دانلود مقاله بررسی ریختشناسی کلاله و تاکسونومی عددی Pedicularis L . ( تیرة گلجالیزیان ) در ایران

بخشی از مقاله

مقدمه

سردة Pedicularis L. متعلق به تیرة گل جالیزیان یا Orobanchaceae و زیر تیرة Rhinanthoideae است

Rhinantheae .(Olmstead et al., 2001)، براي اولین بار توسط لینه شرح داده شد .(Linnaeus, 1937) این سرده با داشتن حدود 600 تا 800 گونه یکی از بزرگترین سردهها در نهاندانگان محسوب میشود (Wang et al., 2003)و اساساً در مناطق مرتفع و نیمهکوهستانی-کوهستانی نیمکرة شمالی پراکنش دارد .(Mill, 2001) منطقه کوهستانی هیمالیا-هنگدوان در چین مرکز پیدایش، تکامل و واگرایی این گیاه شناخته شده است که حدود 2/3 گونههاي این سرده بومی این منطقه هستند .(Yu & Wang, 2008)

این گیاه که ساکنان محلی آن را "جینگشن" مینامند، بهدلیل دارابودن گلیکوزیدهاي فنیل پروپانوئیدي در طب سنتی چین براي درمان ضعف عمومی، گرفتگی عضلات، خستگی مفرط، تقویت گردش خون، مشکلات هاضمهاي و اختلالات دوران پیري استفاده میشود(.(Zhang et al., 2007 در سیستمهاي طبقهبندي این سرده بعد از ویژگیهاي ساختار گل، نحوة آرایش برگه و ساختار گلآذین بیشترین اهمیت را دار ند و بر این اساس حدود 13 بخشه در آن معرفی شده است. (Yang & .Wang, 2007) براساس مطالعات فیلوژنتیکی تکتباربودن این سرده تأئیدشده است .(Ree, 2005) در ایران 9 گونه از سردة Pedicularis پراکنش دارد که در بین آنها P. cabulica بومی محدودة فلور ایرانیکاست و P. rechingeri در شمالشرقی ایران و P. strausii در مرکز، گونههاي اندمیک هستند .(Wendelbo, 1981) این گیاهان چندساله و نیمهپنهان هستند و اکثر آنها در ارتفاع 1300- 4000 متر میرویند. گیاهانی هستند علفی، چندساله و نیمهانگل. برگها متناوب تا متقابل یا چرخهاي، شانهاي شکافته تا 1 یا 2 بار شانه-بخشی، گلآذین انتهایی یا با گلهاي جانبی. برگهها معمولاً برگمانند، کاسه لولهاي تا استکانی، جام مایل به ارغوانی تا صورتی و زرد، دولبه؛ لب بالایی کلاهخودمانند داراي منقار یا فاقد آن؛ لب پایینی سهلوبه. پرچمها 4 عدد، دو به دو هماندازه؛ کپسول فشرده، با شکوفایی شیاري، کموبیش نامتقارن. دانهها

58/58 Nova Biologica Reperta 1 (2): 57-66 (2015)

متعدد، تخم مرغی یا مستطیلی، مشبک یا رگهدار. صفاتی مانند نوع گلآذین، نحوة آرایش برگهاي ساقهاي، وجود یا فقدان منقار روي جام گل، رنگ جام گل، طول خامه، شکل کپسول و اندازة برگهها مهمترین صفات متمایزکنندة گونههاي این سرده معرفی شدهاند .(Saeidi Mehrvarz, 2006a) با استفاده از این صفات میتوان گونهها را از یکدیگر شناسایی و تفکیک کرد.

براساس مطالعات گردهشناسی صفاتی مانند شکل، اندازه، نوع دریچه و تزئینات سطح اگزین گرده ارزش سیستماتیکی دارند و میتوانند به شناسایی بهتر گونهها کمک کنند (Saeidi .Mehrvarz et al., 2013) بر همین اساس دو نوع دانه گرده و چهار نوع آرایش اگزین در گونههاي موجود در ایران تشخیص داده شده است.

