Изучение анатомических признаков талломов листового лишайника

Для бесполого размножения лишайников характерно экзогенное формирование спор – пикноконидий внутри пикнидий, заметных на поверхности таллома в виде мелких темных точек. Пикнидии встречаются довольно часто и очень обильны, несколько реже они отмечаются у накипных лишайников. Размещение пикнидий может быть различным либо по всей верхней поверхности таллома, либо на ее отдельных участках. Обычно пикнидии бывают полностью погружены в слоевище в виде шаровидных или слегка вытянутых маленьких вместилищ диаметром от85 до 200 мкм. Вверху пикнида открывается выводным отверствием(порой) до 100 мкм в диаметре. Попадая в благоприятные условия, пикноконидии, как бесполые споры, при обнаружении необходимых клеток водорослей могут формировать новые лишайниковые слоевища (Определитель…, 1974; Лиштва, 2007).

 

1.6 Влияние экологических факторов на таллом лишайников

 

Лишайники являются слабым ценозообразователями, но, будучи экологически пластичными организмами, часто выступают пионерами заселения различных субстратов даже в экстремальных условиях пустынь степей и высокогорий. Лишайники произрастающие в различных условиях приспособлены к повышенной солнечной радиации, значительным температурным колебаниям и периодическому недостатку влаги (Лиштва, 2007).

Обычно лишайники заселяют такие экологические ниши, где условия существования слишком суровы для других растений. Так,  они обладают удивительной способностью расти на самых разнообразных субстратах: каменистых породах, почве, коре деревьев, на хвое, на мхах, гниющей древесине, на гниющих растительных остатках, также на стекле, коже, железе, тряпках и т.д. (Голлербах, 1977).

Помимо свойств субстрата на расселение и рост лишайников большое влияние оказывают такие климатические факторы, как свет, влажность, температура.

Для нормального развития и роста, как для всех фотосинтезирующих организмов, лишайникам необходим свет. Большинство лишайников относится к светолюбивым растениям. Свет оказывает решающее влияние на жизнеспособность лишайников. Так, некоторые из них образуют плодовые тела только в ярко освещенных местах (.Hypogymnia physodes, Evernia prunastri (L.) Ach., Pseudevernia furfuraceae (L.) Zopf).

Свет играет главную роль в процессах синтеза лишайниковых веществ (Равинская, 1990). Избыток света не препятствует развитию лишайников, а вызывает лишь некоторые морфологические изменения. У кустистых лишайников при ярком освещении появляются формы с более узкими лопастями, и развивается более толстая, темноокрашенная кора с высокой концентрацией пигментов и окрашенных лишайниковых веществ. Однако, уразличных видов потребность в свете неодинаковая. Эпифитные лишайники, растущие на нижней части стволов деревьев, ассимилируют даже при освещенности 400 лк; другие виды, развивающиеся в верхней части стволов деревьев, фотосинтезируют при 1200 лк (Голубкова, 1977).

Так же факторами, воздействующими на лишайники является влажность, температура; кроме того, они очень чувствительны к загрязнению воздуха.  Характерной чертой лишайников является их способность очень быстро впитывать влагу в виде тумана, росы, дождя, снега, причем количество поглощенной воды у некоторых слизистых лишайников достигает 4000% от их сухой массы. При высушивании лишайники очень быстро теряют поглощенную воду, однако не теряют способность к дыханию даже при воздушно-сухом состоянии.

Несомненное преимущество лишайников по сравнению с высшими растениями состоит в том, что они способны поглощать не только воду, но и водяной пар (Шапиро, 1991) даже из очень сухого воздуха с относительной влажностью всего 50% (Голубкова, 1977).

 

Так же лишайники являются растениями экстремальных ситуаций. Оптимальной для большинства лишайников является температура в диапазоне от +10 до +25C, но они способны к фотосинтезу и при +35C, однако интенсивность фотосинтеза лишайников довольно низка. Особенно выражена способность к фотосинтезу при низких температурах у лишайников из высокогорных, субарктических и субантарктических районов. В отличии от высших растений вода находиться в основном между гифами гриба и не препятствует их жизнедеятельности. Однако температура выше +35C останавливает процесс фотосинтеза у лишайников,  в отличие от высших растений, которые способны к фотосинтезу при температуре до + 50C (Пчелкин, 2006).

Заметные морфологические изменения слоевищ лишайника  можно зафиксировать только в природе и только при достаточно длительном воздействии загрязнителя. Обычная реакция – изменение цвета до полного обесцвечивания, часто выявляется приобретение розоватой или коричневатой окраски, а также наличие в популяции более компактных и мелких талломов. Некоторые морфологические изменения являются видоспецефичными. Так, в зависимости от действия окислителя, у представителей рода Hypogymnia заметно варьирует окраска. У видов Cladonia действие озона и кислотных остатков вызывает необычное увиличение высоты и характера ветвления таллома. Талломы Hypogymnia physodes в городах имеет более толстый водорослевый слой и более тонкий слой коры.

