще не упоминается.
Следует отметить, что такие важные структуры цветка как трихомы и осмофоры в семействе не изучены.
Цель данного исследования состояла в изучении морфологического и анатомического строения, цитологических особенностей секреторных структур цветка представителей семейства Scrophulariaceae в сравнительно-морфологическом и онтогенетическом плане. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1) изучить морфологию секреторных структур и выявить ткани осмофоров в цветках представителей семейства Scrophulariaceae;
2) изучить анатомическое строение секреторных структур цветка представителей семейства Scrophulariaceae;
3) исследовать морфогенез нектарников, осмофоров и трихом цветка некоторых представителей семейства Scrophulariaceae;
4) изучить ультраструктуру секреторных структур представителей исследуемого семейства на разных стадиях их развития и в разном функциональном состоянии;
5) выявить разнообразие и осуществить попытку классификации секреторных структур цветка представителей семейства Scrophulariaceae;
6) определить возможные механизмы секреции, установить дополнительные функции и выявить тенденции эволюции секреторной системы цветка в целом, а также изучить биологическую роль нектарников, осмофоров и трихом как единой функциональной системы аттрактации у представителей семейства Scrophulariaceae.
Биохимия летучих пахучих веществ
Биологическая адаптация осуществляется на всех уровнях - от морфологического до биохимического. Выявлена функциональная коэволюция различных признаков в пределах синдромов опыления (например, Леонтьева, 2000; Девятов, Королькова, Леонтьева, 2004). Нектарник является одним из важнейших составляющих в системе адаптации к определенному синдрому опыления и разделению близкородственных видов. Например, у Petunia существуют ночные (P. axillaris) и дневные (Р. integrifolia) виды. Они характеризуются различиями в цвете лепестков, форме венчика, а также количестве нектара, его составе и аромате. В этом аспекте рассматривается секреция нектара, метаболизм сахара и работа ферментов, дифференцирующих пути синтеза составляющих нектара (Stuurman et al., 2004).
Одна из относительно больших недавних работ посвящена анализу корреляции состава нектара и типа опыления у орнитофильных растений (Nicolson, 2002). Изучение биохимии нектара связано с изучением ферментативной активности некоторых его составляющих и возможность перехода в мед этих веществ (Peumans, Smeets et al., 1997).
Совершенно новый раздел посвящен генетике и биотехнологии (Carter, Grahan, Thornburg 1999; Baum , Eshed, Bowman 2001; Stuurman et al., 2004 и др.).
Описан ген ABC, который дает потенциальную «свободу» развитию нектарника. Несколько ступеней регуляции работы генов являются определяющими для организации и локализации нектарника в разных таксонах. Отбор того или иного типа регуляции происходит благодаря взаимодействию с опылителями. Под вопросом остается, что именно и как влияет на специфику нектарника (Baum, Eshed, Bowman 2001). Описаны и изучены другие гены, экспрессирующиеся в активном нектарнике, регуляция метаболизма, гены, регулирующие развитие этой лабильной структуры (Ge YX, Angenent et al., 2000).
Описаны белки, специфичные для нектара, нектарника, их особенности и возможные функции (Bowman, Smyth, 1999; Song, Seo, Song, Lee, Choi, 2000), например, Nectarin I (Carter, Grahan, Thornburg, 1999). Его экспрессия ограничивается нектарником, меньше его в завязи, следовые количества найдены также в других тканях. Его выделение регулируется в зависимости от фазы развития цветка и нектарника. В нектарнике он обнаруживается, только когда активно секретируется нектар.
Работы последних лет мало затрагивают вопросы природы нектарников во многих семействах, мультифункциональность и смену функций нектарника в онто- и филогенезе.
Перспективным представляется дальнейшие изучение реабсорбции части веществ нектара, его роль в созревании плодов и семян и, как следствие, возможность управления этим процессом, что могло бы пригодиться в практике для повышения урожайности ряда сельскохозяйственных культур. Особенно интересным нам кажется изучение нектарника как элемента системы аттрактации в совокупности со всей структурой цветка и типом опыления. Возможно, эти исследования помогут пролить свет на эволюцию функций нектарников, их происхождение в разных группах растений и помогут в построении естественной филогенетической системы покрытосеменных растений. Изучение генной регуляции секреции так же видится очень перспективным для управления процессом нектарообразования у медоносных культур и внедрения, возможно, модифицированного нектара (обогащенного полезными аминокислотами и т. д.) в различные области питания, медицины и косметологии.
