COMPARATIVE ANALYSIS OF ANATOMICAL AND HISTOLOGICAL FEATURES OF STEMS OF HEDYSARUM FRUTICOSUM PALL. AND HEDYSARUM ALPINUM L

Abstract


The article is devoted to a microscopic study of the stems of the Hedysarum fruticosum Pall. and Hedysarum alpinum L. to identify the anatomical and histological characteristics of previously unstudied species Hedysarum fruticosum. The analysis showed significant similarity of the stem structure of the two studied species genus Hedysarum. There is an intermediate type of the structure of the stele, the presence of marked hypodermis in H. fruticosum and H. alpinum. Bundles of young stems contain parenchyma cells with orange-brown pigment, wide lumens and a lot of mechanical fibers are found in the wood substance. However, specific features which can be used to determine the authenticity and quality of medicinal plant raw material were identified.

Full Text

Копеечник кустарниковый (Hedysarum fruticosum Pall.) - вид из семейства Бобовые (Fabaceae); это полукустарник, стебли длиной до 120 см - прямостоячие, либо вильчатые, прижато опушенные. Листочки в числе 4-10 пар, продолговатые или эллиптические, длиной 1-4 см, шириной до 1,5 см, с обеих сторон прижато опушенные, сероватые, иногда сверху почти голые. Кисть рыхлая, 5-10-цветковая, изредка ветвистая и тогда более многоцветковая. Прицветники мелкие, рано опадающие. Чашечка длиной около 5 мм, зубцы ее треугольно-ланцетные или треугольные, в 1,5-3 раза короче трубки. Венчик розовый, в сухом состоянии пурпурово-фиолетовый, длиной 16-20 мм. Лодочка немного короче широкого флага, крылья вдвое короче лодочки. Завязь и бобы опушенные, иногда голые. Членики бобов в числе 2-5, продолговато-эллиптические, нередко с утолщениями, иногда с бугорками [6]. Копеечник альпийский (Hedysarum alpinum L.) - вид из семейства Бобовые (Fabaceae); это многолетнее травянистое растение, стебли длиной до 150 см, прямостоячие, голые или в верхней части могут быть опушены короткими и слегка курчавыми волосками. Листочки в числе 5-11 пар, продолговато-яйцевидные, удлиненно-эллиптические, длиной 1,5-3,5 см, шириной до 1,2 см, сверху голые, снизу рассеянно прижато-волосистые (главным образом по жилкам) или почти голые. Цветки розовые, лилово-розовые, в высушенном состоянии фиолетовые, в кистях длиной 5-20 см. Прицветники линейно-ланцетные, ланцетные, длиной 4-6 мм, в 1,5-3 раза короче цветоножек, реже почти равны им. Чашечка длиной 3,5-4,5 мм, опушена короткими, слегка курчавыми волосками, с неравными зубцами, из которых нижний немного короче трубки. Венчик длиной 13-16 мм, лодочка длиннее флага, крылья почти равны флагу. Завязь голая или опушенная. Членики бобов в числе 1-4, овально-эллиптические или овальные, сетчатые, с очень узкой каймой, реже без нее, голые или рассеянно опушенные [7]. Выбор объектов нашей работы обусловлен тем, что копеечник альпийский - известное и достаточно изученное лекарственное растение [5]. Вместе с тем, такой вид как копеечник кустарниковый практически не исследован. Однако, предположительно, он также может содержать схожие биологически активные вещества. Следовательно, необходимо провести комплексный фармакогностический анализ копеечника кустарникового. Цель исследования: сравнительное изучение анатомо-диагностических признаков копеечника кустарникового и копеечника альпийского. Полученные результаты планируется использовать при подготовке проекта фармакопейной статьи на сырье. В этой связи было проведено фармакогностическое изучение стеблей копеечника кустарникового и копеечника альпийского для выявления диагностически значимых признаков данного вида сырья при установлении его подлинности. Материалы и методы исследования Объектами исследования являлись высушенная трава копеечника кустарникового (H. fruticosum), собранная на территории района Южный лагерь близ Улан-Удэ, и трава копеечника альпийского (H. alpinum), собранная в г. Бийске. Сушка собранного сырья производилась естественным способом: сырье сушили под навесами, разложив тонким слоем, без доступа прямых солнечных лучей. Окончание сушки определялось по ломкости стеблей и листьев. Микропрепараты изготавливали по общепринятой методике [3, 4]. Анатомо-диагностическое исследование стеблей копеечников проводили в проходящем отраженном свете, с помощью светового микроскопа марки «Альтами БИО 6», с объективами ×4, ×10, ×40, окулярами ×20. Микрофотосъемка выполнена с помощью цифровой окулярной камеры UCMOS05100KPA (3.1 megapixels). Фотографии отредактированы в программе