Повышенная концентрация SO2 в воздухе стимулирует образование соредий и изидий, но уровень выживаемости этих вегетативных диаспор снижается (Лиштва, 2007).

Процессы фотосинтеза и дыхания регулируют мембранами и поэтому зависят от их целостности. Загрязнители воздуха воздействуют на целостность мембраны и pH плазмы. Фотосинтез – свойство фотобионта, тогда как дыхание – преимущественно грибного компонента, поскольку доля грибного компонента гораздо выше. В общем, фотосинтез более чувствителен к загрязнению в сравнении с дыханием, это означает, что водоросли более чувствительны, чем грибы.

Существенно снижают показатели фотосинтеза такие вещества, как SO2, озон, плавиковая кислота, а также низкие концентрации меди, серебра и ртути. Установлено, что магний, кальций, никель и цинк практически не влияют на скорость усвоения С (Лиштва, 2007).

Анатомо-морфологические изменения слоевища под влиянием условий освещения отмечали многие авторы. Установлено, что с увеличением высоты поселения на ели, а именно в этом направлении возрастает интенсивность освещения, наблюдается и рост массы лишайника Hypogymnia physodes на единицу площади. Одновременно возрастает и содержание хлорофилла на единицу площади слоевища, но доля микобионта (если считать содержание хлорофилла показателем доли фотобионта в талломе) растет быстрее (Бязров, 2006).

 

 

2. Объект и методы исследования

2.1. Характеристика района  исследования

Республика Марий Эл площадью 23,3 тыс. км2, расположена между 57o 20´ и 51o 51´ северной широты, 45o 20´ и 50o 40´ восточной долготы на восточной окраине Восточноевропейской равнины. Занимая небольшую часть бассейна Средней Волги, она находится в пределах двух подзон лесной зоны: южной тайги и хвойно-широколиственных лесов (Абрамов, 2000).

Климат республики умеренно-континентальной с относительным постоянством погоды зимой и летом и большей ее изменчивостью весной и осенью. Средняя годовая температура воздуха изменяется от 2,1-2,3Р+ºС на восточной половине республики, до 3,3ºС – на юго-западе. Средняя месячная температура в иле колеблется от 18,2ºС до 18,9ºС. Температура января составляет соответственно – 13,0ºС – 12,4ºС.

Территория республики относится к зоне с неустойчивым увлажнением, а иногда и засушливым. За год в среднем выпадает 475-550 мм (Агроклиматические ресурсы…, 1972).

Географическое положение и природные условия наложили своеобразный отпечаток на ее растительный покров (Абрамов, 1997).

В ботанико-географическом отношении территория республики относится к подзонам южной тайги (ее северо-восточная часть) и смешанных (широколиственно-хвойных и хвойно-широколиственных) лесов. Некоторые авторы относили часть территории (Правобережье Волги) к подзоне широколиственных лесов, либо к северной лесостепи (Абрамов, 2000). Здесь проходит и граница между Европейской и Западносибирской флористическими провинциями Евросибирской области (Абрамов, 1997).

Сборы материала проводились в Республике Марий Эл пос. Старожильск, который относится к территории бывшего заповедника. Территория является типичной низменной равниной и сложена древнеаллювиальными и современными аллювиальными, в основном песчаными отложениями. 92% территории было покрыто лесами, значительная часть которых (60%) пострадала от пожара летом 1972 года (Крейер, 1981).

2.2. Объект исследования

Царство: Fungi (Mycota, Mycetalia) – Настоящие грибы

Отдел: Ascomycota – Сумчатые грибы

Подотдел: Pezizomycotina – Пезизомикотины

Класс: Lecanoromycetes – Леканоромицеты

Подкласс:  Lecanoromycetidae – Леканоромицеты

Порядок: Lecanorales Nannf. – Леканоровые

Семейство: Parmeliaceae – Пармелиевые

Род: Hypogymnia – Гипогимния

Вид: Hypogymnia physodes (L.) Nyl. – Гипогимния вздутая

 

Таллом Н. physodes листоватый в виде розетки 1-2 см в диаметре, верхняя сторона гладкая, блестящая, серо-пепельная, состоит из небольших, но густых лопастей, часто черепитчатая налегающих друг на друга, по окончании лопасти приподнимаются, концы их округло-овальные, к периферии слегка расширенные, вздутые. На приподнятых концах лопастей хорошо видна нижняя поверхность таллома, - она  гладкая с сетью прожилок, темно-коричневая, блестящая, к центру чернеющая. Лопасти внутри полые. При действии KOH на поверхность лопастей окраска их быстро желтеет. Очень распространенный вид на коре и ветках хвойных и широколиственных деревьев. Встречается на камнях, повальной древесине, в местах произрастания образуются крупные скопления, предпочитает влажные затененные лишайниково-моховые леса. Является качественным индикатором при определении загрязнения окружающей среды (Малиновская, 1993).