گونههاي P. condensate، P. wilhelmsiana، P. sibthorpii، P. cabulica و P. rhinanthoides دانههاي گردة دوشیاري پیوسته دارند. نحوة آرایش برگهاي ساقهاي در این گونهها به صورت متناوب است. گونههاي P. caucasica،

P. pycnantha، P. rechingeri و P. strausii با داشتن آرایش چرخهاي روي برگهاي ساقهاي خود، دانههاي گردة سهشیاري پیوسته دارند.

کلاله بهعنوان یکی از اجزاي جداییناپذیر سیستم گردهافشانی و دریافتکنندة گرده نقش مهمی در روند تولیدمثل

Pedicularis ایفا میکند .(Yang et al., 2002) با وجود این به اندازة کافی در مطالعات مربوط به گردهافشانی بررسی نشده است. بهطورکلی، در این سرده ریختشناسی ساختار گل تفاوتهاي چشمگیري ازنظر شکل و طول لوله جام گل نشان میدهد .(Wang & Li, 2005) تحلیلهاي اخیر فیلوژنی درجه بالایی از هموپلازي صفات مربوط به گل را در این سرده نشان میدهند که آن را درنتیجه تکامل همراه با الگوهاي گردهافشانی میدانند .(Zhang et al., 2011) براساس مطالعات گردهشناسی (Saeidi-Mehrvarz et al., 2013)، ریختشناسی (Saeidi-Mehrvarz, 2006a) و تشریحی میوه (Saeidi Mehrvarz et al., 2006b) که دربارة گونهها انجام گرفتهاند، برخی گونهها در برخی صفات مشابه یکدیگرند، به-

یافتههاي نوین در علوم زیستی جلد 1، شمارة 57-66 :2

طوريکه تشخیص آنها از یکدیگر مشکل است. براي مثال دو گونه P. rechingeri و P. strausii در برخی صفات مانند نحوة آرایش برگهاي ساقهاي، نوع گلآذین، رنگ جام گل، حضور منقار کوتاه روي جام گل، فقدان کرك روي میله پرچم، تعداد لایههاي اندوکارپ در میوه، نوع دریچه گرده و آرایش سطح اگزین با یکدیگر مشترك هستند. این درحالی است، که مطالعات گردهشناسی (Saeidi Mehrvarz et al.,

2013) درباب دو گونه P. condensata و P. sibthorpii، با وجود تعدادي صفت مشابه مورفولوژیکی و آناتومیکی میوه، ویژگیهاي افتراقی دیگري را براي تمییزدادن این دو گونه از یکدیگر ارائه کردهاند. به همین منظور در این پژوهش با مطالعه کلاله و استفاده از تحلیل عددي، میزان تشابه بین گونهها و ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی میکنیم.

مواد و روشها

جهت مطالعه کلاله، از نمونههاي هرباریومی موجود در مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور (TARI)، دانشگاه اصفهان و مرکز تحقیقات کشاورزي و منابع طبیعی استان گیلان استفاده شد (جدول .(1 در ابتدا گلهاي مناسب از ساقه جدا و در آب ولرم قرار داده شدند. سپس به کمک سوزن استریل کلالهها جدا و در میکروتیوپهاي حاوي اتانول 96 درصد قرار داده شدند. نمونهها در مرکز پژوهش متالورژي رازي در تهران بهوسیله دستگاه مدل EMITECH K 450X طلاپوش شده و سپس به-وسیله میکروسکوپ الکترونی نگاره مدل VEGA TESCAN در ولتاژ 15کیلووات و بزرگنمایی 200 تا 400 اسکن شدند (شکل .(1

در ادامه، به منظور تعیین میزان شباهت و ارتباط بین گونهها تحلیل عددي انجام شد. نمونههاي تحت مطالعه از گونههاي P.

condensate M. Bieb.، P. wilhelmsiana Fisch. ex

M. Bieb.، P. sibthorpii Boiss، P. rhinanthoides Schrenk، P. caucasica M. Bieb.، P. pycnantha
Boiss.، P. rechingeri Wendelbo و P. strausii

