Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2018, вип. 2 (44), с. 50-58


https://doi.org/10.35550/vbio2018.02.050




МІКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНІ ЛИСТКІВ GALANTHUS NIVALIS L. НА РАННЬОВЕСНЯНИХ ЕТАПАХ РОЗВИТКУ


Н. О. Білявська, О. М. Федюк

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного
Національної академії наук України
(Київ, Україна)


Проведено порівняльний аналіз поверхні листків Galanthus nivalis L., які зазнали впливу гіпотермії на початкових етапах їх розвитку. За допомогою методів сканувальної електронної мікроскопії та морфометричного аналізу виявлено особливості будови поверхні листків та продихів. Встановлено, що головною ознакою поверхні листків є добре розвинена кутикула і наявність великої кількості відкладень епікутикулярного воску. Продихи розташовані на обох сторонах листків. Стабільними показниками є ширина та довжина, а також площа продихів і їх щілин. Відзначається закритість продихів на адаксіальній поверхні молодих листків, що забезпечує ефективне збереження води за умов дії від’ємних температур. Таким чином, особливості мікроструктури адаксіальної та абаксіальної поверхонь листків G. nivalis на ранньовесняних етапах розвитку можна розглядати як складові  адаптації для існування рослин цього виду за умов гіпотермії.


Ключові слова: Galanthus nivalis, гіпотермія, листок, мікроструктура поверхні, морфометричний аналіз, продихи, сканувальна мікроскопія

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Ivashchenko O.O., Ivashchenko O.O. 2008. Ways of adaptation of agriculture to climate change conditions. In: Collection of scientific works of Nat. Scientific Center «Institute of Agriculture of NAAS» (Zbirnyk nauk. Prats Nats. Nauk. Tsentru insitut zemlerobstva UAAN. Кyiv : 15-21.
 
2. Kolupaev Yu.Е., Gorelova Е.I., Yastreb Т.О. 2018. Mechanisms of plant adaptation to hypothermia: role of antioxidant system. Bull. Kharkiv. Natl. Agrar. Univ. Ser. Biology. (Visnyk Kharkiv. Natsional. Agrarn. Univer. Ser. Biologiya). 1 (43) : 6-33.
 
3. Mashevska A.S., Eremeychuk E.M. 2015. Plant physiology and biochemistry (Fiziologiya ta biochimiya roslyn). Lutsk : 40 p.
 
4. Miroslavov E.A. 1974. Structure and function of the leaf epidermis of angiosperms (Struktura i funktsii epidermis lista pokrytosemennykh rastenii). Leningrad : 120 p.
 
5. Morgun V.V. Mayor P.S. Winter and frost resistance of winter cereal crops. In: Plant physiology: problems and prospects of development (Fiziologiya roslyn: problem ta perspektyvy rozvytku). Kyiv : 2 :105-165.
 
6. Sedelnikova L.L. 2014. Anatomical structure of leaf epidermis in plants of Hyancinthaceae and Liliaceae families. Vestn. KrasGAU. 4 : 132-136.
 
7. Trunova T.I. 2007. Plant and low temperature stress, the 64th Timiryazev lecture (Rasteniye i nizkotemperaturnyj stress. 64-e Timiryazevskoye chteniye). Moscow : 54 p.
 
8. Fediuk O.M., Bilyavska N.O. 2015. Ultrastructural changes in the mitochondria of Galanthus nivalis L. leaves during growing under hypothermia. Bull. Kharkiv. Natl. Agrar. Univ. Ser. Biology. (Visnyk Kharkiv. Natsional. Agrarn. Univer. Ser. Biologiya). 2 (35) : 58-63.
 
9. Fediuk O.M., Bilyavska N.O., Zolotareva O.K. 2017. Ultrastructural features and the state of the photosynthetic apparatus of Galanthus nivalis (Amaryllidaceae) leaves at the spring stages. Ukr. Bot. J. 74 (5) : 475-487.
https://doi.org/10.15407/ukrbotj74.05.475
 
10. Fediuk O.M., Polishchuk O.V., Bilyavska N.O. 2016. Dynamics of changes in the intensity of leaf respiration of Galanthus nivalis (Amaryllidaceae) at different values of low temperature and humidity. Ukr. Bot. J. 73 (3) : 283-289.
https://doi.org/10.15407/ukrbotj73.03.283
 