Для попытки проанализировать строение нектарника и его связь с другими элементами цветка нами было выбрано семейство Scrophulariaceae. В этом семействе встречаются различные типы цветков (от актино- до зигоморфных), различные синдромы опыления и различные типы опыления, не всегда соответствующие синдрому. Отдельные сведения по анатомии и морфологии нектарников представителей норичниковых имеются в работах ряда авторов.
Еще Пейе (Payer, 1857) изучив, развитие цветка Veronica speciosa, указал на наличие так называемого диска, который является производным основания завязи. Г. Боннье (Bonnier, 1879) исследовал нектарники представителей шести родов. Он описал их как хорошо развитые зигоморфные диски, приуроченные к завязи. Нектар выделяется через устьица, а у видов рода Veronica - через папиллы (волоски). В секреторную ткань заходят проводящие пучки. Фельдховен (Feldhofen, 1933) считал, что представители подсемейства Pseudosolanoideae (Wettstein, 1895) не имеют нектарников, a Anthirrhinoideae обладает хорошо развитым нектарным диском в основании завязи.
Б.М. Козо-Полянский (1946) отмечал наличие нектарных железок в основании тычиночной нити у рода Penstemon Mitch. В работе Р. Стро (Straw, 1956) изучены цветки нескольких видов рода Penstemon. Рассмотрено строение, механизм опыления, система аттрактации. Первичным аттрактантом является нектар, вторичными - запах, окраска. Нектарники -эпистаминальные, из волосков, похожих на те, что покрывают другие части растения. Стаминодии участвуют в опылении, предотвращении самоопыления и защите от неспециализированных опылителей. Большинство цветков не пахнут (являются орнитофильными), но, например, рассмотренный цветок P. palmeri с волосистым стаминодием — пахнет. Таким образом, мы выдвигаем предположение о том, что стаминодии, покрытые волосками в цветках Penstemon могут выполнять роль осмофоров (Леонтьева, 2001). A.M. Кулиев (1960) дал краткие описания нектарников 7 видов семейства, в основном повторяя предыдущих авторов. Он также отмечает отсутствие нектарных устьиц у Scrophularia nodosa L. Н.Н. Карташова (1965), исследуя проводящую систему 8-ми видов, относит их к трем группам по составу проводящих пучков: 1. Нектарник без проводящей ткани (Paulownia imperialis). 2. Нектарник с полными проводящими пучками из элементов протофлоэмы и ксилемы {Melampyrum pratense). 3. Нектарник с проводящим пучком из протофлоэмы {Antirrhinum majus, Digitalis purpurea, Linaria vulgaris, Rhinanthus montanus, Scrophularia nodosa, Veronica longifolid). В последней группе у всех видов Н.Н. Карташова отмечает наличие устьиц в эпидермисе. По ее классификации, нектарник норичниковых является сложной эмергенцией, возникающей при делении клеток эпидермиса и субэпидермального слоя. Он развивается на нескольких плодолистиках, образующих синкарпную верхнюю завязь и имеет вид кольца. Н.Е. Швецова и Л.Ф. Харитонова (1989), описав морфологию нектарников 15-ти видов, предлагают использовать ее в качестве дополнительного диагностического признака внутри семейства. На основании морфологического сходства нектарника они предлагают перенести роды Digitalis L. и Veronica L. из подсемейства Rhinantoideae (Takhtajan, 1997) в подсемейство Scrophularioideae.
Л. Галетто (Galetto, 1995 b) исследовал нектарники четырех видов южноамериканских норичниковых (Agalinis genistifolia, A. rigida, Maurandella antirrhinifolia, Mimulus luteus), он описал их приуроченность к завязи, отметил наличие устьиц и отсутствие собственной проводящей системы, а также преобладание Сахаров в продуцируемом нектаре.
Недавно для Linaria vulgaris описано явление реабсорбция — процесс, тоже требующий затраты энергии. Реабсорбированные вещества транспортируются в другие, распускающиеся цветки соцветия (Nepi et al., 2003). В этой же работе рассмотрено опыление в связи с составом нектара и роль нектарных воришек.