Altami Studio. Результаты исследования На поперечном срезе молодого стебля (первый год жизни, начало онтогенеза) копеечника кустарникового (рис. 1) отчетливо выражены три анатомо-топографические зоны: покровы, первичная кора и центральный цилиндр (или стель). Покровы представлены эпидермой, которая располагается на поверхности стебля и граничит с окружающей средой. Основу данной первичной покровной ткани составляют собственные клетки эпидермы, располагающиеся в один слой. В составе эпидермы наблюдаются также кроющие трихомы, они имеют базальную клетку, выше которой находится вытянутая довольно широкая клетка с заостренной верхушкой и живым содержимым. Форма и строение трихом покровной ткани стебля (рис. 1) аналогичны волоскам эпидермы листочков сложных листьев копеечника кустарникового, что было показано в предыдущих работах [1, 2]. Первичная кора залегает глубже, под покровами стебля. Эта зона включает несколько тканей. Наружная ткань первичной коры, граничащая с эпидермой, - это гиподерма, которая состоит из одного ряда живых клеток с утолщенными клеточными стенками и цитоплазмой с хлоропластами. Клетки гиподермы крупнее эпидермальных. Глубже под гиподермой находится хлоренхима - фотосинтезирующая ткань. Хлоренхима содержит несколько рядов небольших тонкостенных клеток с хлоропластами. Напротив проводящих пучков под гиподермой располагаются широкие участки колленхимы. Благодаря особенностям цитологического строения (утолщенные клеточные стенки и наличие хлоропластов) колленхима выполняет две функции: опорную, или механическую, и ассимиляционную. Вместе с тем колленхима не препятствует росту молодого стебля в толщину. Самая внутренняя анатомо-топографическая зона стебля - это центральный цилиндр, который в стебле имеет особое значение, поскольку обеспечивает дальний транспорт веществ и связывает в единую целостную систему подземные и надземные органы растения. Центральный цилиндр в стебле копеечника кустарникового занимает больший объем по сравнению с первичной корой. На периферии центрального цилиндра находится склеренхима перициклического происхождения. Склеренхима - механическая ткань, клетки которой имеют сильно утолщенные, лигнифицированные оболочки, клетки склеренхимы выполняют опорную функцию в мертвом состоянии. Склеренхима располагается широкими тяжами, которые приурочены к проводящим пучкам, эта механическая ткань находится кнаружи от флоэмы каждого пучка. Проводящие пучки в молодом стебле копеечника кустарникового открытые, коллатерального типа: в составе пучков есть камбий, который обеспечивает вторичный рост, а проводящие ткани - флоэма и ксилема - находятся бок о бок в виде тяжей. Обращает на себя внимание, что в составе ксилемы находится большое количество механических элементов - древесинных волокон (рис. 1), что придает необходимую прочность молодым стеблям. По периферии проводящих пучков выделяются крупные клетки-идиобласты с оранжево-коричневым пигментом (рис. 1). Проводящие пучки в молодом стебле разделены между собой участками запасающей паренхимы, поскольку формирование пучков начинается за счет деятельности первичной меристемы - прокамбия, закладывающегося по одной окружности не сплошным кольцом, а отдельными тяжами. В самом центре стели и, соответственно, стебля располагается мощная сердцевина. В молодом стебле эта ткань занимает значительный объем центрального цилиндра. Сердцевина представлена тонкостенными паренхимными клетками, в которых откладываются запасные вещества. Сердцевина неоднородна, ее периферическая часть - это перимедулярная зона, она состоит из относительно мелких клеток. Именно в перимедулярной зоне сердцевины располагаются клетки-идиобласты, содержащие оранжево-коричневый пигмент. В центре сердцевины находятся крупные запасающие клетки, многие из них несут кристаллы (рис. 1). В зрелом однолетнем стебле копеечника кустарникового происходят изменения в анатомическом строении (рис. 2), связанные с длительной работой вторичной меристемы - камбия и нарастанием вторичных проводящих тканей в составе стели. Для зрелого стебля характерен промежуточный тип, при котором пучковое строение постепенно сменяется непучковым, или сплошным. В онтогенезе стебля переходный тип строения формируется за счет того, что камбий, в отличие от прокамбия, закладывается в виде сплошного, непрерывного кольца. При этом пучковый камбий дифференцируется из остатков прокамбия, а межпучковый камбий образуется из клеток основной паренхимы, располагающихся между первичными проводящими пучками. В