11. Aasamaa K., Sõber A., Rahi M. 2001. Leaf anatomical characteristics associated with shoot hydraulic conductance, stomatal conductance and stomatal sensitivity to changes of leaf water status in temperate deciduous trees. Funct. Plant Biol. 28 : 765-774.
https://doi.org/10.1071/PP00157
 
12. Akkouh O., Ng T.B., Singh S.S., Yin, C., Dan X., Chan Y.S., Cheung, R.C.F. 2015. Lectins with anti-HIV activity. Molecules. 20 : 648-668.
https://doi.org/10.3390/molecules20010648
 
13. Baxter B. 2014. Plant acclimation and adaptation to cold environments. In: Temperature and Plant Development : 19-48.
https://doi.org/10.1002/9781118308240.ch2
 
14. Beaulieu J.M., Leitch I.J., Patel S., Pendharkar A., Knight C.A. 2008. Genome size is a strong predictor of cell size and stomatal density in angiosperms. New Phytol. 179 : 975-986.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02528.x
 
15. Berkov S., Codina C., Bastida J. 2012. The genus Galanthus: a source of bioactive compounds. Іn: Phytochemicals - A Global Perspective of Their Role in Nutrition and Health. InTech, Rijeka, Croatia : 235-254.
https://doi.org/10.5772/28798
 
16. Bokov D.O., Malinkin A.D., Samylina I.A., Bessonov V.V. 2017а. Hydroxycinnamic and organic acids of snowdrops (Galanthus L.). J. App. Pharm. Sci. 7 (2) : 036-040.
 
17. Bokov D.O., Samylina I.A., Nikolov S.D. 2017b. Macroscopic and microscopic evaluation of Galanthus woronowii Losinsk. and Galanthus nivalis L. homeopathic crude herbal drugs. Int. J. Pharmacogn. Phytochem. Res. 9 : 58-64.
https://doi.org/10.25258/ijpapr.v9i1.8040
 
18. Boyle R.K.A., McAinsh M., Dodd I.C. 2016. Stomatal closure of Pelargonium hortorum in response to soil water deficit is associated with decreased leaf water potential only under rapid soil drying. Physiol. Plant. 156 : 84-96.
https://doi.org/10.1111/ppl.12346
 
19. Bucher S.F., Auerswald K., Grün-Wenzel C., Higgins S. I., Jorge J.G., Römermann C. 2017. Stomatal traits relate to habitat preferences of herbaceous species in a temperate climate. Flora. 229 : 107-115.
https://doi.org/10.1016/j.flora.2017.02.011
 
20. Budnikov G. 2011. Morphological variation of specimens and populations of Galanthus nivalis L. in western regions of Ukraine. J. Bot., Košice. 21: 95-109.
 
21. Buschhaus C., Jetter R. 2011. Composition differences between epicuticular and intracuticular wax substructures: how do plants seal their epidermal surfaces? J. Exp. Bot. 62 : 841-853.
https://doi.org/10.1093/jxb/erq366
 
22. Elpe C., Knopf P., Stützel T., Schulz C. 2017. Cuticle micromorphology and the evolution of characters in leaves of Taxaceaes. Bot. J. Linn. Soc. 184: 503-517.
https://doi.org/10.1093/botlinnean/box038
 
23. Fahn A. 1982. Plant Anatomy. 3rd ed. Oxford : 544 p.
 
24. Fernández V., Guzmán-Delgado P., Graça J., Santos S., Gil L. 2016. Cuticle structure in relation to chemical composition: re-assessing the prevailing model. Front. Plant Sci. 7 : 427.
https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00427
 
25. Guzmán P., Fernández V., Graça J., Cabral V., Kayali N., Khayet M., Gil L. 2014. Chemical and structural analysis of Eucalyptus globulus and E. camaldulensis leaf cuticles: a lipidized cell wall region. Front. Plant Sci. 5 : 481.
https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00481
 
26. Hetherington A.M., Woodward F.I. 2003. The role of stomata in sensing and driving environmental change. Nature. 424 : 901-908.
https://doi.org/10.1038/nature01843
 
27. Kerstiens G. 1996. Cuticular water permeability and its physiological significance. J. Exp. Bot. 47 : 1813-1832.
https://doi.org/10.1093/jxb/47.12.1813
 
28. Kim J.K., Park S.U. 2017. Pharmacological aspects of galantamine for the treatment of Alzheimer's disease. EXCLI J. 16 : 35-39.
 
