Структура индивидуальной изменчивости морфологических признаков пыльцы рода Physalis L. (Solanaceae) и способы ее интерпретации (генезис или морфоз)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью светового и электронного сканирующего микроскопов исследована морфология пыльцевых зерен в образцах 42 видов рода Physalis L. Пыльца морфологически достаточно единообразна. Внутриродовые подгруппы (подроды и секции) хотя и неоднородны по признакам морфологии пыльцы, но провести границы между ними не удается, поскольку одни и те же варианты признаков встречаются в разных подродах и секциях. Обнаруженные с помощью сканирующего электронного микроскопа детали скульптуры являются хорошими дополнительными признаками для характеристики некоторых видов. Пыльца P. alkekengi, выделяемого иногда в монотипный подрод Physalis или отдельный род, слабо отличается от всех остальных физалисов бугорчато-шипиковатой скульптурой. В образцах 19 видов (44% изученных) обнаружены разнообразные редкие формы пыльцы, отклоняющиеся от типичной по числу и расположению апертур. На примере морфологических признаков пыльцы рода Physalis и других неродственных таксонов описаны свойства полной индивидуальной изменчивости гаметофитного поколения как экстремальной модели (обладающей максимальной полнотой при минимальной сложности) для изучения свойств изменчивости. Дано нетипологическое описание и интерпретация наблюдаемых свойств индивидуальной морфологической изменчивости. Описанные собственные свойства изменчивости (непрерывность, транзитивная упорядоченность, параллелизм) полностью не предусмотрены в типологическом и филогенетическом подходе, в котором родо-видовая дискретно-иерархическая упорядоченность биоразнообразия считается универсальной. Описанные свойства изменчивости показывают, что при бесполом размножении в гаметофитном поколении пыльцы происходит не наследование предкового типа организации, а с определенной частотой в поколении (при отсутствии генетической изменчивости) возникают морфозы (перерождение формы – ненаследуемая, но регулярно возникающая изменчивость), которые складываются в ряды метаморфозов. В полном поколении генеалогической линии (все потомки одного предка) наблюдается не генезис формы (возникновение одной формы из другой), а морфоз (перерождение формы, изменение родовых признаков, архетипа, схемы тела, без изменения видовых признаков). Индивидуальная изменчивость может быть описана как метаморфоз, текучесть индивидуальной формы по И. В. Гете (полные наборы морфозов, складывающиеся в непрерывные и последовательные морфологические ряды живых тел между различными типичными формами), или неопределенность дискретных форм в непрерывном ряду изменчивости.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Е. Пожидаев

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pae62@mail.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197376

В. В. Григорьева

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Email: mikhailov_val@mail.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197376

А. Н. Семенов

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Email: grigorieva@binran.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197376