Некоторые аспекты применения, генетики, биотехнологии
Основу пахучих секретов составляют различные терпены (Рощина, 1989). Выделяют несколько классов этих соединений: 1) монотерпены - летучие - гераниол, лимонен, ментол, камфора, альфа-кинен + циклические монотерпены, 2) сесквитерпены, которые играют меньшую роль в создании запаха, 3) гормоны - абсцизовая кислота, гиббереловая кислота, стероиды, ферменты синтезирующие терпены, борнилпирофосфат циклаза. Их синтез идет в пластидах, лейкопластах амебоидной формы, в которых отсутствуют внутренние мембраны и рибосомы. Фермент гидроксиметилглутарил-Ко-А-синтетаза, участвующий в синтезе терпенов, находится в АЭР, мембранах митохондрий и пластид. Источником для синтеза, например, монотерпенов служит изопентилфосфат. По другой классификации (Vainstein, Lewinson, Pichersky, Weiss 2001), большинство самых распространенных пахнущих компонентов принадлежат следующим трем главным классам: 1) фенилпропаноиды (включая бензоидные соединения), 2) производные жирных кислот 3) терпеноиды Составляющие пахучих веществ - это спирты с короткой цепочкой, альдегиды, образующиеся в результате деградации фосфолипидов и жирных кислот в результате работы липооксидаз, пероксидаз, изомераз и других ферментов. Сесквитерпены синтезируются в цитозоле, монотерпены в пластидах. Используя метод меченых антител, было показано (Turner, Gershenzon, Nielson, Froehlich, Croteau, 1999), что в железистых волосках синтез монотерпенов происходит в лейкопластах, дальнейшие их превращения происходят в цитозоле. Описана (Heinrih, Pfeifhofer, Stabentheiner, Sawidis, 2002) положительная корреляция между количеством лейкопластов и содержанием монотерпенов в эфирном масле. Локализация синтеза монотерпенов в амебоидных лейкопластах экспериментально подтверждена синтезом немодифицированных монотерпенов изолированными лейкопластами (Turner, Gershenzon, Croteau, 2000). Локализация большинства фенолпропаноидов и бензоидов пока не известна, но, скорее всего в цитозоле и, возможно, в пероксисомах. Многие ферменты биосинтеза флавоноидов и фенилпропаноидов обнаружены в ЭПР (Turner, Gershenzon, Croteau, 2000). Основные ферменты, осуществляющие конечные этапы синтеза пахучих веществ - метилтрансферазы и ацетилтрансферазы. Метилтрансферазы используют SAM как донор метила. ВЕАТ-ацетилтрансфераза использует ацетил-КоА как донор ацетилов (Dudareva, Pechersky, 2000).
В основном это приятные для человеческого обоняния запахи, имеющие биотехнологический потенциал или уже нашедшие применение в косметике, парфюмерии, медицине. Однако среди них есть такие, которые мы не воспринимаем, но их чувствуют насекомые. Эти соединения ждут подробного изучения и возможного применения.
Наши знания о синтезе и локализации летучих пахучих веществ значительно расширены в течение последних 15 лет благодаря применению простых, чувствительных методов, например, газовой хроматографии, спектрометрии (Dudareva, Pichersky, Gershenzon, 2004). Исследованные соединения являются в основном, липофильными продуктами с молекулярными массами около 300 кДа. Почти все эти вещества выделены из вегетативных органов (некоторые даже из корней), а также цветков.
Происходит синтез летучих веществ в эпидермальных клетках, откуда они могут легко выделяться в атмосферу (или ризосферу). Или в железистых трихомах (например, мяте, Artemisia annua, Ocimum basilicum и др.). В цветках есть специализированные оформленные и не оформленные структуры для секреции запаха. Их работа скоординирована с ритмикой цветения.
Основной прогресс в изучении этих соединений, как в других областях биологии, связан с использованием молекулярных и биохимических методов. Описано много генов, кодирующих энзимы различных этапов биосинтеза летучих пахучих соединений. Именно выделение и характеристика генов ответственных за образование летучих составов, облегчили исследование различных путей биосинтеза, что дало возможность предложить модели их регуляции. Установлена положительная корреляция между количеством мРНК, количеством белка, активностью ферментов и эмиссией. Эмиссия запаха регулируется уровнем мРНК в месте секреции. Пахучие компоненты синтезируются в клетках эпидермиса лепестков де ново когда раскрываются бутоны.