Онтогенез (индивидуальное развитие организма) развернут во времени: от зиготы до смерти индивидуума. На протяжении онтогенеза происходят морфофизиологические преобразования, упорядоченные во времени. Однако одни и те же морфофизиологические преобразования, характеризующие одинаковый биологический возраст, могут происходить у разных особей одного вида в разном календарном возрасте. Календарный и биологический возраст особи могут не совпадать, хотя они, как правило, тесно скоррелированы (Суетина, 2005).

Начальное развитие онтогенеза H. physodes до формирования типичной жизненной формы сходны с развитием листоватого лишайника ксантории настенной (Xanthotia parietina (L.) Th. Fr.): латентный период: спора гриба (sp) – строение спор зависит от вида лишайника, прегенеративный период: прототаллюс (pt) – мицелий гриба; протероталлюс (prt) – зачаток слоевища с клетками водоросли; ювенильное (j) – накипное слоевище гомеомерного анатомического строения (Суетина, 2001).

Прегенеративный период H. physodes в имматурном (im) состоянии имеет слоевище в виде листоватой пластинки. В v1 состоянии слоевище имеет несколько лопастей (2-3), в v2 состоянии – сформированность типичного листоватого слоевища, могут появляться пятнистые сорали на концах лопастей.

Поскольку апотеции соралиеобразующего вида встречаются редко, выделяют потенциально генеративные слоевища (g1v, g2v, g3v).В молодом генеративном g1v состоянии слоевище розетковидное, с хорошо оформленными лопастями, на концах лопастей развиваются губовидные сорали. В средневозрастом генеративном (g2v) состоянии слоевище в виде розетки с наибольшим количеством лопастей, на лопастях встречаются два типа соралей: губовидные и шлемовидные. В старом генеративном (g3v) состоянии слоевище в виде розетки, начинается отмирание центральной части слоевища, на концах лопастей преобладают шлемовидные сорали.

Постгенеративный период. В субсенильном (ss) состоянии слоевища частично разрушены в центре, со шлемовидными соралями на старых лопастях. Сенильные слоевища постгенеративного периода встречаются крайне редко (Суетина, Кузьмина, 2010; Сетина, Глотов, 2014).

И.Н. Михайлова (Михайлова, Воробейчик, 1999) для лишайника H. physodes выделяет 5 групп талломов («возрастных состояний») на основании разных типов и  числа соралей: 1) асоредиозные (as) – полное отсутствие соралей; 2) криптосоредиозные (cs) – все сорали на начальном этапе развития; 3) гипосоредиозные (s1) – сорали на трубчатых и 1-2 на шлемовидных лопастях и на губовидных лопастях; 4) мезосоредиозные (s2) – до 10 соралей на шлемовидных и губовидных лопастях; 5) слоевища (s3) – более 10 соралей на шлемовидных или губовидных лопастях.

 

2.3. Методика исследования

Сбор слоевищ лишайника H. physodes проводился в 2010-2011 гг. в окрестностях поселка Старожильск Республики Марий Эл в липняке пихтово-страусниково-ландышевом на липе сердцелистной и пихте сибирской, а так же в сосняке разнотравном злаковом на березе повислой на высоте ствола деревьев 0,5-2,5м. Для изучения анатомии слоевища были предоставлены Ю.Г. Суетиной. Исследования анатомической структуры (верхний коровый слой, альгальная зона и сердцевина.) проводилось  в течение преддипломной практики в 2014 году в g1v, g2v и g3v онтогенетических состояниях. Онтогенетические состояния лишайника H. physodes определяли по ранее описанному онтогенезу (Cуетина, Кузьмина, 2010; Суетина, Глотов, 2014).

Для изучения анатомических признаков H. physodes были выбраны по 10 слоевищ в g1v, g2v, g3v  онтогенетических состояниях. Для каждого слоевища делали по 3 среза. При приготовлении среза не добавляли воду. Для каждого среза проводили  по 3 измерения. Измерения толщины каждой зоны слоевища проводилось с помощью микроскопа Биолам С-11.

Всего было изготовлено 270 срезов и проанализировано 810 измерений.

 

 

2.4. Статистические методы

Для изучения анатомических признаков слоевища применялся двухфакторный иеархический дисперсионный анализ, множественные сравнения с применением Шеффе-теста; в рамках модели II проводилась оценка доли влияния факторов. Проведение дисперсионного анализа правомерно. С помощью теста Левина для всех признаков показана однородность внутри групповых дисперсий (p=0,43-0,02); с помощью критерия Шапиро-Уилка показана нормальность для всех признаков распределения остатков (p=0,94-0,02). Анализ проводился с применением программы «Statistica 6.0» (Глотов и др., 1982).