М.М. Чубирко

Оплодотворение клевера ползучего (Trifolium repens L,) совершается по премитотическому типу, Процессу деления ядра зиготы предшествует деление первичного ядра эндосперма, как и у других видов клевера, (Martin, 1914; Романенко, 1937; Федорчук, 1944; Чайкина, 1960). Сначала разница в количестве ядер при делении двух оплодотворенных клеток зародышевого мешка незначительна, ибо процессы деления ядер происходят почти параллельно. Позже эта разница весьма заметна, поскольку темпы деления ядер эндосперма значительно опережают деления клеток зародыша.

Первое деление зиготы клевера ползучего сопровождается заложением перегородки в горизонтальном направлении. Из образовавшихся апикальной и базальной клеток первая становится материнской клеткой и образует в результате последующих делений зародыш. Базальная клетка, как правило, превосходит по своим размерам апикальную, из нее формируется в дальнейшем подвесок.

Следующее делений совершается преимущественно в апикальной клетке. Базальная делится после деления апикальной клетки или несколько позже, когда проэмбрио состоит из 4 клеток.

Последующие деления клеток, берущих начало от базальной и апикальной, совершается без какого-либо строгого постоянства в заложении клеточных перегородок. Можно только отметить, что темпы деления клеток, образующих зародыш, превосходят темпы деления клеток, из которых формируется подвесок. В результате этого подвесок клевера ползучего, как и других видов клевера, не бывает массивным. Гиньяр (Guignard, 1880), классифицируя подвески бобовых, характеризовавшихся большим разнообразием, отмечает, что подвесок у клевера рудиментарный, состоит из 3—4 клеток. Дальнейшие исследования показали, что подвески у клеверов не достигают значительных размеров, но количество клеток, составляющих его, всегда больше четырех.

Рис. 1. Ранняя стадия развития зародыша клевера ползучего. Деформизм клеток, образующих подвески и тело зародыша.

Рис. 2. Шаровидная стадия развития зародыша.

На первых этапах развития зародыша нет заметной разницы между его клетками и клетками подвеска. Вследствие этого зародыш имеет вид недифференцированной массы клеток, в которой граница, отделяющая подвесок от тела зародыша, почти не выражена. Иногда наблюдаются более значительные размеры и степень вакуолизации крайней микропилярной клетки подвеска (рис. 1).

Когда зародыш в своем развитии достигает шаровидной стадии, становится более или менее очевидной разница между клетками зародыша и подвеска (рис. 2). Клетки зародыша мельче, делятся быстрее, заложение клеточных перегородок между ними более правильное, тогда как деление клеток подвеска и заложение перегородок между ними лишено какой-либо ориентации, темпы деления медленнее. На этой стадии развития граница между телом зародыша и подвеском становится более отчетливой, что связано с разницей в морфологии клеток этих двух частей зародыша и с формой всего зародыша.

Описанная нами дифференциация клеток зародыша на шаровидной стадии его развития не совсем совпадает с описанием этого процесса в работе Эрит (Erith, 1924). По ее данным, клетки подвеска отличаются от клеток тела зародыша меньшими размерами и очень рано обнаруживают следы дегенерации. При исследовании нами эмбриогенеза клевера ползучего дегенерация клеток подвеска наблюдалась очень поздно. Они проявляли исключительную жизнеспособность и обнаруживались на стадии дифференциации зародыша.

Деление клеток шаровидного зародыша, за исключением клеток подвеска, совершается быстрыми темпами. Зародыш переходит в следующую стадию развития, когда на поверхности его тела появляются небольшие выступы семядолей, нарушающие радиальную симметрию. В результате интенсивного деления клеток выступы семядолей становятся более отчетливыми, придавая зародышу сердцеобразную форму (рис. 3). Подвесок на этой стадии состоит из клеток, играющих важную роль в питании зародыша. Они намного крупнее клеток зародыша, вакуолйзированы в меньшей степени и в иной форме, особенно крайние микропилярные.

Рис. 3. Появление выступов семядолей, нарушающих радиальную симметрию зародыша.

Рис. 4. Дифференциация клеток зародыша.

Несмотря на большую разницу в размерах клеток зародыша и подвеска, ядра клеток одинаковы.