При этом ген, ответственный за синтез специфических ферментов в биосинтезе запаха, кодирует катализаторы в биосинтезе лигнина. Небольшие изменения его работы приводят к синтезу другого энзима. Эти гены принадлежат к числу кодирующих ацетилтрансферазы - энзимы, участвующие в продукции вторичных метаболитов.
Исследователи считают (Dudareva, Pechersky, 2000), что возникновение путей синтеза пахучих веществ (и их разнообразие) связано с изменением регуляции путей вторичного метаболизма в растениях. Все многообразие запахов базируется на различной регуляции небольшого числа генов. Таким образом «старые» гены могут быть вовлечены в создание новых запахов. Изменения в работе ферментов, ответственных за заключительные этапы биосинтеза, происходит параллельно с изменением экспрессии соответствующих структурных генов, что подтверждает основную регуляцию на посттрансляционном уровне. Уровень ферментов, ответственных за конечные этапы биосинтеза конкретного летучего соединения - не единственный ограничивающий показатель. Регуляция синтеза также включает количество поступающего в секреторные клетки предшественника. Предшественниками часто служат гликозиды (Dudareva, Pechersky, 2000). В случае ферментов, которые способны использовать несколько аналогичных субстратов, как, например, SAMT и ацилтрансферазы, именно их количество влияет на тип конечного секрета. Роль предшественника в регуляции биосинтеза летучих пахучих составов также недавно была подтверждена методами генной инженерии. Когда ген линалоолсинтетазы был введен в составе вируса мозаики цветной капусты в петунию, различия по сумме синтезированного органами линалоол или гликозида больше зависело от доступа в ткани и количества предшественника для их синтеза, чем от экспрессии гена линалоолсинтетазы. Итак, можно выделить несколько путей регуляции биосинтеза эфирных масел: 1) изменение конфигурации и активности ферментов (посттрансляционный уровень) 2) изменение количества ферментов (за счет изменения экспрессии генов, транскрипционный уровень) 3) качественное и количественное изменение секрета в зависимости от поступающего в секреторные клетки субстрата. Максимальная эмиссия летучих составов в течение дня или ночи совпадает с пищевой активностью потенциальных опылителей. Таким образом, она управляется длиной светового дня и циркадными ритмами. На количество и качество продукции эфирных масел, а также на процесс их выделения могут существенно влиять такие факторы окружающей среды, как, например, свет, температура и влажность. Кроме того, опыление уменьшает эмиссию пахучих соединений. Этот спад начинается после того, как пыльцевые трубки достигнут завязи.
Морфология, анатомия, цитология
В бутоне перед открытием плотная цитоплазма занимает пристеночное положение. Стандартные митохондрии и пластиды с маленькими крахмальными зернами. АГ активный, окрашивается проционовыми красителями (рис. 51 Г), также много окрашенных ими же везикул, что показывает присутствие в них белков и углеводов (гидроксильные остатки). Темный хлопьевидный материал в периплазматическом пространстве, вдоль всей клетки. В цитоплазме и в вакуолях встречаются одиночные осмиофильные включения.
Эпидермальные клетки сильно вакуолизированы, вакуоли занимают большую часть объема клетки. Цитоплазма прозрачная, плотная только в клетках устьица. Крупные ядра с диффузным хроматином. Активные ядрышки с несколькими ФЦ. Плазмалемма формирует извитой контур, содержимое периплазматического пространства. Секрет на поверхности эпидермальных клеток тонкозернистый.
Многочисленные митохондрии и ГЭР. Появляются многочисленные везикулы. Происходит увеличение в размерах митохондрий и амилопластов. Особенно крупные пластиды с крупными крахмальными зернами в клетках нектарного устьица (рис.50 А, Б)
Секреторная паренхима. Цитоплазма средней электронной плотности, много свободных рибосом. Клетки связаны многочисленными плазмодесмами. Лейкопласты с крахмальными зернами. Эти зерна потом частично разрушаются с образованием вакуолей в строме. Митохондрии стандартные: светлый матрикс, немногочисленные кристы, иногда встречаются одиночные осмиофильные глобулы. Расположены вблизи пластид и ГЭР. Много отдельных профилей ГЭР вдоль клеточной стенки и в целом по периферии клетки.
Диктиосомы АГ. Много, одно- и двухмембранные пузырьков, разного размера, крупные с темным содержимым по периферии, продукт АГ. Многочисленные межклетники с темным тонкозернистым и хлопьевидным содержимым. Пластиды окружают ядро, стандартного вида, вытянуто-овальной формы, развитая система тилакоидов, но не гран, осмиофильные включения разного размера округлые, в некоторых пластидах тилакоиды немного расширенные. Вакуоли занимают примерно 1\2 объема клетки, иногда в них тонко зернистое содержимое. В вакуоль тоже отчленяются маленькие пузырьки и выпячивания цитоплазмы. Крупное ядро занимает центральное положение в клетке. Контур кариолеммы - извитой. Хроматин диффузный, отдельные глыбки конденсированного хроматина находятся по периферии. Ядрышки в количестве одного-трех с вакуолями. Могут быть разной степени компактизации, может быть плотным, может диффузным. ЯАХ соединяет ядрышки с кариолеммой. Четко различимы ФК и ГК. Гетерогенные ФЦ. В конце цветения происходит сегрегация ядрышка -отделение ФК и ГК (рис. 54 Б, В). ГК приобретает диффузное строение. Подстилающая паренхима. Клетки крупнее клеток эпидермы и секреторной паренхимы. Многочисленные плазмодесмы. Меньше межклетников и амилопластов по сравнению с секреторной паренхимой. После активной секреции нектара наблюдается явная аутофагическая активность центральной вакуоли в тканях. Проводящий пучок - протофлоэма. Клетки протофлоэмной паренхимы богаты митохондриями и рибосомами. Клетки вытянутые, по ультраструктуре почти не отличаются от секреторных. Но цитоплазма плотнее, темнее, ядра вытянутые, в клетках спутницах много митохондрий, ситовидные трубки с темным содержимым по периферии и мембранными образованиями, осмиофильными глобулами. Активный АГ в клетках спутниках. В клетках секреторных рядом строение аналогичное. Встречаются черные включения в цитоплазме Спутники крупнее ситовидных элементов, но меньше секреторных, с протуберанцами клеточной стенки. Паренхимные клетки с крупной вакуолью и более плотной цитоплазмой. Подходит к секреторной паренхиме, немного в нее заходит. Плотная цитоплазма (рис. 53 В, Г). Мало вакуолизированы. Многочисленные митохондрии. Выпячивания клеточной стенки образуют протуберанцы. Соседние клетки паренхимы богаты митохондриями, диктиосомами АГ, ЭПР. H. - слабо выраженный асимметричный светло-зеленый валик в основании завязи (рис. 66 А, Б). Ткань н. потно срастается с завязью. Маленький выступ н. обращен в сторону шпорца. Эпидерма сложена мелкими изодиаметрическими с поверхности клетками со слабо струйчатой поверхностью. В эпидерме (особенно по краю выступа) расположены слабо выступающие устьица. Строение секреторной ткани (10 слоев) и паренхимы н. сходно с вышеописанными видами. Проводящих пучков н. не имеет. Строение аналогично нектарной ткани в бутоне (см. предыдущие виды). Плотная цитоплазма, многочисленные митохондрии и амилопласты с крахмалом. Крупные ядра с диффузным хроматином и глыбками конденсированного хроматина по периферии. Ядра имеют сильно извитой контур (рис.70). Содержат по 1-2 крупных активных ядрышка с несколькими ФЦ. Начинается вакуолизация, слияние мелких вакуолей в крупную центральную. Цитоплазма светлеет, плотная цитоплазма остается только в устьичных клетках. Количество крахмальных зерен в пластидах уменьшается. Крупные составные крахмальные зернасохраняются в открытом цветке только в клетках устьица (рис. 68 А, Б). В цитоплазме этих клеток крупные липидные капли. В подустьичной полости - темное плотное тонкозернистое содержимое.