процессе работы этой вторичной меристемы внутри проводящих пучков из камбия образуются вторичные проводящие ткани (флоэма откладывается кнаружи от камбия, а ксилема - внутрь). Одновременно из межпучкового камбия формируются новые, дополнительные проводящие пучки, занимающие промежуточное положение между образованными ранее. Новые проводящие пучки состоят только из вторичной флоэмы и ксилемы, поскольку они дифференцируются из камбия. Постепенно пучки разрастаются в ширину и сливаются в одно сплошное кольцо из концентрически располагающихся тканей: флоэмы, камбия и ксилемы. Образуется непучковое строение стели. Изучаемый нами вид - это кустарник [7], поэтому его побеги многолетние, стебли отличаются длительным нарастанием в толщину. В связи с ростом происходят дальнейшие анатомические изменения в строении стебля (рис. 3). В конце первого вегетационного периода эпидерма заменяется на вторичную покровную ткань - перидерму. Перидерма - это сложная, многослойная ткань, которая более надежно защищает стебель от неблагоприятных факторов среды и позволяет стеблю зимовать. Под перидермой располагаются остатки первичной коры. Эти ткани подвергаются центробежному сдавливанию под влиянием растущего центрального цилиндра, поэтому клетки постепенно разрушаются. В многолетнем стебле наибольший объем занимает центральный цилиндр. За счет камбия происходит постоянное нарастание проводящих тканей, особенно ксилемы. Поэтому через несколько лет древесина становится наиболее массивной в составе стели. В составе ксилемы хорошо заметны крупные немногочисленные сосуды, наряду с ними в составе этой проводящей ткани отмечается большое количество склеренхимных волокон (рис. 3). Сердцевина в составе стели многолетнего стебля занимает совсем маленький объем. Следует подчеркнуть, что переходный тип строения центрального цилиндра, значительное количество древесинных волокон в составе ксилемы, наличие склеренхимы в первичной коре делает стебель особенно жестким. Повышение механической прочности стебля в его онтогенезе является приспособлением к суровым условиям степей: недостатку воды, суровым зимам и значительным динамическим нагрузкам на разрыв со стороны ветров. Другим объектом нашего исследования явились стебли копеечника альпийского. Данный вид - травянистое растение, поэтому каждый стебель живет только один вегетационный период. На рис. 4 представлено анатомическое строение стебля в начале онтогенеза. Характер расположения анатомо-топографических зон и тканей в них одинаков с копеечником кустарниковым. В молодом стебле копеечника альпийского стель имеет пучковое строение, вокруг пучков встречаются крупные паренхимные клетки с оранжево-коричневым пигментом. Большую часть стели занимает мощная сердцевина, клетки которой содержат кристаллы. Особенности анатомического строения стебля H. alpinum связаны с покровной тканью - эпидермой. У копеечника альпийского она несет редкие единичные кроющие волоски, в отличие от эпидермы H. fruticosum, в составе которой достаточно много трихом (рис. 1А). В зрелом стебле H. alpinum отмечается формирование дополнительных вторичных проводящих пучков, следовательно, возникает переходное строение стебля (рис. 5). Заключение На основании полученных результатов можно отметить значительное сходство анатомического и гистологического строения стеблей двух изучаемых видов из рода Копеечник. Для H. fruticosum и H. alpinum характерен промежуточный тип строения стели, наличие выраженной гиподермы, в молодых стеблях в составе пучков присутствует склеренхима и паренхимные клетки с оранжево-коричневым пигментом, в древесине -крупные широкопросветные сосуды и много механических волокон. Вместе с тем, в анатомическом строении стеблей копеечника кустарникового и копеечника альпийского выявлены специфические черты. В составе эпидермы стебля H. fruticosum наблюдаются многочисленные кроющие трихомы, тогда как в эпидерме стебля H. alpinum волоски единичные. Побеги копеечника кустарникового многолетние, для них характерен продолжительный рост. В результате формируется вторичная покровная ткань - перидерма; древесина в стели становится всё более широкой и занимает значительный объём. По мере роста стебля сердцевина не нарастает, поэтому соотношение древесины и сердцевины изменяется в сторону ксилемы. Таким образом, выявленные нами особенности анатомо-гистологического строения можно использовать как диагностические признаки при анализе лекарственного растительного сырья, а также для создания проекта фармакопейной статьи.