29. Koch K., Neinhuis C., Ensikat H. J., Barthlott W. 2004. Self assembly of epicuticular waxes on living plant surfaces imaged by atomic force microscopy (AFM). J. Exp. Bot. 55 : 711-718.
https://doi.org/10.1093/jxb/erh077
 
30. Lawson T., Morison J.I.L. 2004. Stomatal function and physiology. In: The Evolution of Plant Physiology : 217-242.
https://doi.org/10.1016/B978-012339552-8/50013-5
 
31. Lissarre M., Ohta M., Sato A., Miura K. 2010. Cold-responsive gene regulation during cold acclimation in plants. Plant Signal. Behav. 8 : 948-952.
https://doi.org/10.4161/psb.5.8.12135
 
32. Macedo M.L.R., Oliveira C.F.R., Oliveira C.T. 2015. Insecticidal activity of plant lectins and potential application in crop protection. Molecules. 20 : 2014-2033.
https://doi.org/10.3390/molecules20022014
 
33. Mahajan S., Tuteja N. 2005. Cold, salinity and drought stresses. Arch. Biochem. Biophys. 444 : 139-158.
https://doi.org/10.1016/j.abb.2005.10.018
 
34. Meril E., Jõesaar I., Brosché M., Kollist H. 2014. To open or to close: species-specific stomatal responses to simultaneously applied opposing environmental factors. New Phytol. 202 : 499-508.
https://doi.org/10.1111/nph.12667
 
35. Miura K., Furumoto T. 2013. Cold signaling and cold response in plants. Int. J. Mol. Sci. 14 : 5312-5337.
https://doi.org/10.3390/ijms14035312
 
36. Naharci M.I., Ozturk A., Yasar H., Cintosun U., Kocak N., Bozoqlu E., Tasci I., Doruk H. 2015. Galantamine improves sleep quality in patients with dementia. Acta Neurol. Belg. 115 : 563-568.
https://doi.org/10.1007/s13760-015-0453-9
 
37. Özdemir C., Alçýtepe E. 2010. Morphological and anatomical study on Galanthus gracilis (Amaryllidaceae). Acta Bot. Hungar. 52 (1-2) : 151-157.
https://doi.org/10.1556/ABot.52.2010.1-2.13
 
38. Pereira A. 2016. Plant abiotic stress challenges from the changing environment. Front. Plant Sci. 7 : 1123. doi:10.3389/fpls.2016.01123.
https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01123
 
39. Pérez López D., Elvira M.A., Barnechea, M. J., Gijón López M.D.C. 2010. Water relation response to soil chilling of six olive (Olea europaea L) cultivars with different frost resistance. Spanish J. Agricul. Res. 8 : 780-789.
https://doi.org/10.5424/sjar/2010083-1279
 
40. Pollard M., Beisson F., Li Y., Ohlrogge J.B. 2008. Building lipid barriers: biosynthesis of cutin and suberin. Trends Plant Sci. 13 : 236-246.
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2008.03.003
 
41. Reynhardt E.C., Riederer M. 1994. Structures and molecular dynamics of plant waxes. II. Cuticular waxes from leaves of Fagus sylvatica L. and Hordeum vulgare. J. Eur. Biophys. 23 : 59-70.
https://doi.org/10.1007/BF00192206
 
42. Soleimani A., Lessani H., Talaie A. 2003. Relationship between stomatal density and ionic leakage as indicators of cold hardiness in olive (Olea europaea L.). Acta Horticult. 618 : 521-524.
https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2003.618.61
 
43. Valeska Zeisler-Diehl V., Migdal B., Schreiber L. 2017. Quantitative characterization of cuticular barrier properties: methods, requirements, and problems. J. Exp. Bot. 68 : 5281-5291.
https://doi.org/10.1093/jxb/erx282
 
44. Wang Y., Chen X., Xiang C.B. 2007. Stomatal density and bio-water saving. J. Integr. Plant Biol. 49 : 1435-1444.
https://doi.org/10.1111/j.1672-9072.2007.00554.x
 
45. Wu L., Bao J. 2013. Anti-tumor and anti-viral activities of Galanthus nivalis agglutinin (GNA)-related lectins. Glycoconjugate J. 30 : 269-279.
https://doi.org/10.1007/s10719-012-9440-z