В клетках секреторной ткани светлая цитоплазма, много ГЭР, митохондрий с расширенными кристами и просветленным матриксом, активные диктиосомы АГ (рис.69 Ж). Много окаймленных и простых пузырьков. Пластиды без крахмала, с развитой системой тилакоидов. В периплазматическом пространстве и цитоплазме встречаются черные гранулы. Ядра крупные хромоцентрические, имеют извитой контур, по периферии сконцентрирован конденсированный гетерохроматин. Крупные ядрышки с несколькими гетерогенными ФЦ. Клетки соединены многочисленными плазмодесмами (рис. 69 В). После секреции в клетках начинается автолиз протопласта. Н. - асимметричный валик (рис. 78\1, 78А), повторяющий по форме зигоморфное строение венчика. Поверхность завязи плавно переходит в поверхность н.; в отличие от завязи, н. лишен опушения (рис. 78 А). Завязь густо покрыта длинными головчатыми волосками (рис. 78\2, 78А), среди них встречаются волоски с короткой ножкой. Нектарник является производным завязи, его ткань плотно срастается с ней. Эпидермальные клетки на срезе прямоугольные по форме, на их уровне располагаются устьица, их замыкающие клетки крупнее соседних эпидермальных. Большинство устьиц приурочено к выступающим частям нектарного валика. Строение эпидермы и секреторной ткани сходно с описанными выше видами. Протофлоэмный проводящий пучок входит в паренхиму нектарника.
Строение губы аналогично вышеописанным видам. Поверхность губы покрыта булавовидными (см. обзор литературы рис. 1) волосками с гофрированной поверхностью.
Некоторые особенности ультраструктуры секреторных клеток цветка
Волосок образуется из инициальной клетки эпидермы нектарника, закладываются меристема нектарника и, соответственно, волосок, очень рано (рис. 118).. Инициальная клетка (рис. 123) содержит крупную вакуоль в базальной части, а в апикальной - крупное ядро, многочисленные митохондрии, пластиды и несколько маленьких вакуолей. Клетка папилловидной формы с волнистым контуром наружной поверхности. В базальной части клетки расположена вакуоль, в центральной - крупное ядро. Диффузное ядро с глыбками конденсированного хроматина по периферии и крупным ФЦ в центре ядрышка. Клеточная стенка светлая, четкого разделения на зоны-слои не наблюдается. Тонкая кутикула черная осмиофильная. Зернистая цитоплазма с мелкими вакуолями и ортодоксальными митохондриями в апикальной части. Пластиды с крахмалом в основании клетки и липидными капелями по периферии клетки вблизи клеточной стенки. Начинается формирование волоска с того, что инициальная клетка вытягивается, делится периклинально. Затем нижняя клетка становится базальной, а вторая снова делится периклинально. Получившаяся в результате нижняя клетка снова делится периклинально и образует многоклеточную ножку. Верхняя апикальная клетка увеличивается в размере, приобретает специфические черты и становится клеткой-головкой. Плазмодесмы соединяют эту клетку с нижележащей клеткой ножки. Пластиды теряют крахмальные зерна, в них обнаруживаются мелкие липидные капли и осмиофильные гранулы. Такие же гранулы обнаружены и в периплазматическом пространстве клетки-головки и клетках ножки (следующей за головкой). В ней же находятся мультивезикулярные тела и включения неправильной формы. В цитоплазме клетки-головки находятся маленькие липидные капли, профили ГЭР, митохондрии. Кутикула светлая, в клеточной стенке выделяются два слоя - внутренний светлый и наружный темный, расслаивающийся. На верхушке головки клеточная стенка толстая -три слоя - нижний гомогенный светлый, средний диффузный, еще светлее, фибриллярный и верхний темный плотный. Кутикула однослойная, плотно прилегает к оболочке.