About the authors

E G KOGAN

Smolensk State Medical University

Email: e.g.kogan@yandex.ru

A N KISILYOVA

Smolensk State Medical University

Email: a.kisilyova@mail.ru

E M ELAGINA

Smolensk State University

Email: emelag@rambler.ru

References

  1. Коган Е.Г., Кисилёва А.Н., Елагина Е.М. Анатомическое изучение листьев копеечника кустарникового // Фармация. - 2016. - №4. - С.19-22.
  2. Коган Е.Г., Кисилёва А.Н., Елагина Е.М. Сравнительный анализ анатомо-диагностических признаков листа копеечника кустарникового (Hedysarum fruticosum Pall.) и копеечника альпийского (Hedysarum alpinum L.) // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2016. - № 1. - С.88-93.
  3. Самылина И.А., Аносова О.Г. Фармакогнозия. Атлас. Том 1. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 192 с.
  4. Сборник методических рекомендаций по стандартизации лекарственных средств. Федеральная служба по надзору в сфере здравоохранения и социального развития. Научный центр экспертизы средств медицинского применения. - М.: Пеликан, 2006. - 392 с.
  5. Федченко Б.А. Копеечник - Hedysarum // Флора СССР / Ботанич. ин-т им. В. Л. Комарова Ак. наук СССР; Гл. ред. акад. В.Л. Комаров; Ред. тома Б.К. Шишкин и Е.Г. Бобров. - М.-Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1948. - Т. XIII. - С. 259-319.
  6. Флора Сибири Fabaceae (Leguminosae) / Под ред. А.В. Положия, Л.И. Малышевой. - Новосибирск: Наука, 1994. - Т.9. - 280 с.
  7. Флора Сибири Fabaceae (Leguminosae). / Под ред. В.И. Курбатского. - Новосибирск: Наука. - 1994. - Т.9. - С.161.

Statistics

Views

Abstract - 25

PDF (Russian) - 7

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2016 KOGAN E.G., KISILYOVA A.N., ELAGINA E.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies