ПАЛИНОМОРФОЛОГИЯ

Палинологический анализ основан на различиях морфологической структуры пыльцевых зёрен и спор разных видов растений. Важными характеристиками для анализа являются размеры и форма пыльцевых зёрен и спор, типы апертур и их количество, виды скульптуры и текстуры [Нокс, 1985; Бурмистров, Никитина 1990; Мейер-Меликян, 1999; Halbritter, 2009].

Оболочка пыльцевых зёрен и спор – спородерма – представляет собой совокупность морфологически различных слоев: перина (периспорий), экзина (экзоспорий) и интина (эндоспорий), которые защищают цитоплазму пыльцевого зерна (споры) от физических, химических, микробиологических воздействий, обеспечивают дыхание, водообмен и другие функции (рис. 1, 2).

Рис. 1. Строение пыльцевого зерна [по Мейер-Меликян, 1999] 1 – эктэкзина, 2 – интина, 3 – эндэкзина, 4 – ядро вегетативной клетки, 5 – вегетативная клетка, 6 – апертура, 7 – генеративная клетка, 8 – ядро генеративной клетки		Рис. 2. Строение оболочки пыльцевого зерна [по Куприяновой, Алёшиной, 1972] 1 – элементы скульптуры, 2 – покровный слой, 3 – столби- ковый слой, 4 – подстилающий слой, 5 - наружный слой, 6 - внутренний слой

Структура слоёв спородермы весьма специфична для порядков, семейств, а нередко родов и видов высших растений. Наружний слой (периспорий) характерен преимущественно для спор папоротников и мхов. У пыльцевых зёрен семенных растений перина встречается крайне редко: у некоторых голосеменных на ее месте формируется орбикулярный слой, а у покрытосеменных её заменяет трифина, особенности состава и строения которой определяются способом опыления [Мейер-Меликян, 1999].

Экзина, наружная часть оболочки пыльцевого зерна, подразделяется на два основных слоя: наружный (эктэкзина, сэкзина) и внутренний (эндэкзина, нэкзина). Между ними иногда может присутствовать промежуточный слой (мэкзина), который интенсивно окрашивается фуксином. Каждый из указанных слоёв имеет специфическое строение.

Эктэкзина большей частью представлена столбиками, которые являются ее основным элементом. Если они соединяются, то образуется покров. У некоторых видов зерен имеется надпокров (шипы, бугорки и т.д.). Соединённые ножки колонок образуют подстилающий слой (рис. 2). Эндэкзина – это обычно тонкий, почти незаметный слой, который не окрашивается фуксином.

Интина, внутренняя часть оболочки пыльцы, состоит из двух слоев: наружного (экзинтина, гиалины), образующего у пыльцы многих двудольных растений онкусы (линзовидные утолщения), и внутреннего слоя (собственно интины, эуинтины) [Куприянова, Алёшина, 1972].

Обычно 4 пыльцевых зерна (тетрада), возникшие в результате мейоза одной материнской клетки микроспор (рис. 3), при созревании становятся полностью свободными и в дальнейшем существуют в виде монад (одиночные), но некоторые и после созревания остаются в виде диад, тетрад, полаид или в поллиниях (рис. 4) [Мейер-Меликян, 1999].

Рис. 3. Фото тетрады, образовавшейся в резуль- тате мейоза [Handbook of support for laboratory technicians (Atmosnet)]		Рис. 4. Одиночные и собранные пыльцевые зёрна, типы тетрад [по Куприяновой, Алёшиной, 1972] А – монада, Б – диада, В, Г – тетраэдрическая, Д – квадратная, Е – крестообразная, Ж – ромбическая, З – линейная, И – полиады, К – поллиний

На стадии тетрад закладываются основные морфологические признаки пыльцевых зёрен, в частности определяется их полярность (рис. 5).

Часть поверхности пыльцевого зерна, обращённая к центру тетрады, называется проксимальной, противоположная ей поверхность, обращённая наружу и максимально удаленная от тетрады, называется дистальной. В соответствии с этим, у каждого пыльцевого зерна имеется 2 полюса – дистальный и проксимальный. Точка, расположенная в центре дистальной поверхности, называется дистальным полюсом. Точка, расположенная в центре проксимальной поверхности называется проксимальным полюсом [Wodehouse, 1935; цит. по Дзюба, 2005].

Пыльцевые зёрна с хорошо выраженными полюсами, морфологически неотличимыми друг от друга, называются равнополярными (изополярными), морфологически отличающимися друг от друга полюсами – разнополярными (гетерополярными), с невыраженными полюсами – неполярными (аполярными) (рис. 6).

Рис. 5. Полярность пыльцевых зёрен в тетраде [Handbook of support for laboratory technicians (Atmosnet)] А – дистальный полюс, Б – проксимальный полюс, P – полярная ось, E – экваториальный диаметр		Рис. 6. Виды пыльцевых зёрен с различной полярностью (фото Р.Г. Курманова) А – изополярное пыльцевое зерно (Vicia cracca – горошек мышиный), Б – гетерополярное пыльцевое зерно (Pinus sylvestris – сосна обыкновенная), В – аполярное пыльцевое зерно (Dianthus acicularis – гвоздика иглолистная)

Воображаемая линия, соединяющая проксимальный и дистальный полюса, называется полярной осью (Р). Экваториальной осью или диаметром (Е) называется линия, расположенная на экваториальной плоскости перпендикулярно полярной оси (рис. 5). Форма пыльцевых зёрен зависит от соотношения длины полярной оси к экваториальному диаметру (P/E) (табл. 1).

Форма пыльцевых зёрен [по Мейер-Меликян,1999]

Споры бессеменных растений имеют тетраэдрическую (плауны, многие папоротники, мхи), бобовидную, переходящую в эллипсовидную (многие папоротники) или шарообразную форму (хвощи и большинство мхов).

По длине наибольшей оси пыльцевые зёрна делятся на 6 групп (в мкм): очень мелкие – меньше 10; мелкие – 10-25; средние – 25-50; крупные – 50-100; очень крупные – 100-200; гигантские – более 200 [по Erdtman, 1945]. Размеры спор колеблются от 3-5 мкм до 25-50 мкм [Рудая, 2010]

Очертание пыльцевого зерна зависит от его положения в препарате. При описании морфологии пыльцы необходимо исследовать два положения (проекции): полярное и экваториальное. Различают округлое, эллиптическое, прямоугольное, округло-треугольное, треугольное, округло-трёхлопастное, глубоко-трёхлопастное, выпукло-трёхугольное и другие виды очертаний пыльцевых зёрен [Чернова, 2004].

Апертура – это тонкая или перфорированная часть поверхности пыльцевого зерна или споры, служащая местом выхода пыльцевой трубки или клеточного содержимого. Структуры апертур многообразны, они различаются по расположению, размерам, очертаниям и количеству.

Апертуры бывают (рис. 7):

• простые: щели, борозды, поры, руги, лептомы;
• сложные: бороздно-поровые, бороздно-оровые, порово-оровые.

К межапертурным участкам относятся мезокольпиум (мезопориум) – участок оболочки пыльцевых зёрен, ограниченный двумя смежными бороздами (порами), и апокольпиум (апопориум) – участок полярной области, ограниченный концами борозд (пор) (рис. 8) [Мейер-Меликян, 1999].

Рис. 7. Типы апертур [по Мейер-Меликян, 1999] 1 – борозды, 2 – поры, 3 – бороздно-оровые, 4 – бороздно-поровые, 5 – порово-оровые апертуры		Рис. 8. Межапертурные участки [по Мейер-Меликян, 1999] 1 – мезокольпиум, 2 – мезопориум, 3 – апокольпиум, 4 – апопориум, E – экваториальный диаметр

Щель – тип апертуры характерный для мхов, плаунов, хвощей и папоротников, представляет собой сквозное отверстие, расположенное на проксимальной поверхности. По форме различают однолучевые и трехлучевые щели разверзания (рис. 9). Споры многих мхов и хвощей имеют округлую (поровидную) щель.

Рис. 9. Типы спор 1 – однолучевая бобовидная спора, 2 - трёхлучевая тетраэдрическая спора

Борозды – это удлинённые участки экзины, расположенные меридианально, у которых отношение длины к ширине > 2. Они покрыты тонкой эластичной пленкой (бороздная мембрана), которая может быть гладкой или обладать скульптурой схожей со скульптурой общей поверхности пыльцевого зерна. Число борозд изменчиво. У однобороздных пыльцевых зёрен борозды расположены обычно на дистальной поверхности (сулькатные пыльцевые зёрна), у трёх- и многобороздных зёрен – по экватору (кольпатные), у многобороздных зерен – распределены равномерно по всей поверхности пыльцы.

Поры – более или менее округлые, сквозные или покрытые мембраной апертуры, у которых отношение длины к ширине < 2. Они могут быть простыми и камерными, с ободком или с оперкулюмом, либо без них (рис. 10).

Рис. 10. Виды пор А – пора с утолщенной эндэкзиной (costa), Б – камерная пора (vestibulum), В – пора с ободком (annulus), Г – пора с крышечкой – оперкулюмом (opercula)

Лептома – тонкий участок экзины, неясно очерченный, округлой или продолговатой формы, возникающий в результате редукции борозды.

Руги – короткие бороздки, глобально распределенные на поверхности пыльцевых зёрен (ругатные или рассеянно-бороздные). Они покрыты мембраной и обычно располагаются по три под углом в 120° [Куприянова, Алёшина, 1972].

Сложные апертуры состоят из двух или трех апертур: борозды и поры, соединенные вместе; меридианальная борозда и пересекающей ее экваториально ора [Бурмистров, Никитина, 1990].

Ора – это внутренняя часть сложной апертуры, вытянутая экваториально и образованная в результате утончения или полного отсутствия внутренних слоев экзины. Латеральные части оры заходят на мезокольпиум и покрыты скульптурой. Чаще они имеют полулинзовые очертания, но иногда бывают крупные, с неровными краями и почти равные по площади борозде (розоцветные). Средняя часть оры, соответствующая ширине борозды, является выходным отверстием для пыльцевой трубки. Обычно она совсем лишена слоев экзины.

По характеру апертур выделяют типы пыльцевых зёрен (рис. 11).

Рис. 11. Типы пыльцевых зёрен А – экваториальная проекция, Б – полярная проекция

Для определения морфологических типов пыльцевых зёрен крайне важными являются признаки скульптуры их поверхности, образованные за счёт элементов экзины, надпокрова, причем внешне сходные типы скульптуры могут быть сформированы разными слоями спородермы. Наиболее часто встречаются следующие типы скульптуры: шиповатая, бугорчатая, зернистая, морщинистая, сетчатая, ямчатая, струйчатая, столбчатая, гребенчатая и различные их сочетания (рис. 12) [Бурмистров, Никитина, 1990].

Рис. 12. Основные типы структуры [по Bucher, 2004]

Текстура представляет собой рисунок внутренней структуры экзины, выявляемый в оптическом разрезе с помощью светового микроскопа [Мейер-Меликян, 1999]. Текстурный рисунок представлен несколькими типами: внутрисетчатый, пятнистый, мелкоточечный. Некоторые виды могут быть снабжены одновременно скульптурой и текстурой [Бурмистров, Никитина, 1990].

Пыльца различных родов растений в пределах одного семейства более сходна между собой, чем пыльца растений различных семейств, но все же различается величиной и внешним видов. Пыльца же близких видов обычно очень сходна по внешности, но различается величиной и отношением длины к ширине. В целом, форма и другие характеристики пылинок являются наследственно постоянными для каждого вида растения [Глухов, 1955].