Список литературы

  1. Айрапетян А.М., 1991. Апертурный полиморфизм пыльцы у вида Physalis maxima L. (Solanaceae) // Флора, растительность и растительные ресурсы Армении. Вып. 13. С. 107–115.
  2. Айрапетян А.М., 2002. Палинологические данные к подсемейству Solanoideae (Solanaceae Juss.): триба Solaneae // Флора, растительность и растительные ресурсы Армении. Т. 14. С. 118–130.
  3. Бергсон А., 1999. Творческая эволюция. Материя и память. Минск: Харвест. 1408 с.
  4. Гете И.В., 2014. Научные сочинения. Т. 1. Образование и преобразование органических существ (морфология). М.: КМК. 696 с.
  5. Григорьева В.В., Брицкий Д.А., Коробков А.А., 2018. Морфология пыльцевых зерен видов рода Artemisia (Asteraceae) Дальнего Востока России // Бот. журн. Т. 103. № 10. С. 1255–1264. https://doi.org/10.7868/S0006813618100046
  6. Григорьева В.В., Пожидаев А.Е., Семенов А.Н., Брицкий Д.А., 2019. Морфологическая изменчивость пыльцы представителей рода Nicotiana (Solanaceae) // Бот. журн. Т. 104. № 6. С. 900–917. https://doi.org/10.1134/S0006813619060061
  7. Кренке Н.П., 1933–1935. Феногенетическая изменчивость // Сборник работ отделения фитоморфогенеза. Т. I. М.: Изд. Биол. ин-та им. Тимирязева. С. 11–415.
  8. Куприянова Л.А., Алешина Л.А., 1967. Палинологическая терминология покрытосеменных растений. Л.: Наука. 84 с.
  9. Любищев А.А., 1982. Проблемы формы, систематики и эволюции организмов. М.: Наука. 376 с.
  10. Мейен С.В., 1978. Основные аспекты типологии организмов // Журн. общ. биологии. Т. 39. № 4. С. 495–508.
  11. Павлинов И.Я., 2023. Проблема вида в биологии. Истоки и современность. М.: Т-во науч. изд. КМК. 216 с.
  12. Пожидаев A.E., 1989. Структура экзины пыльцевых зерен представителей сем. Lamiaceae // Бот. журн. Т. 74. № 10. С. 1410–1422.
  13. Пожидаев А.Е., 2009. Структура многообразия морфологического признака на примере расположения апертур пыльцы цветковых и естественная упорядоченность биологического многообразия. Или – что такое многообразие (описание и интерпретация) // Вид и видообразование. Анализ новых взглядов и тенденций. Тр. ЗИН РАН. Приложение № 1. М.: КМК. C. 151–182.
  14. Пожидаев А.Е., 2015. Рефренная структура биологического многообразия и теория филогенеза // Палеоботанический временник. Т. 2. С. 115–127.
  15. Пожидаев А.Е., Григорьева В.В., Семенов А.Н., 2023. Структура естественной изменчивости палиноморфологических признаков на примере некоторых видов Nierenbergia и Bouchetia (Solanaceae) и естественная система биомногообразия // Журн. общ. биологии. Т. 84. № 4. С. 279–295. https://doi.org/10.31857/S0044459623040061
  16. Пожидаев А.Е., Григорьева В.В., Семенов А.Н., 2024. Структура индивидуальной изменчивости палиноморфологических признаков рода Cestrum (Solanaceae Juss.). Типичная форма и отклонения (морфозы) // Журн. общ. биологии. Т. 85. № 3. С. 207–229.
  17. Пожидаев А.Е., Петрова Н.В., 2022. Структура изменчивости палиноморфологических признаков внутри рода Galeopsis l. Hjl. (Lamiaceae) и за его пределами в связи с идеей дивергентной морфологической эволюции // Журн. общ. биологии. Т. 83. № 3. С. 151–169. https://doi.org/10.31857/S004445962203006X
  18. Телицына И.В., Григорьева В.В., Пожидаев А.Е., Гаврилова О.А., Шванова В.В., 2019. Морфология пыльцевых зерен некоторых видов рода Polygala (Polygalaceae) флоры Кавказа // Бот. журн. Т. 104. № 7. С. 1110–1121. https://doi.org/10.1134/S0006813619050168
  19. Свасьян К.А., 2001. Философское мировоззрение Гете. М.: Evidentis. 219 с.
  20. Сладков А.Н., 1967. Введение в спорово-пыльцевой анализ. М.: Наука. 275 с.
  21. Чайковский Ю.В., 2004. О природе случайности. М.: Центр системных исследований. 280 с.
  22. Чайковский Ю.В., 2018. Автопоэз. Опыт пособия тем, кто хочет понять эволюцию живого. М.: КМК. 560 с.
  23. Шелудякова М.Б., Григорьева В.В., Пожидаев А.Е., 2017. Морфология пыльцевых зерен представителей рода Scrophularia (Scrophulariaceae) // Бот. журн. Т. 102. № 3. С. 361–379.
  24. Airapetyan A.M., 2008. Features of the exine ornamentation of pollen grains in the family Solanaceae Juss. I. The simple types of ornamentation // Nat. Sci. V. 2. № 11. P. 46–50.
  25. Albert B., Matamoro-Vidal A., Prieu C., Nadot S., Till-Bottraud I., et al., 2022. A review of the developmental processes and selective pressures shaping aperture pattern in angiosperms // Plants. V. 11. Art. 357. https://doi.org/10.3390/plants11030357
  26. Blackmore S., Crane P.R., 1998. The evolution of apertures in the spores and pollen grains of embryophytes // Reproductive Biology / Eds Owens S.J., Rudall P.J. Kew: Royal Botanic Gardens. P. 159–180.
  27. Campo M., van, 1976. Patterns of pollen morphological variation within taxa // The Evolutionary Significance of the Exine / Eds Ferguson I.K., Muller J. L.: Academic Press. P. 125–137.
  28. Cope E.D., 1896. Primary Factors of Organic Evolution. Chicago: Open Court. 547 p.
  29. D’Arcy W.G., 1991. The Solanaceae since 1976, with a review of its biogeography // Solanaceae II. Taxonomy, Chemistry, Evolution / Eds Hawkes J.G., Lester R.N., Nee M., Estrada N. Kew: Royal Botanic Gardens. P. 75–138.
  30. Dajoz I., Till-Bottraud I., Gouyn P.H., 1993. Pollen aperture polymorphism and gametophyte performance in Viola diersifolia // Evolution. V. 47. № 4. P. 1080–1093.
  31. Gavrilova O., Britski D., Grigorieva V., Tarasevich V., Pozhidaev A., Leunova V., 2018. Morphology of pollen of representatives of the genus Euonymus (Celastraceae) // Turczaninowia. Т. 21. № 4. С. 188–206.
  32. Erdtman G., 1952. Pollen Morphology and Taxonomy: Angiosperms. Stockholm: Almquist and Wiksell. 539 p.
  33. Estrada E., Martínez M., 1998. Physalis (Solanaceae) and allied genera: Tzeltalia, a new genus from the highlannds of southern Mexico and northwestern Guatemala // Brittonia. V. 50. № 3. P. 285–295.
  34. Feng S., Jiang M., Shi Y., Jiao K., Shen C., et al., 2016. Application of the ribosomal DNA ITS2 region of Physalis (Solanaceae): DNA barcoding and phylogenetic study // Front. Plant Sci. V. 7. Art. 1047. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01047
  35. Ferguson M.C., Coolidge E.B., 1932. A cytological and a genetical study of Petunia. IV. Pollen grains and method of studying them // Am. J. Bot. V. 19. № 7. Р. 644–658.
  36. Hendrych R., 1989. Physalis alkekengi in Europa und in der Tschechoslowakei besonders // Acta Univ. Corolinae. Biol. V. 33. P. 1–42.
  37. Henry D.R., 1958. Morphological studies of diploid and autotetraploid plants of Physalis pruinosa L. PhD Thesis. Ohio. 90 p.
  38. Hofmann C.-C., Zetter R., 2007. Upper Cretaceous pollen flora from the Vilui Basin, Siberia: Circumpolar and endemic Aquilapollenites, Manicorpus and Azonia species // Grana. V. 46. P. 227–249.
  39. In Memoriam. С.В. Мейен: палеоботаник, эволюционист, мыслитель, 2007. М.: ГЕОС. 348 с.
  40. Laws H.M., 1965. Pollen grain morphology of polyploid Oenotheras // J. Heredity. V. 56. № 1. Р. 18–21.
  41. Martínez M., 1998. Revision of Physalis section Epeteiorhiza // Anales Inst. Biol. Univ. Nac. Autón. México. Bot. V. 69. № 2. P. 71–117.
  42. Martínez M., 1999. Infrageneric taxonomy of Physalis // Solanaceae IV: Advances in Biology and Utilization. Kew: Royal Botanic Gardens. P. 275–283.
  43. Meyen S.V., 1973. Plant morphology in its nomothetical aspects // Bot. Rev. V. 39. № 3. P. 205–260.
  44. Murry L.E., Eshbaugh W.H., 1971. A polynological study of the Solaninae (Solanaceae) // Grana. V. 11. № 2. P. 65–78.
  45. Najčevska C.M., Speckmann G.J., 1968. Nambers of chloroplasts and pollen grain pores in diploid and tetraploid varieties of some Trifolium species // Euphytica. V. 17. № 3. P. 357–362.
  46. Olmstead R.G., Bohs L., Migid H.A., Santiago-Valentin E., Garcia V.F., Collier S.M., 2008. A molecular phylogeny of the Solanaceae // Taxon. V. 57. P. 1159–1181.
  47. Perveen A., Qaiser M., 2007. Pollen morphology of family Solanaceae from Pakistan // Pak. J. Bot. V. 39. № 7. P. 2243–2256.
  48. Pozhidaev A.E., 1992. The origin of three- and sixcolpate pollen grains in the Lamiaceae // Grana. V. 31. № 1. P. 49–52.
  49. Pozhidaev A.E., 1993. Polymorphism of pollen in the genus Acer (Aceraceae). Isomorphism of deviant forms of angiosperm pollen // Grana. V. 32. № 2. P. 79–85. https://doi.org/10.1080/00173139309429457
  50. Pozhidaev A.E., 1995. Pollen morphology of the genus Aesculus (Hippocastanaceae). Patterns in the variety of morphological characteristics // Grana. V. 34. № 1. P. 10–20. https://doi.org/10.1080/00173139509429028
  51. Pozhidaev A.E., 1998. Hypothetical way of pollen aperture patterning. 1. Formation of 3-colpate patterns and endoaperture geometry // Rev. Palaeobot. Palynol. V. 104. № 1. P. 67–83. https://doi.org/10.1016/S0034-6667(98)00045-1
  52. Pozhidaev A.E., 2000a. Hypothetical way of pollen aperture patterning. 2. Formation of polycolpate patterns and pseudoaperture geometry // Rev. Palaeobot. Palynol. V. 109. P. 235–254. https://doi.org/10.1016/s0034-6667(99)00057-3
  53. Pozhidaev A.E., 2000b. Pollen variety and aperture patterning // Pollen and Spores: Morphology and Biology. Kew: Royal Botanic Gardens. P. 205–225.
  54. Pozhidaev A.E., 2002. Hypothetical way of pollen aperture patterning. 3. A family-based study of Krameriaceae // Rev. Palaeobot. Palynol. V. 127. № 1. P. 1–23. https://doi.org/10.1016/S0046667(02)00251-8
  55. Rydberg P.A., 1896. The North American species of Physalis and related genera // Mem. Torrey Bot. Club. V. 4. P. 297–372.
  56. Shishova M., Puzanskiy R., Gavrilova O., Kurbanniazov S., Demchenko K., et al., 2019. Metabolic alterations in male-sterile potato as compared to male-fertile // Metabolites. V. 9. № 2. Art. 24. https://doi.org/10.3390/metabo9020024
  57. Simpson B.B., 1989. Krameriaceae // Flora Neotropica. V. 49. № 4. P. 1–109.
  58. Till-Bottraud I., Mignot A., Paepe R., de, Dajoz I., 1995. Pollen heteromorphism in Nicotiana tabacum (Solanaceae) // Am. J. Bot. V. 82. № 8. P. 1040–1048.
  59. Walker J.W., Doyle J.A., 1975. The bases of angeosperms phylogeny: Palynology // Ann. Miss. Bot. Gard. V. 62. № 3. P. 664–723. https://doi.org/10.2307/2395271
  60. Wang R., 2014. A new combination in Alkekengi (Solanaceae) for the Flora China // Phytotaxa. V. 178. № 1. P. 59–60.
  61. Whitson M., Manos P.S., 2005. Untangling Physalis (Solanaceae) from the physaloids: A two-gene phylogeny of the Physalinae // Syst. Bot. V. 30. № 1. P. 216–230. https://doi.org/10.1600/0363644053661841
  62. Zamora-Tavares M., Martínez M., Magallón M., Guzmán-Dávalos L., Vargas-Ponce O., 2016. Physalis and physaloids: A recent and complex evolutionary history // Mol. Phylogen. Evol. V. 100. № 7. P. 41–50.
  63. Zhang Z.-Y., Lu A.-M., 1995. Pollen morphology of Physalis (Solanaceae) in China and its systematic significance // Cathaya. V. 7. P. 63–74.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Морфология типичной пыльцы представителей р. Physalis (СМ, СЭМ): а–д – P. alkekengi; д’ – P. glabripes; е–к – P. lobata; л–п – P. lanceifolia; п' – P. acuminata. а, в, е, з, л, н – вид с полюса; б, г, ж, и, м, о – вид с экватора; д, д’, к, п, п’ – скульптура поверхности (СЭМ). а, б, е, ж, л, м – СМ; в–д, д’, з–к, н–п, п’ – СЭМ. Для каждого пыльцевого зерна показан верхний и нижний фокус (CМ). Масштабные линейки, мкм: а–г, е–и, л–о – 10; д, д’, к, п, п’ – 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфология типичной пыльцы представителей р. Physalis (СМ, СЭМ): а–д – P. pruinosa; е–к – P. ixocarpa; л–п – P. angustifolia. а, в, е, з, л, н – вид с полюса; б, г, ж, и, м, о – вид с экватора; д, к, п – скульптура поверхности (СЭМ). а, б, е, ж, л, м – СМ; в–д, з–к, н–п – СЭМ. Для каждого пыльцевого зерна показан верхний и нижний фокус (CМ). Масштабные линейки, мкм: а–г, е–и, л–о – 10; д, к, п – 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Морфология типичной пыльцы представителей р. Physalis (СМ, СЭМ): а–д – P. parviflora; д’ – P. nicandroides; е–к – P. missouriensis; л–п – P. lagascae. а, в, е, з, л, н – вид с полюса; б, г, ж, и, м, о – вид с экватора; д, д’, к, п – скульптура поверхности (СЭМ). а, б, е, ж, л, м – СМ; в–д, д’, з–к, н–п – СЭМ. Для каждого пыльцевого зерна показан верхний и нижний фокус (CМ). Масштабные линейки, мкм: а–г, е–и, л–о – 10; д, д’, к, п – 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Отклоняющиеся формы расположения апертур пыльцы р. Physalis (СМ): а, е, ж – P. gracilis; б–д – P. virginiana; з, к, п, т – P. adulterina; и – P. subintegra; л, н, у – P. macrophysa; м – P. angustifola; о – P. angulata; р – P. parviflora; с – P. сinerascens; ф – P. mollis. а – форма А; б – форма В; в, г – форма Г; д – форма Д (типичная Т); е – форма Б; ж – форма Ж (слитно-апертурная, tennis ball-форма); з, и, л – форма Ж (раздельно апертурная W-форма); м – форма З; н, п, р – форма И; о – форма Е; с – форма Л; т – форма М; у, ф – отклоняющееся 3-кольпоратное пыльцевое зерно со скошенным расположением эндоапертур. Б, В, Г, З, Л – промежуточные формы расположения апертур. Буквенные обозначения форм см. на рис. 5. Для каждого пыльцевого зерна показан верхний и нижний фокус (СМ). Масштабные линейки – 10 мкм.

Скачать (604KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематическое изображение многообразия форм пыльцы р. Physalis и периодическая структура упорядоченности многообразия форм пыльцы цветковых. a – Схематическое изображение многообразия форм пыльцы р. Physalis (А–М многообразие форм пыльцы первого периода, Т – типичные пыльцевые зерна); уменьшенные изображения внизу справа от форм Г, Д, Ж, И, К и М показывают эти же формы в другой проекции. б – Распределение встречаемости форм пыльцы по числу видов р. Physalis (высотой столбцов и цифрами у каждой формы на диаграмме обозначено число видов, в которых обнаружена указанная форма).

Скачать (294KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Параллелизм типичной и отклоняющихся форм пыльцы некоторых таксонов цветковых. а–в – Krameria secundiflora DC.; г – K. grayi Rose; д–ж – K. cistoides Hook.; з – K. ramosissima S. Wats; и – K. erecta Willd. ex Shultes; к – K. parviflora Benth (Krameriaceae); л – Acer maybei Maxim. (Sapindaceae); м – Eupomatia laurina R. Br. (Eupomatiaceae); н – Scutallaria dubia Taliev et Schirj. (Lamiaceae); о – Acer davidii Franch. (Sapindaceae); п – Monstera deliciosa Liebm. (Araceae); р – Pedicularis peduncularis Popov (Scrophulariaceae); с – Alsodeia echinocarpa Korth. (Violaceae); т, у – Acanthosyris falcata Griseb. (Santalaceae); ф – Euphorbia leptocaula Boiss.; х – E. saravschanica Regel (Euphorbiaceae); ц – Eugenia luzonensis Snerr. (Myrtaceae). а–и, м, п, р – типичные пыльцевые зерна (обозначены буквой Т в верхнем правом углу); к, л, н, о, с–ц – атипичные формы пыльцы. а–в – 3-кольпатная форма Д; г–ж – акольпатная-3-оровая форма Д; з, и – акольпатная, эндоапертура формы А; к – акольпатная, эндоапертура формы Ж (tennis ball-форма); з, и, м–р – форма А; к, л – форма Ж (tennis ball-форма); с–ц – форма Е (с, т – правый вариант; х, ц – левый вариант). Буквенные обозначения форм см. на рис. 5. а–в – типичная пыльца р. Krameria (Krameriaceae) с экзоапертурами; г–ж – без экзоапертур. а, г, д, з, с, т, х, ц – СМ; б, в, е, ж, и–р, у, ф – СЭМ. Для каждого пыльцевого зерна показан верхний и нижний фокус (СМ). Масштабные линейки – 10 мкм.

Скачать (760KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024