Железистые трихомы листьев и цветков у трех видов Pelargonium (Geraniaceae)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследовано опушение вегетативных и репродуктивных органов у трех видов рода Pelargonium ( Geraniaceae ): P . odoratissimum , P . exstipulatum и P. vitifolium . У всех изученных растений на поверхности присутствуют железистые трихомы (ЖТ) и простые волоски. В работе изучен характер опушения листьев, цветоножек, чашелистиков и завязей, морфология и анатомия ЖТ, динамика частоты встречаемости трихом при формировании листа, а также межвидовые различия этих признаков. Железистые трихомы формируются лишь на начальном этапе растяжения листовой пластинки. Наибольшая частота их встречаемости характерна для P . odoratissimum . Выделено пять типов ЖТ, различающихся строением, размерами и числом клеток. Впервые обнаружено формирование железистых трихом с многорядной ножкой. Наиболее распространенными являются трихомы 1-го типа. Каждый из изученных видов Pelargonium обладает специфическим сочетанием типов трихом. Наибольшее разнообразие ЖТ характерно для растений P. exstipulatum , наименьшее – для P. vitifolium . Полученные данные о межвидовых различиях секреторных структур на поверхности листьев и элементов цветка могут быть использованы в таксономических целях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

У. А. Рябуха

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: URyabukha@binran.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

Л. Е. Муравник

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Email: URyabukha@binran.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

Список литературы

  1. Abbas F., Ke Y., Yu R., Yue Y., Amanullah S., Jahangir M.M., Fan Y. 2017. Volatile terpenoids: multiple functions, biosynthesis, modulation and manipulation by genetic engineering. – Planta. 246 (5): 803–816. h ttps://doi.org/10.1007/s00425-017-2749-x
  2. Aedo C. 2012. Revision of Geranium (Geraniaceae) in the New World. – Syst. Bot. Monographs. 95: 1–550.
  3. Aedo C., García M.Á., Alarcón M.L., Aldasoro J.J., Navarro C. 2007. Taxonomic revision of Geranium subsect. Mediterranea (Geraniaceae). – Syst. Bot. 32 (1): 93–128.
  4. Agren J., Schemske D.W. 1994. Evolution of trichome number in a naturalized population of Brassica rapa . – Am. Nat. 143 (1): 1–13.
  5. Arshad M., Silvestre J., Merlina G., Dumat C., Pinelli E., Kallerhoff J. 2011. Thidiazuron-induced shoot organogenesis from mature leaf explants of scented Pelargonium capitatum cultivars. – Plant Cell Tiss. Org. Cult. 108 (2): 315–322. h ttps://doi.org/10.1007/s11240-011-0045-1
  6. Babosha A.V., Ryabchenko A.S., Kumachova T.K. 2023. Micromorphology of the Leaf Epidermis Surface in Some Pyrinae Species (Rosaceae). – Bot. Zhurn. 108 (1): 23–36. h ttps://doi.org/10.31857/s0006813623010027
  7. Barhoumi Z., Djebali W., Abdelly C., Chaibi W., Smaoui A. 2008. Ultrastructure of Aeluropus littoralis leaf salt glands under NaCl stress. – Protoplasma. 233 (3–4): 195–202. h ttps://doi.org/10.1007/s00709-008-0003-x
  8. Bautista M., Madrigal-Santillan E., Morales-Gonzalez A., Gayosso-De-Lucio J.A., Madrigal-Bujaidar E., Chamorro-Cevallos G., Alvarez-Gonzalez I., Benedi J., Aguilar-Faisal J.L., Morales-Gonzalez J.A. 2015. An alternative hepatoprotective and antioxidant agent: the Geranium . – Afr. J. Tradit. Complement. Altern. Med. 12 (4). h ttps://doi.org/10.4314/ajtcam.v12i4.15
  9. Bergman M.E., Chavez A., Ferrer A., Phillips M.A. 2020. Distinct metabolic pathways drive monoterpenoid biosynthesis in a natural population of Pelargonium graveolens . – J. Exp. Bot. 71 (1): 258–271. h ttps://doi.org/10.1093/jxb/erz397
  10. Boukhatem M.N., Kameli A., Saidi F. 2013. Essential oil of Algerian rose-scented geranium ( Pelargonium graveolens ): Chemical composition and antimicrobial activity against food spoilage pathogens. – Food Control. 34 (1): 208–213. h ttps://doi.org/10.1016/j.foodcont.2013.03.045
  11. Boukhris M., Ben Nasri-Ayachi M., Mezghani I., Bouaziz M., Boukhris M., Sayadi S. 2013. Trichomes morphology, structure and essential oils of Pelargonium graveolens L’Hér. (Geraniaceae). – Ind. Crops Prod. 50: 604–610. h ttps://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.08.029
  12. Bussmann R.W., Glenn A., Sharon D., Chait G., Díaz D., Pourmand K., Jonat B., Somogy S., Guardado G., Aguirre C. 2011. Antibacterial activity of northern Peruvian medicinal plants. – Ethnobot. Res. Appl. 9: 67–96.
  13. Bussmann R.W., Sharon D. 2006. Traditional medicinal plant use in Loja province, Southern Ecuador. – J. Ethnobiol. Ethnomed. 2: 44. h ttps://doi.org/10.1186/1746-4269-2-44
  14. Ćavar S., Maksimović M. 2012. Antioxidant activity of essential oil and aqueous extract of Pelargonium graveolens L’Her. – Food Control. 23 (1): 263–267. h ttps://doi.org/10.1016/j.foodcont.2011.07.031
  15. Chen X., Wegner L.H., Gul B., Yu M., Shabala S. 2023. Dealing with extremes: insights into development and operation of salt bladders and glands. – Crit. Rev. Plant Sci. 43 (3): 158–170. h ttps://doi.org/10.1080/07352689.2023.2285536
  16. Cho B.-S., Ko K.-N., Kim E.-S. 1999. Ultrastructural study of glandular trichomes in Pelargonium peltatum . – Appl. Microsc. 29 (1): 125–136.
  17. Dudareva N., Pichersky E. 2000. Biochemical and molecular genetic aspects of floral scents. – Plant Physiol. 122 (3): 627–633.
  18. Duke S., Canel C., Rimando A., Telle M., Duke M., Paul R. 2000. Current and potential exploitation of plant glandular trichome productivity. – Adv. Bot. Res. 31: 121–151. h ttps://doi.org/10.1016/S0065-2296(00)31008-4
  19. Eiasu B.K., Steyn J.M., Soundy P. 2012. Physiomorphological response of rose-scented geranium ( Pelargonium spp.) to irrigation frequency. – S. Afr. J. Bot. 78: 96– 103. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2011.05.013
  20. El Aanachi S., Gali L., Nacer S.N., Bensouici C., Dari K., Aassila H. 2020. Phenolic contents and in vitro investigation of the antioxidant, enzyme inhibitory, photoprotective, and antimicrobial effects of the organic extracts of Pelargonium graveolens growing in Morocco. – Biocatal. Agric. Biotechnol. 29: 101819.
  21. Ercil D., Kaloga M., Radtke O.A., Sakar M.K., Kiderlen A.F., Kolodziej H. 2005. O-galloyl flavonoids from Geranium pyrenaicum and their in vitro antileishmanial activity. – Turk. J. Chem. 29 (4): 437–443.
  22. Fahn A. 1988. Secretory tissues in vascular plants. – New Phytol. 108: 229–257.
  23. Feng Z., Bartholomew E.S., Liu Z., Cui Y., Dong Y., Li S., Wu H., Ren H., Liu X. 2021. Glandular trichomes: new focus on horticultural crops. – Hortic. Res. 8 (1): 158. h ttps://doi.org/10.1038/s41438-021-00592-1
  24. Fiz O., Vargas P., Alarcón M.L., Aldasoro J.J. 2006. Phylogenetic relationships and evolution in Erodium (Geraniaceae) based on trnL-trnF sequences. – Syst. Bot. 31 (4): 739–763.
  25. Freund M., Graus D., Fleischmann A., Gilbert K.J., Lin Q., Renner T., Stigloher C., Albert V.A., Hedrich R., Fukushima K. 2022. The digestive systems of carnivorous plants. – Plant Physiol. 190 (1): 44–59. h ttps://doi.org/10.1093/plphys/kiac232
  26. Giuliani C., Maleci Bini L. 2008. Insight into the structure and chemistry of glandular trichomes of Labiatae, with emphasis on subfamily Lamioideae. – Plant Syst. Evol. 276: 199–208.
  27. Glauert A., Reid N. 1984. Fixation, dehydration and embedding of biological specimens. – Pract. Methods Electron Microsc. 3 (part 1).
  28. Huchelmann A., Boutry M., Hachez C. 2017. Plant Glandular Trichomes: Natural Cell Factories of High Biotechnological Interest. – Plant Physiol. 175 (1): 6–22. https://doi.org/10.1104/pp.17.00727
  29. Ilyina L.P., Antsupova T.P. 2016. Tannins representatives family Geraniaceae of Buryatia. – International Research Journal. 5 (47): 73–74. h ttps://doi.org/10.18454/IRJ.2016.47.083
  30. Jeiter J., Hilger H.H., Smets E.F., Weigend M. 2017. The relationship between nectaries and floral architecture: a case study in Geraniaceae and Hypseocharitaceae. – Ann. Bot. 120 (5): 791–803. h ttps://doi.org/10.1093/aob/mcx101
  31. Jurkstiene V., Kondrotas A., Kevelaitis E. 2007. Immunostimulatory properties of bigroot geranium ( Geranium macrorrhizum L.) extract. – Medicina (Kaunas). 43: 60– 64. https://doi.org/10.3390/medicina43010008
  32. Karnovsky J.J. 1965. A formaldehyde-glutaraldehyde fixative of high osmolarity for use in electron microscopy. – J. Cell Biol. 27 (1): 137–138.
  33. Ko K.N., Lee K.W., Lee S.E., Kim E.S. 2007. Development and ultrastructure of glandular trichomes in Pelargonium × fragrans ‘Mabel Grey’ (Geraniaceae). – J. Plant. Biol. 50 (3): 362–368. h ttps://doi.org/10.1007/BF03030668
  34. Kostina O., Muravnik L. 2014. Structure and chemical content of the trichomes in two Doronicum species (Asteraceae). – Modern phytomorphology 3rd international conference on plant morphology. 5: 167–171.
