Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КЛЕТОК ЛИСТА ЭЛОДЕИ (ELODEA СANADENSIS MICHX.)

Буданцев А.Ю., Корнилова О.В.
Приведены результаты микроморфометрического анализа клеток листовой пластинки элодеи (Elodea сanadensis Michx.): площадь клеток верхней и нижней поверхности листовой пластинки, линейные размеры этих клеток (ширина, длина, высота) и краевых шиповидных клеток. Измерены площади и линейные размеры клеток на поперечных срезах листа и непосредственно на целой листовой пластинке in situ.
морфология растительных клеток
геометрия мезофилла

Элодея относится к однодольным, покрытосемянным, водным растениям сем. Водокрасовых (Hydrocharitaceae). В центральной России, включая Московскую область, широко представлен вид Elodea canadensis Michx. (Anacharis canadensis Planch.) в реках, озерах и прудах [1, 3]. Лист элодеи является классическим объектом для образовательных целей. На этом объекте школьники и студенты изучают строение живой растительной клетки, круговое движение цитоплазмы и хлоропластов, упаковку клеток в мезофилле листа и др. [4, 6]. В последние годы Элодея широко используется как биотест в экологическом мониторинге загрязнений водоемов в основном тяжелыми металлами и радионуклидами [2, 10]. Кроме этого, элодея входит в состав водных биоценозов гидрофитов и учитывается при описании флористического состава различных территорий.

В этой связи морфометрическая характеристика листовой пластинки элодеи в норме и при действии различных загрязнителей водной среды имеет значение для развития системы экологических биотестов и использования как морфологического параметра в систематике рода Элодеи.

В данной работе представлены результаты измерения основных морфометрических параметров клеток листовой пластинки Elodea canadensis Michx.

Материал и методы исследования

Морфометрический анатомический анализ листьев проводился под микроскопом МБС-10 с цифровой камерой Canon A-350. Поперечные срезы изготавливались вручную без фиксации и дополнительных окрасок. Микроморфология листовой пластинки изучалась под инвертированным микроскопом Olympus XI, имеющим на выходном оптическом порте цифровую камеру Olympus-330. Для регистрации движения цитоплазмы в клетках мезофилла использовалась установка, состоящая из микроскопа Olympus XI, 3-х матричного видекамкордера HD GY101 (фирма JVC, Япония) и проточной микрокамеры [7]. Кадры из фильмов захватывались при помощи платы и программы Pinnacle Studio v.9.

Для окончательной подготовки фотографий и микроморфометрического анализа использовались программы Photoshop 7.0, CorelDRAW v.11.633, PhotoM v.1.21(http://t_lambda.chat.ru) и ImageTool v.2.0. Статистический анализ данных проводился с использованием программы Statistica v.6.0

Результаты исследования и их обсуждение

1. Общее описание морфологии листовой пластинки Элодеи

В многочисленных статьях имеется морфологическое описание Elodea сanadensis. Общеизвестно, что Элодея имеет разветвленные стебли, которые могут быть закреплены на дне водоемов, но легко обрываются или обламываются, продолжая свое развитие в свободно плавающем состоянии. Листья Элодеи мелкие, сидячие, линейно-ланцетные с одной центральной жилкой, расположены на стеблях ложными мутовками, по 3-5 листьев в мутовке. Край листа содержит шиповидные зубцы, кончики которых направлены к вершине листовой пластинки. Самые молодые листья находятся на вершине веточек элодеи, содержат клетки, стенки которых тонкие и плотно контактируют друг с другом. Клетки заполнены цитоплазмой, содержат крупное ядро и хлоропласты. В более старых клетках сильно развита вакуоль, размеры хлоропластов увеличиваются [4, 6 и др.].

2. Размеры листовой пластинки

В табл. 1 представлены основные размеры листовой пластинки. Клетки мезофилла тянуться рядами вдоль центральной жилки, в «молодых» листьях таких рядов на верхней поверхности листа 15-20, у «зрелых» - 30-50. В центральной жилке количество продольных рядов клеток колеблется от 4 до 6. Клетки мезофилла и центральной жилки содержат большое число хлоропластов, которые совершают активное круговое движение вокруг центральной вакуоли. Край листа покрыт шиповидными зубцами, состоящими из одной - двух клеток.