Рост зародыша на данной стадии идет быстро. В результате он значительно увеличивается в размерах, отчетливее выступают семядоли. Вместе с ростом зародыша наблюдается некоторая дифференциация его клеток (рис. 4). По-прежнему крупны клетки в области подвеска, значительно меньше клетки, образующие семядоли, а участок зародыша между семядолями состоит из весьма мелких, богатых плазмой тонкостенных меристематических клеток. В центральной части зародыша дифференцируется тяж узких длинных клеток, являющихся, по-видимому, зачатками сосудистой системы зародыша. Подходя к межсемядольной области, этот тяж разветвляется, продолжаясь в центральной части семядолей.

По мере роста зародыша увеличиваются семядоли, которые, удлиняясь и загибаясь, проникают в глубь полости зародышевого мешка. Зародышевый мешок принимает форму полукруга в связи с компилотропным положением семяпочек. К этому времени уже отчетливо дифференцируется корешок и подсемядольное колено молодого зародыша.

Зародыш расположен у микрополярного конца зародышевого мешка, благодаря наличию подвеска, который исчезает лишь ко времени образования зрелого семени. Длительность его существования, а также морфологические особенности клеток, составляющих его, свидетельствует о важной роли подвеска в развитии зародыша.

Полностью дифференцированный зародыш молодого незрелого семени клевера ползучего имеет, как и зародыш некоторых исследованных в этом отношении видов бобовых (Поддубная-Арнольди, 1952), зеленый цвет. Окраска его на более ранних этапах развития осталась невыясненной, поскольку выделить его без повреждений технически невозможно.

Зародыш зрелого семени состоит из двух семядолей овальной формы. Занимают они около ²/3 семени, 0,9—1 мм в длину и 0,7 мм в ширину. Верхние, соприкасающиеся поверхности семядолей плоские, наружные — выпуклые. Семядоли присоединены коротенькими черешками к согнутому подсемядольному колену, на верхушке которого между семядолями заметны стебелек и первый настоящий листок в зачаточном состоянии.

Образовавшийся в процессе формирования семядолей центральный тяж клеток дифференцируется в сосудистый пучок. Он состоит из длинных узких клеток, оболочки которых лишены каких-либо утолщений. Для зародыша характерно обогащение его клеток крахмалом в виде округлых и овальных крахмальных зерен, достигающих 1,5—2 микрона в диаметре, а также исчезновение зеленого пигмента пластид, а следовательно, и зеленой окраски зародыша зрелого семени. Это связано, по мнению Поддубной-Арнольди (1952), с редукцией хлорофилла, вызванной образованием у зрелых семян плотной темноокрашенной оболочки, затрудняющей доступ света и кислорода к зародышу.

Эндосперм клевера ползучего ядерного типа. Как уже упоминалось, деление первичного ядра эндосперма предшествует делению ядра зиготы. Однако на первых этапах развития зародыша значительной разницы в количестве ядер эндосперма и клеток зародыша нет. Поэтому питание зародыша на этой стадии его развития осуществляется посредством гаусториальных клеток подвеска и функционирования интегументального тапетума. Ядра эндосперма образуют вокруг зародыша чехол. Они намного крупнее ядер клеток зародыша и окружены значительным количеством плазмы (рис. 1-3).

Сосредоточенная в микропилярной части зародышевого мешка вокруг зародыша эндоспермальная масса, приближаясь к внутреннему интегументу, включается в процесс снабжения зародыша питательными веществами, поскольку небольшой подвесок, имеющийся у клевера ползучего, не обеспечивает полностью питанием довольно массивный, многоклеточный зародыш. Интегументальный тапетум на стадии образования шаровидного зародыша прекращает свою деятельность, а клетки его, ассимилируясь деятельным эндоспермом, становятся питательным материалом зародыша.

Ко времени образования на зародыше хорошо заметных семядольных выступов в эндосперме микропилярной части зародышевого мешка совершаются своеобразные изменения. Между ядрами эндосперма начинается образование клеточных перегородок. Эндосперм переходит из ядерного состояния в клеточное. Процесс заложения клеточных перегородок начинается в примыкающей к самому зародышу части эндоспермы, распространяется в радиальном направлении и охватывает весь эндосперм микропилярной части зародышевого мешка. С переходом эндосперма в клеточное состояние ядра его делятся медленнее, причем отсутствует всякая синхронность, характерная на первых стадиях его развития.

Рис. 5. Дифференциация клеток эндосперма микропилярных частей зародышевого мешка.