Образование вздутия на верхушке головки и субкутикулярной полости начинается с отслоения кутикулы и тонкого наружного слоя клеточной стенки. Этот процесс сопровождается расслоением подстилающей стенки, начиная с боковых участков вздутия. Постепенно структура приобретает линзовидную форму. Образовавшуюся полость пронизывают тонкие фибриллы, тянущиеся за отошедшей оболочкой, ее внешний слой в этом месте расслаивается, становится диффузным. Приподнятая кутикула пронизана дендритами. Продолжается встраивание в нее глобул (везикул с липофильным содержимым), по плотности таких же, как кутикула - за их счет идет рост кутикулы и начинается трансмиссия веществ. Мелкие глобулы имеют тонкую черную кайму. Стенка под центром вздутия со стороны цитоплазмы уплотнена, а над этим уплотнением она чуть светлее и диффузнее. В сформировавшемся вздутии внешняя оболочка это тонкая, светлая гомогенная кутикула. Полость увеличивается. Она заполнена тонкозернистым почти гомогенным веществом и крупными, неправильной формы липофильными включениями. По латеральной клеточной стенке в полость идет частичный транспорт секретируемых веществ и\или их предшественников. В этих слоях оболочки (частично расслоенной) находятся небольшие включения неправильной формы, по плотности и цвету идентичные липофильным образованиям в полости. Они транспортируются между фибриллами в матриксе по боковым клеточным стенкам и аккумулируются в полости. В итоге полость заполнена гетерогенным содержимым: липофильным неровных очертаний и прозрачными участками гидрофильного компонента. Гетерогенность состава свидетельствует о преобразовании выделяющегося секрета. Далее происходит истончение кутикулы, почти до полного исчезновения, появляются образования типа пор. После секреции кутикула вдавливается, полость с остатками фибриллярных структур сжимается. рисунок 124 а — Отслоение кутикулы и тонкого наружного слоя клеточной стенки. Начало расслоения стенки под вздутием и немного с боков. Структура приобретает линзовидную форму. Образовавшуюся полость пронизывают тонкие фибриллы, тянущиеся за отошедшей оболочкой, внешний ее слой в этом месте расслаивается, становится диффузным. Приподнятая кутикула пронизана дендритами. Встраивание в нее глобул (везикул с липофильным содержимым), по плотности таких же, как кутикула - за их счет идет рост кутикулы и начинается трансмиссия веществ. Глобулки имеют тонкую черную кайму. б - Увеличение фибрилл в полости. В боках вздутия, сходящих на нет -темная фибриллярная масса. Стенка под центром со стороны цитоплазмы уплотнена, а над этим уплотнением она чуть светлее и диффузнее, формирует небольшой «пьедестал». Внешняя оболочка — светлая кутикула, гомогенная, тонкая, по ней липофильный неровный слой чуть темнее из глобул сформировался, под ним осмиофильная прослойка фибриллярная. В полости зернистость и тонкие фибриллы образуют пронизывающие тяжи. в - Истоньчение кутикулы, почти до полного исчезновения. Увеличение полости. Она заполнена тонкозернистым почти гомогенным веществом и крупными, неправильной формы липофильными (темнее кутикулы) включениями. От них отходят тонкие нити. Эти структуры формируются, по-видимому, в результате слияния глобул-везикул. Подстилающая стенка диффузная. Линзовидное вздутие неоднородно - светлее в центре, а с боков идет частичный транспорт секретируемых веществ и\или их предшественников. В этих слоях оболочки (частично расслоенной) находятся включения небольшие неправильной формы, по плотности и цвету идентичные липофильным образованиям в полости. Они транспортируются между фибриллами в матриксе по боковым клеточным стенкам и конденсируются в полости вздутия. Возможно, эти вещества представляют собой гликолипиды. в-г — Субкутикулярная полость в апикльной части головки на предсекреторной стадии содержит липидоподобный и фибриллярный материал. Полость заполнена гетерогенным содержимым: липофильным неровных очертаний и раздичных оттенков (разное состояние секрета) и прозрачными участками гидрофильного компонента. Есть сетчатая структура -пронизывает всю полость — производное верхнего слоя клеточной стенки. Гетерогенность состава свидетельствует о преобразовании выделяющегося секрета. В секреторных клетках увеличивается число лейкопластов, появляются пластоглобулы. Клетка ножки: в пластидах - проламеллярные тела, формируются пластоглобулы, окруженные производными внутренних мембран пластиды. В периферической цитоплазме обнаружены липидные тела - сферосомы в конце секреции. г - Тонкие фибриллы с глыбками (структура типа бус) по длине пронизывают субкутикулярную полость. В кутикуле и неровном изнутри слое оболочки появляются образования типа пор (стрелка). Такое впечатление, что эти фибриллы идут от внешнего слоя оболочки, подстилающей полость, и скорее всего пектиновой природы. Со стороны цитоплазмы много встраивающихся везикул, вакуолей в плазмалемму. д - сильное уплотнение содержимого в полости субкутикулярного вздутия, плотная цитоплазма, вакуоли с тонко-хлопьевидным содержимым. е - Деградация протопласта.
