Учебный центр «Крисмас+»

Особенности анатомического строения представителей рода Марьянник
Автор: Штейн Ксения, 10 кл.,ГБОУ СОШ №1, г. Санкт-Петербург. Руководитель: Смирнов П.Д.

Растительный мир богат и разнообразен. Одной из отличительных особенностей организмов, относящихся к царству растения, является способность к фотосинтезу – образованию органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии солнечного света. Однако некоторым растениям для этого требуется получать дополнительные вещества, которых практически нет в почве. Таковыми являются насекомоядные и паразитические растения.
Одна из интереснейших групп растений – представители рода марьянник (Melampyrum L.), которые достаточно часто встречаются в наших лесах и ведут паразитный образ жизни, сохраняя при этом внешние признаки автотрофного организма.
Цель работы: выявление особенностей анатомического строения растений марьянника.
Задачи работы:
1. определить местообитания марьянников и выявить возможных хозяев этих растений;
2. исследовать взаимодействие паразитического растения с растением-хозяином;
3. проверить, образуют ли данные паразитные растения полноценные гаустории.
4. исследовать анатомическое строение листа паразитических растений в сравнении со свободноживущими родственниками.
Из литературы известны особенности анатомии и морфологии как паразитических, так и автотрофных растений. Однако в литературе отсутствуют системные данные по особенностям анатомо-морфологического строения растений семейства Scrophulariaceae.
Объекты исследования. Для исследования были использованы корни марьянника дубравного (Melampyrum nemorosum L.) и листья трех родов растений семейства норичниковые: львиного зева (Antirrhínum), льнянки (Linaria) и марьянника (Melampyrum nemorosum L. и Melampyrum pratense L).
Методы исследования. Вырезанные участки корней, содержащие гаустории, а также листья последовательно переносили в 80% спирт, затем в 90% спирт, затем в 96% спирт и, наконец, в 100% спирт. Время пребывания пробы в каждом веществе составляло 45 минут. Заспиртованные участки помещали в раствор спирта и вещества «Bioclear» (β-лимонен) в соотношении 3:1. По окончании насыщения растительный материал переносили в смесь спирта и «Bioclear» (соотношение 2:2), а затем в ещё более насыщенную смесь, с соотношением 1:3 и, наконец, в жидкий «Bioclear». Время пребывания в каждом растворе составляло также 45 минут.
Далее материал помещали в смесь «Bioclear» и «Histomix» (смесь парафинов), в которой около 80% составлял последний. В таком виде растительный материал был помещен в вытяжной шкаф на 2 суток, а затем в термостат на 5 суток. Описанная процедура называется гистологической «проводкой».
Полностью обезвоженный растительный материал был помещен в специальную форму и залит расплавленным парафином. Застывший растительный материал вырезали скальпелем до создания прямоугольных парафиновых пластинок, которые нарезали на микротоме.
Тончайшие пластинки воска размещали на слегка нагретом предметном стекле на капле воды, дожидались приклеивания препарата к нему, после чего осуществляли все указанные выше процедуры в обратном порядке («обратная проводка») с целью получения микроскопических препаратов. После окрашивали красителями: сафранином и алциановым синим и помещали под покровное стекло вместе с приклеивающей прозрачной смолой «Mowiol».
Результаты исследования. Анализ выкопанных из почвы корневых систем показал, что растения полупаразиты Melampyrum nemorosum L. образуют с корнями растений-хозяев особые утолщения, именуемые гаусториями, подобно облигатным паразитическим растениям.
Изучение микропрепаратов показало, что центральный цилиндр корня марьянника расположен в центральной части, однако для образования гаустория необходимо преодолеть пространство между эндодермой корня и его эпидермисом. Это расстояние заполнено паренхимными клетками. Во время исследования среза гаустории марьянника было обнаружено, что растение образует проводящие пучки уже на ранней стадии развития (рис. 1), ещё не контактируя с хозяином. Эти проводящие клетки формируются из паренхимных клеток и не являются истинно проводящими. Таким образом, марьянник формирует специализированный орган – гаусторий – ещё на ранней стадии развития.

Во время исследования анатомического строения листа львиного зева (Antirrhínum), было обнаружено 6 слоев парехимы, у льнянки (Linaria) (рис. 2), 5 слоев, а у марьянника (Melampyrum nemorosum) (рис. 3) – 4 слоя. Такое количество слоев является характерным для однолетних травянистых растений. Однако у льнянки и львиного зева межклетники слабо выражены, в то время как у марьянника они выражены более явно. Также у последнего более округлая столбчатая ткань. Можно предположить, что эти отличия связаны с переходом марьянника к паразитизму, так как паразиту нужно увеличивать испарение, чтобы более эффективно высасывать воду из хозяина.

Исследования надземной части (листьев) Melampyrum pratense L. показали ряд схожих черт со строением марьянника дубравного (рис. 4). Было обнаружено 4 слоя паренхимы, плохо выраженная столбчатая ткань и выраженные межклетники. И литературных данных известно, что существует 10 семейств, не образующих микоризу. Во время изучения среза корня марьянника, был обнаружен эндофитный мицелий, схожий с формируемым при образовании арбускулярной микоризы (рис. 5). Это явление представляет большой интерес т.к. в данном случае микоризу образует облигатный фитопаразит, что обнаружено впервые.

Выводы: 1. Растения Melampyrum nemorosum L. образуют гаустории с корнями растений-хозяев, причём марьянники, возможно, не обладают видовой специфичностью к хозяину.
2. Марьянник образует большое количество контактов с корнями растения-хозяина.
3. Уже на ранних стадиях развития в корнях марьянника формируется гаусторий, в формировании которого принимают участие паренхимные клетки корня.
4. Анатомическое строение листа марьянника сходно со свободноживущими представителями семейства норичниковые, но также имеет специфические черты, связанные с переходом к паразитизму.
5. Несмотря на облигатно-паразитический образ жизни, марьянник, по-видимому, может образовывать арбускулярную микоризу.
Источники информации в литературе:
1. Бейлин И. Г., Цветковые полупаразиты и паразиты, М., 1968
2. Горленко М. В., Краткий курс иммунитета растений к ин-фекционным болезням, 3 изд. М., 1973
3. Жук А. В., Морфогенез и происхождение гаусторий у ви-дов рода Cuscuta (Cuscutaceae), Ботан. Журн., 1997, т. 82, №5, с. 1-15.
4. Ройтман В. А., Беэр С. А. Паразитизм как форма симбиотических отношений — М.: Товарищество науч. изд. КМК, 2008. –309 с.
5. Всё о цветах лесов, полей и рек / Выпуск. ред. С. Ю. Раде-лов — СПб: ООО «СЗКЭО», 2008. — 224 с.
6. Паутов А. А. Морфология и анатомия вегетативных орга-нов растений, СПб, 2012. – 286 с.
См. также

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников X Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»