Клетки эндосперма в значительной степени дифференцированы. В периферической части они небольшие, слабо вакуолизированы, снабжены тонкой оболочкой и плотно прилегают друг к другу (рис. 5). По мере удаления от периферии они становятся крупнее, появляется большое количество вакуолей, уменьшается плазма, клетки имеют более утолщенные оболочки. Возникновение вакуолей, обеднение содержимого клеток эндосперма, примыкающих к развивающемуся зародышу, свидетельствует, вероятно, о весьма интенсивном взаимодействии между эндоспермом и зародышем в процессе его развития.

Совершенно иную морфологию имеет эндосперм, располагающийся в халазальной части зародышевого мешка. Несмотря на то, что он связан с эндоспермальной тканью посредством множества протоплазматических тяжей, между ядрами этой части эндосперма никогда не образуется клеточных перегородок. Они до конца своего развития остаются в виде свободных ядер в плазме. По размерам ядра этой части эндосперма в несколько раз превосходят ядра эндоспермальной ткани в микропилярной части зародышевого мешка. Возможно, что они появляются в результате слияния двух или нескольких ядер. Пo мнению Цингер( 1954), это весьма распространенное явление в онтогенезе эндосперма покрытосеменных.

Подобно активизации физиологических процессов в результате слияния половых гамет при оплодотворении, слияние ядер эндосперма влечет за собой повышение физиологической активности, а следовательно, и уровня жизнедеятельности их. В результате усиливается приток питательных веществ от материнских тканей к новообразованиям зародышевого мешка. Вполне вероятно, что сосредоточенный в халазальном конце зародышевого мешка ядерный эндосперм обладает резко повышенной физиологической активностью. Об этом свидетельствует весьма заметное разрушительное воздействие ядер эндосперма на примыкающие к ним слои клеток покровов семяпочки. Плазма и особенно вытянутые, содержащие несколько ядрышек ядра эндосперма плотно прижимаются к клеткам тапетума, отделяя, а затем опустошая их.

Эндосперм халазальной части зародышевого мешка выполняет функцию гаустория. О скоплении ядер эндосперма, отличающихся большими размерами и богатством окружающей их плазмы в халазальной части зародышевого мешка, упоминает Федорчук (1944) при описании эмбриологии клевера красного. Активный ядерный эндосперм отмечает и Чайкина (1960) у клевера открытозевого. Возможно, возникновение такого гаустория у некоторых клеверов является приспособлением, характерным для данного рода.

Наиболее интенсивная деятельность эндоспермального гаустория наступает во время разрушения интегументального тапетума. Эндосперм, таким образом, выполняет функцию интегументального тапетума, причем он более агрессивен. Это проявляется в разрушении слоев клеток покровов с последующей их ассимиляцией.

Проследить до конца эндосперм халазальной части зародышевого мешка не удалось. По-видимому, с завершением процесса формирования зародыша он разрушается и поглощается зародышем. При исследовании зрелых семян клевера ползучего обнаруживается, что зародыш семени окружен тоненькой, относительна плотной, желтовато-белой пленкой. Если пленку рассмотреть под микроскопом, то оказывается, что она состоит из крупных изодиаметричных, иногда деформированных клеток, почти лишенных цитоплазмы, содержащих варьирующие по величине ядра, которые находятся в стадии разрушения. Сходство их с клетками эндосперма, которые окружают зародыш на более ранних стадиях его развития, дает основание предположить, что пленка представляет собой эндосперм на поздней стадии его развития. Такого же мнения придерживается Гарц (Hartz, 1885), изучавший структуру семян клевера ползучего. По мнению же Эрит (1924), эндосперм разрушается по мере развития зародыша, а пленка, принимаемая другими исследователями за эндосперм, представляет собой паренхиматическую ткань, оставшуюся от внутреннего интегумента.

Кнаружи от эндоспермальной пленки размещается семенная оболочка из интегументов семяпочек. Гладкая, плотная, окрашенная в желтый цвет, эта оболочка состоит, в основном, из 3 слоев клеток. Наружный образован клетками эпидермиса внешнего интегумента. Ко времени образования зрелого семени они увеличиваются в 4—5 раз, достигая 30—40 микрон в длину, развивают характерные утолщения. Цитоплазма и ядра этих клеток долго сохраняются. Остатки их обнаруживаются иногда даже в клетках зрелых семян. Под видоизмененными, таким образом, клетками эпидермиса располагается 1—2 слоя паренхимных тонкостенных клеток. В области микропиле, где внешний интегумент достигает наибольшей толщины во время оплодотворения клеток зародышевого мешка и после него, паренхимная ткань более массивная. Вся остальная часть внешнего интегумента полностью поглощается зародышем, благодаря деятельности эндосперма.