  35. Koteyeva N.K., Voznesenskaya E.V., Berim A., Gang D.R., Edwards G.E. 2023. Structural diversity in salt excreting glands and salinity tolerance in Oryza coarctata , Sporobolus anglicus and Urochondra setulosa . – Planta. 257 (1): 9.
  36. Kujur A., Kumar A., Yadav A., Prakash B. 2020. Antifungal and aflatoxin B1 inhibitory efficacy of nanoencapsulated Pelargonium graveolens L. essential oil and its mode of action. – LWT. 130: 109619.
  37. Lange B.M. 2015. The evolution of plant secretory structures and emergence of terpenoid chemical diversity. – Annu. Rev. Plant Biol. 66: 139–159. h ttps://doi.org/10.1146/annurev-arplant-043014-114639
  38. Li D., Yao L. 2005. Structure and development of glandular trichomes in Pelargonium fragrans . – J. Shanghai Jiaotong Univ. (Agric. Sci.). 23: 217–222.
  39. Lis-Balchin M.T. 1996. A chemotaxonomic reappraisal of the Section Ciconium Pelargonium (Geraniaceae). – S. Afr. J. Bot. 62 (5): 277–279. h ttps://doi.org/10.1016/s0254-6299(15)30657-8
  40. Lis‐Balchin M., Roth G. 2000. Composition of the essen tial oils of Pelargonium odoratissimum , P. exstipulatum , and P. × fragrans (Geraniaceae) and their bioactivity. – Flavour Fragr. J. 15. h ttps://doi.org/10.1002/1099-1026(200011/12)15:6<391::AID-FFJ929>3.0.CO; 2-W
  41. Løe G., Toräng P., Gaudeul M., Ågren J. 2006. Trichome production and spatiotemporal variation in herbivory in the perennial herb Arabidopsis lyrata . – Oikos. 116 (1): 134–142. h ttps://doi.org/10.1111/j.2006.0030-1299.15022.x
  42. Maffei M.E. 2010. Sites of synthesis, biochemistry and functional role of plant volatiles. – S. Afr. J. Bot. 76 (4): 612–631. h ttps://doi.org/10.1016/j.sajb.2010.03.003
  43. Meek G.A. 1976. Practical electron microscopy for biologists.
  44. Mehra K.R., Kulkarni A.R. 1989. Floral trichomes in some members of Bignoniaceae. – Proc. Indian Acad. Sci. (Plant Sci.). 99 (2): 97–105.
  45. Mollenhauer H.H. 1964. Plastic embedding mixtures for use in electron microscopy. – Stain Technol. 39: 111.
  46. Moyo M., Koetle M.J., Van Staden J. 2014. Photoperiod and plant growth regulator combinations influence growth and physiological responses in Pelargonium sidoides DC. – In Vitro Cell Dev. Biol. Plant. 50 (4): 487–492.
  47. Muhlemann J.K., Klempien A., Dudareva N. 2014. Floral volatiles: from biosynthesis to function. – Plant Cell Environ. 37 (8): 1936–1949.
  48. Muravnik L.E., Mosina A.A., Zaporozhets N.L., Bhattacharya R., Saha S., Ghissing U., Mitra A. 2021. Glandular trichomes of the flowers and leaves in Millingtonia hortensis (Bignoniaceae). – Planta. 253:13. h ttps://doi.org/10.1007/s00425-020-03541-9
  49. Muravnik L.E., Shavarda A.L. 2011. Pericarp Peltate Trichomes in Pterocarya rhoifolia : Histochemistry, Ultrastructure, and Chemical Composition. – Int. J. Plant Sci. 172 (2): 159–172. h ttps://doi.org/10.1086/657646
  50. Radulović N.S., Stojković M.B., Mitić S.S., Randjelović P.J., Ilić I.R., Stojanović N.M., Stojanović-Radić Z.Z. 2012. Exploitation of the Antioxidant Potential of Geranium macrorrhizum (Geraniaceae): Hepatoprotective and Antimicrobial Activities. – Nat. Prod. Commun. 7 (12). h ttps://doi.org/10.1177/1934578x1200701218
  51. Romitelli I., Martins M.B.G. 2012. Comparison of leaf morphology and anatomy among Malva sylvestris ("gerânio-aromático"), Pelargonium graveolens ("falsa-malva") and Pelargonium odoratissimum ("gerânio-de-cheiro"). – Rev. Bras. Plantas Med. 15: 91–97. https://doi.org/10.1590/S1516-05722013000100013
  52. Schilmiller A.L., Last R.L., Pichersky E. 2008. Harnessing plant trichome biochemistry for the production of useful compounds. – Plant J. 54 (4): 702–711.
  53. Seker M.E., Ay E., Akta S.K.A., R H.U., Efe D. 2021. First determination of some phenolic compounds and antimicrobial activities of Geranium ibericum subsp. jubatum : A plant endemic to Turkey. – Turk. J. Chem. 45 (1): 60–70. h ttps://doi.org/10.3906/kim-2005-38
  54. Sharopov F., Ahmed M., Satyal P., Setzer W.N., Wink M. 2017. Antioxidant activity and cytotoxicity of methanol extracts of Geranium macrorrhizum and chemical composition of its essential oil. – Journal of Medicinally Active Plants. 5 (2): 53–58.
  55. Singh P., Srivastava B., Kumar A., Kumar R., Dubey N.K., Gupta R. 2008. Assessment of Pelargonium graveolens oil as plant-based antimicrobial and aflatoxin suppressor in food preservation. – J. Sci. Food Agric. 88 (14): 2421–2425. h ttps://doi.org/10.1002/jsfa.3342
  56. Song C., Ma L., Zhao J., Xue Z., Yan X., Hao C. 2022. Electrophysiological and Behavioral Responses of Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae) to Volatiles from a Non-host Plant, Geranium , Pelargonium × hortorum (Geraniaceae). – J. Agric. Food Chem. 70 (20): 5982–5992. h ttps://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c08165
  57. Tahir S.S., Liz-Balchin M., Husain S.Z., Rajput M.T.M. 1994. SEM studies of trichomes types in representative species of the sect. Polyactium and sect. Ligularia in the genus Pelargonium L'Hérit., (Geraniaceae). – Pak. J. Bot. 26: 397–407.
  58. Tattini M., Gravano E., Pinelli P., Mulinacci N., Romani A. 2000. Flavonoids accumulate in leaves and glandular trichomes of Phillyrea latifolia exposed to excess solar radiation. – New Phytol. 148 (1): 69–77.
  59. Tsai T. 2016. The receptacular nectar tubes of Pelargonium (Geraniaceae): A study of development, length variation, and histology. Master's Theses. 950 p.
  60. Tsai T., Diggle P., Frye H., Jones C. 2017. Contrasting lengths of Pelargonium floral nectar tubes result from late differences in rate and duration of growth. – Ann. Bot. 121. h ttps://doi.org/10.1093/aob/mcx171
  61. Vassilyev A., Muravnik L. 1988. The ultrastructure of the digestive glands in Pinguicula vulgaris L. (Lentibulariaceae) relative to their function. I. The changes during maturation. – Ann. Bot. 62 (4): 329–341.
  62. Wagner G.J. 1991. Secreting glandular trichomes: more than just hairs. – Plant Physiol. 96 (3): 675– 679.
  63. Werker E. 2000. Trichome diversity and development. – Adv. Bot. Res. 31: 1–35. h ttps://doi.org/10.1016/S0065-2296(00)31005-9
  64. Werker E., Putievsky E., Ravid U., Dudai N., Katzir I. 1993. Glandular hairs and essential oil in developing leaves of Ocimum basilicum L. (Lamiaceae). – Ann. Bot. 71 (1): 43–50.
  65. Xiao K., Mao X., Lin Y. 2017. Trichome, a Functional Diversity Phenotype in Plant. – Mol. Biol. 6: 183. h ttps://doi.org/10.4172/2168-9547.1000183
  66. Yohana R., Chisulumi P.S., Kidima W., Tahghighi A., Maleki-Ravasan N., Kweka E.J. 2022. Anti-mosquito properties of Pelargonium roseum (Geraniaceae) and Juniperus virginiana (Cupressaceae) essential oils against dominant malaria vectors in Africa. – Malar. J. 21 (1): 1–15.
  67. Zambrana N., Bussmann R., Romero C. 2020. Pelargonium odoratissimum (L.) L’Hér. Pelargonium roseum Willd. Pelargonium zonale (L.) L’Hér. Geraniaceae. – In: Ethnobotany of the Andes. P. 1385–1390.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы листа и цветка у видов рода Pelargonium : a – лист, b – цветок; 1 – листовая пластинка, 2 – черешок, 3 – цветоножка, 4 – чашелистики, 5 – завязь, 6 – пестик, 7 – тычинки, 8 – лепестки, 9 – нектароносная трубка, 10 – нектарник.