Таблица 1

Морфометрические параметры листовой пластинки Элодеи

 

Длина листа, мм

Ширина листа**, мм

Площадь, мм2

«Зрелый» лист*

16,3 ± 0,1

3,8 ± 0,04

51,7 ± 0,3

«Молодой» лист

5,5 ± 0,1

1,6 ± 0,1

7,3 ± 0,1

Примечания:

* - «зрелый» лист - на расстоянии 3-4 см от верхушки побега; «молодой» лист из самой верхушки побега; ** - ширина в середине листовой пластинки; n = 10.

3. Морфометрическая характеристика клеток мезофилла

На рис. 1 представлена панорамная фотография половины верхней поверхности листовой пластинки Элодеи. Видно, что клетки верхнего слоя листовой пластинки расположены рядами, параллельно центральной жилки (таких рядов на рис. 1 - 37). Более крупные клетки лежат около центральной жилке и их площадь уменьшается ближе к краю листа. Результаты измерения площадей и линейных размеров клеток в разных зонах листовой пластинки приведены в табл. 2.

На рис. 2 представлена аналогичная панорама нижнего слоя, состоящего из рядов более мелких клеток (60 рядов). На фотографии видно, что под одной клеткой верхнего слоя клеток находится в среднем 2 слоя нижних клеток. В табл. 2 приведены результаты микрометрического анализа площади клеток нижнего слоя клеток в разных зонах листовой пластинки.

Таблица 2

Размеры клеток верхней и нижней поверхности листовой пластинки
Элодеи (рис. 1 и 2)

Клетки листовой пластинки

Размеры клеток в плоскости листа

Ширина, мкм, (n = 10)

Длина, мкм, (n = 10)

Площадь, мкм2, (n)

Верхние клетки

ЦЖ*

33,0 ± 2,3

143,5 ± 7,8

4660,8 ± 306,2 (10)

Зона 1

59,0 ± 1,7

119,3 ± 8,5

6722,6 ± 571,6 (13)

Зона 2

52,3 ± 1,5

114,3 ± 6,0

5411,5 ± 295,8 (20)

Зона 3

49,9 ± 1,3

104,3 ± 5,7

4442,0 ± 198,0 (43)

Зона 4

45,3 ± 1,0

90,1 ± 5,9

3584,2 ± 144,4 (45)

Нижние клетки

ЦЖ

30,6 ± 1,1

112,7 ±  8,4

2957,9 ± 148,0 (21)

Зона 1

24,9 ± 1,1

90,9 ±  3,0

1987,4 ± 65,3 (55)

Зона 2

21,6 ± 0,9

91,1 ±  3,7

1651,3 ± 72,0 (53)

Зона 3

23,0 ± 0,7

73,6 ± 5,2

1596,1 ± 70,7 (50)

Шиповидные клетки по краю листа

Зубцы

   

2914,6 ± 133,4 (13)

Базальные клетки

   

1225,3 ± 190,0 (7)

Примечание: * ЦЖ - центральная жилка.

1

Рис. 1. Панорамная фотография половинки листа Элодеи. Верхняя поверхность. Об.20х

2

Рис. 2. Панорамная фотография половинки листа Элодеи. Нижняя поверхность. Об.20х

4. Поперечный срез листовой пластинки

Мезофилл листа элодеи, как указано выше, состоит из двух слоев клеток, отличающихся размерами. На рис. 3 показана контурная карта поперечного среза листа. Размеры площадей клеток и линейные размеры клеток приведены табл. 3.

3

Рис. 3. Контурная карта поперечного среза листа Элодеи:
а - г, последовательные части панорамы поперечного среза листа

Таблица 3

Площади клеток верхнего, нижнего слоя клеток листовой пластинки и центральной жилки на поперечном срезе листа (номера клеток соответствуют рис. 3)

Номер клетки

Зоны клеток

Ширина, мкм

Высота, мкм

Площадь, мкм2

Верхний слой клеток

1*-5*, 11*

ЦЖ

29,2 ± 2,5 (6)

34,0 ± 2,3(6)

927,8 ± 116,0 (6)

1-5

1 зона

49,3 ± 5,8 (5)

60,3 ± 3,1(5)

2629,1 ± 387,4 (5)

6-11

2 зона

49,4 ± 3,8 (6)

58,0 ± 1,2(6)

2607,5 ± 165,4 (6)

12-25

3 зона

40,5 ± 1,8 (14)

55,0 ± 1,6(14)

1970,3 ± 121,4 (14)

26-40

4 зона

29,1 ± 2,4 (15)

36,5 ± 2,0(15)

1040,4 ± 122,9 (15)

Нижний слой клеток

6*-10*

ЦЖ

35,0 ± 3,1 (5)

37,4 ± 3,0(5)

1166,9 ± 169,9 (5)

1-16 **

1 зона

25,0 ± 1,6 (8)

27,9 ± 2,3(8)

576,3 ± 49,0 (16)

17-41

2 зона

22,6 ± 1,2 (13)

18,5 ± 1,0 (13)

388,9 ± 28,0 (26)

42-68

3 зона

21,4 ± 0,8 (13)

18,1 ± 0,9(13)

337,5 ± 18,5 (26)

Примечания: * - номера клеток центральной жилки; ** - ширина и высота клеток измерялись в нечетных клетках

Заключение

Клетки листовой пластинки в составе целого листа Элодеи представляют традиционный объект для изучения морфологии и физиологии растительных клеток in vivo. Особое отношение к клеткам листа Элодеи объясняются классическим круговым движением цитоплазмы клеток, скорость которого можно наблюдать и измерять по движению хлоропластов. Движение цитоплазмы является чрезвычайно чувствительным к различным физическим и химическим воздействиям и поэтому может использоваться как биотест в клеточной токсикологии. Кроме этого, лист Элодеи может с успехом использоваться для изучения динамики морфологических изменений растительных клеток при использовании химических фиксаторов, динамики взаимодействия клеток с прижизненными красителями и др. Все морфометрические характеристики, приведенные в данной работе, получены при анализе клеток с активным круговым движением цитоплазмы. Сегодня остается справедливым утверждение Дж. Бэйкера, высказанное им почти сорок лет назад: «...Имеется только один реальный возможный критерий, по которому можно определить: имеется ли изображение, которое мы видим в микроскопе хорошим отражением того, что существует в живой клетке? Этим критерием является сравнение с живой клеткой...» [5]. Живые клетки листьев Элодеи in situ входят в список цитологических объектов для изучения ряда фундаментальных проблем клеточной морфологии и физиологии [8, 9] и для решения практических задач экологического биомониторинга (см. например, [2]). Морфометрические характеристики клеток листовой пластинки Элодеи будут полезны для развития работ в указанных направлениях.

Дополнительные материалы к данной статье изложены в http://cam.psn.ru.

Работа выполнена на средства гранта РФФИ № 07-04-00510.

Список литературы

  1. Ворошилов В.Н., Скворцов А.К., Тихомиров В.Н. Определитель растений Московской области. - М.: Наука, 1966. - С. 61-62.
  2. Ипатова В.И., Дмитриева А.Г. Оценка токсичности тяжелых металлов с использованием высших водных растений // Экологические системы и приборы. - 2009. - №1. - С. 59-62.
  3. Цвелев Н.Н. Семейство водокрасовые (Hydrocharitaceae) // Жизнь растений; под ред. А.Л.Тахтаджян. - М.: Просвещение. 1982. - С. 17-24.
  4. Ченцов Ю.С. (ред.) Практикум по цитологии. - М.: Изд-во Московского государственного университета, 1988. - С. 25-29.
  5. Bakеr J.R. Cуtological Technique. - London: Mеthuen. 1966. - P. 19-155.
  6. Braune W., Leman A., Taubert H. Pflanzenantomisches praktikum. - Jena: VEB Gustav Fischer Verlag. - 1967. - P. 60, 67-68.
  7. Budantsev A.Yu. Microchambers for inverted micro-scopes // Biotechnic and Histochemistry. - 2007. - Vol. 82, №4-5. - P. 263-266.
  8. Mersey B., МсCully M.E. Monitoring of thе сoursе of fixation of plant сеlls// Journal of Microscopу. - 1978. - Vol. 114, Pt. 1. - Р. 49-76.
  9. O´Brien T.P., McCully M.E. The study of plant structure principles and selected methods. - Melbourne: Blackwell Sci.Publ., 1981. - Р. 4.19-4.36.
  10. Olette R., Couderchet M., Biagianti S., Eullaffroy P. Toxicity and removal of pesticides by selected aquatic plants // Chemosphere. - 2008. - Vol. 70, №8. - Р. 1414-1421.

Рецензенты:

Рощина В.В., д.б.н., ведущий научный сотрудник Учреждения РАН Института биофизики клетки, г. Пущино;

Мошков Д.А., д.б.н., профессор, зав. лабораторией Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино.


Библиографическая ссылка

Буданцев А.Ю., Корнилова О.В. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КЛЕТОК ЛИСТА ЭЛОДЕИ (ELODEA СANADENSIS MICHX.) // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 7. – С. 192-195;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=26756 (дата обращения: 21.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074