Внутренний интегумент образует не более 3—4 слоев клеток. В состав семенной кожуры входит один — эпидермальный. Клетки интегументального тапетума и средний слой внутреннего интегумента потребляются развивающимся зародышем. По мнению Эрит (1924), от этих слоев иногда остается некоторое количество клеток. Они образуют рыхлую пленку, которая принимается исследователями за эндосперм. Насколько верно или ошибочно это предположение покажут дальнейшие исследования.

Семена клевера ползучего сердцевидной формы, диаметр их не превышает 1,25 мм, а толщина — 0,5-0,7 мм. Оболочка семян окрашена в более или менее интенсивный желтый цвет в зависимости от количества желтого пигмента в клетках эпидермиса. Число семян в разросшейся завязи — бобе — почти полностью соответствует числу семяпочек и колеблется от 1—2 до 7. Процент стерильных семяпочек у клевера ползучего, что отметил и Мартин (1914), незначительный. Они образуют маленькие, щуплые семена, представляющие собой дегенерировавшие до оплодотворения семяпочки или семена с недоразвитым зародышем. Стерильными в бобе, как правило, бывают крайние семена.

Боб клевера ползучего короток, длина его 4—5 мм, заканчивается коротким острием, представляющим собой отмерший столбик. Раскрывается по брюшному шву, чему способствует, по мнению Александрова (1935), наличие в стенках створок боба пергаментного слоя. Спелый боб светло-бурого цвета иногда покрыт остатками отмершей чашечки и венчика.

 

РЕЗЮМЕ

Оплодотворение клевера ползучего совершается по премитотическому типу. Деление первичного ядра эндосперма предшествует делению ядра зиготы. Деление последнего сопровождается заложением перегородки в горизонтальном направлении. При этом апикальная клетка дает начало собственному зародышу, а базальная — подвеску, который играет важную роль в питании зародыша на первых этапах его развития. Позже питание его осуществляется посредством деятельности эндосперма.

Значительное количество, ядер эндосперма располагается вокруг зародыша, меньшее сосредотачивается в халазальной части зародышевого мешка. Эндосперм халазальной части зародышевого мешка состоит из крупных ядер, находящихся в плазме.

Эндосперм как микропилярной, так и халазальной части зародышевого мешка выполняет активную гаусториальную функцию.

Зрелое семя клевера ползучего окружено оболочкой, состоящей из трех слоев клеток. Два из них связаны своим происхождением с внешним интегументом, третий — с внутренним.

Зародыш клевера пулзучего на ранних этапах развития приобретает зеленую окраску, которая исчезает к моменту созревания семени.

 

ЛИТЕРАТУРА

Поддубная-Арнольди В. А. Исследование зародышей покрытосеменных растений в живом состояний. Бюл. Гл. бот. сада АН СССР, в. 14, 1952.

Романенко В. В. Цитолого-ембріологічне дослідження деяких бобових рослин. Журн. ін-ту бот. АН УРСР, № 11/18, 1937.

Федорчук В. Ф. Развитие и строение семяпочек и семян у красного клевера. Труды Моск. с.-х. академии им. К. А. Тимирязева, в. 25, 1944.

Цингер Н. В. Ядерные деления в эндосперме семенных растений и их физиологическое значение. Доклады АН СССР, т. XIX, № 3, 1954.

Чайкина К. В. Цитолого-эмбриологическое изучение клевера открытозевого. Сообщ. Моск. отд. ВБО, в. I, 1960.

Erith A. G. White clover (Trifolium repens L.). A monographe, London, 1924.

Hartz C. D. Landvirtschaftliche Samenkunde, Bd. 2. P. Berlin, 1885.

Guignard L. Recherches ďembryogénie végétal comparé. Legumineuses. Ann. Sci. Nat. Bot., 6. XII, Paris 1881.

Guignard L. Note sur la structure et les fonctions de suspenseur chec quelques Legumineuses. Bull. Soc. Bet. France, v. 27. 1880.

Martin J. N. Comparative morphology oí same Leguminosae. Bot. Gaz. 58. London, 1914.

Souéges R. Recherches sur e’embriogénie des legumineuses. Trifolium minus. Bull. Soc. Bot. France, 1929.

Источник: Вопросы охраны природы Карпат. Карпаты. Ужгород, 1968