Скачать (112KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфология и распределение трихом на поверхности у Pelargonium : a – c , g – i – данные световой микроскопии, d – f , j – l – данные сканирующей электронной микроскопии; a , d , g , j – Pelargonium odoratissimum , b , e , h , k – P . exstipulatum , c , f , i , l – P . vitifolium ; a – f – общий вид железистых трихом и простых волосков, или нежелезистых трихом ( NGT ) на адаксиальной поверхности листовой пластинки; g – l – общий вид железистых трихом и простых волосков на абаксиальной поверхности листовой пластинки. Масштабная линейка – 100 мкм .

Скачать (774KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Морфология и распределение трихом на цветоножке и чашелистике у Pelargonium : a – c , g – i – данные световой микроскопии, d – f , j – l – данные сканирующей электронной микроскопии. a , d , g , j – Pelargonium odoratissimum , b , e , h , k – P . exstipulatum , c , f , i , l – P . vitifolium . a–f – общий вид железистых трихом и простых волосков на цветоножке; g – l – общий вид железистых трихом и простых волосков на абаксиальной поверхности чашелистика. Масштабная линейка – 100 мкм .

Скачать (679KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морфология и распределение трихом на завязи у Pelargonium odoratissimum : a – данные световой микроскопии, b – данные сканирующей электронной микроскопии. Железистые трихомы (стрелки) располагаются среди простых волосков. Масштабные линейки – 100 мкм .

Скачать (316KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Плотность распределения железистых трихом на листьях разных стадий развития (молодой лист, лист в период растяжения, зрелый лист): a – адаксиальная поверхность листовой пластинки, b – абаксиальная поверхность листовой пластинки. По горизонтали – виды Pelargonium , по вертикали – число железистых трихом на 1 мм 2 . Значения представляют собой средние арифметические ± ошибка среднего, число измерений n = 7–15.

Скачать (228KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Морфология и анатомия железистых трихом 1-го типа (по данным сканирующей электронной и световой микроскопии): a – c – сканирующая микроскопия, d – i – световая микроскопия; a , d , g – Pelargonium odoratissimum , b , e , h – P . exstipulatum , c , f , i – P . vitifolium . Масштабная линейка – 20 мкм .

Скачать (226KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Морфология и анатомия железистых трихом 2-го типа (по данным сканирующей электронной и световой микроскопии): a , c – сканирующая микроскопия; b , d – световая микроскопия; a , b – Pelargonium odoratissimum ; c , d – P . exstipulatum . Масштабная линейка – 20 мкм.

Скачать (196KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Морфология и анатомия железистых трихом 3-го типа (по данным сканирующей электронной и световой микроскопии): a , b – сканирующая микроскопия, c , d – световая микроскопия; a , c – Pelargonium exstipulatum , b , d – P . vitifolium . Масштабные линейки : a , c , d – 10 µm, b – 5 мкм .

Скачать (139KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Морфология и анатомия железистых трихом 4-го типа (по данным сканирующей электронной и световой микроскопии): a , b – сканирующая микроскопия, c – e – световая микроскопия; a , b , e – Pelargonium vitifolium , с – P . odoratissimum , d – P . exstipulatum . a , b – железистые трихомы 4-го типа рядом с железистой трихомой 1-го типа (*). Масштабная линейка – 20 мкм.

Скачать (215KB)
Метаданные
11. Рис . 10. Железистые трихомы на завязи Pelargonium odoratissimum : a – трихома 2-го типа, b – трихомы 5-го типа. Масштабная линейка – 20 мкм .

Скачать (127KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Длина железистых трихом и диаметр секреторной клетки головки у трех видов Pelargonium : a , b – лист, c , d – цветоножка, e , f – чашелистик, g , h – завязь. По горизонтали – виды Pelargonium , по вертикали – длина ( a , c , e , g ) и диаметр ( b , d , f , h ), µ m . Значения представляют собой средние арифметические ± ошибка среднего, число измерений n = 10–75.

Скачать (403KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Процентное соотношение железистых трихом разных типов, локализованных на разных органах: a – c – лист, d–f – цветоножка, g – i – чашелистик, j–l – зав язь; a , d , g , j – Pelargonium odoratissimum , b , e , h , k – P . exstipulatum , c , f , i , l – P . vitifolium .

Скачать (276KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024