.Hausskn. ex Bornm به استثناي P. cabulica Benth از

/59 Nova Biologica Reperta 1 (2): 57-66 (2015) 59

دو جمعیت تحت بررسی قرار گرفت. درنهایت، 45 صفت شامل 28 صفت کمی و 17 صفت کیفی (آرایش برگهاي ساقهاي، کرك روي ساقه، کرك روي میله پرچم، دندانه یا منقار روي جام گل، رنگ جام گل، دندانه یا منقار روي کپسول، دمبرگ در برگهاي ساقهاي، اندازة برگهها نسبت به گلها، تعداد لایههاي اندوکارپ در میوه، کریستال در برگ، کرك روي برگ، غلاف اسکلرانشیمی در برگ، نوع گلآذین، شکل گرده، نوع دریچه گرده، نوع تزئینات اگزین، فرم کلاله) تحلیل شد. با استفاده از نرمافزار (NTSYS-Pc, ver. 2.1) ماتریس عدم تشابه ضریب اقلیدسی محاسبه شد و دندروگرام بهوسیله این ضریب با روش UPGMA رسم گردید (Sneath & Sokal, .1973; Rohlf, 2000) درنهایت تحلیل تجزیه مؤلفههاي اصلی (PCA) انجام شد و پلات دوبعدي حاصل از آن رسم شد. این تحلیل علاوه بر تفکیک گونهها، مشخص میکند در جدایی گونهها از یکدیگر کدام صفات اهمیت بیشتري دارند.

نتایج

نماي کلاله و سطح آن به وسیله میکروسکوپ الکترونی بررسی شد. سطح کلاله در تمام گونه ها بهوسیله زوائد بههمفشردهاي پوشانده شده است (شکل .(1 E پاپیها روي سطح از مدور تا بیضوي متغیر هستند. سطح کلاله در گونههاي P. pycnantha و P. wilhelmsiana مسطح است و وسعت کمی دارد (شکل A 1 و (C اما در گونههاي P. cabulica، P. caucasica،
P. rechingeri، P. sibthorpii، P. condensata و P. strausii به شکل نیمهکروي است و وسعت بیشتري را نشان میدهد (شکل B1، D، F، G و .(I متفاوتترین کلاله متعلق به P. rhinanthoides است که کلاله در آن مخروطی شکل و داراي سطح بزرگتري نسبت به دیگر گونههاست (شکل . (1H همچنین روي سطح آن فرورفتگیهاي مجرامانندي وجود دارد که درگونههاي دیگر مشاهده نمیشوند. جهت تعیین حدود تاکسونها در حد گونه، مطالعات تحلیل عددي براساس صفات ریختشناسی، تشریحی و گردهشناسی انجام گرفت. دندروگرام حاصل از صفات دادهشده به روشهاي مختلف ترسیم و در-

یافتههاي نوین در علوم زیستی جلد 1، شمارة 57-66 :2

نهایت درخت UPGMA به دلیل تناسب بهتر بین دندروگرام و ماتریکس اولیه انتخاب شد (شکل .(2 ضریب همبستگی کوفنتیک نشان میدهد که 93/3 درصد از اطلاعات ماتریکس شباهت به دندروگرام منتقل شده است. همانطور که در شکل 2

60/60 Nova Biologica Reperta 1 (2): 57-66 (2015)

مشاهده میشود، بهطور کلی گونهها در دو خوشه اصلی قرار میگیرند. P. cabulica و P. rhinanthoides با سطح تشابه %10/55 از دیگر گونهها جدا میشوند و در یک خوشه قرارمی-گیرند و یک گروه را تشکیل میدهند.

جدول -1 مشخصات محل جمعآوري گونههاي تحت بررسی در مطالعات کلاله.

Table 1. Features relating to the collection area and voucher numbers of specimens of species studied.

مشخصات محل جمع آوري گونهها

(1 تهران، جاده کندوان-هراز، 2400 متر، اسدي و مظفریان،32952، (TARI) P. condensata M. Bieb.
(2 آذربایجان، 3 کیلومتري جنوب غربی کلیبر، 1800 تا 2600 متر، ترمه، 14212، (TARI)
(1 آذربایجان، منطقه محافظت شده ارسباران، 1800 متر، اسدي و وثوقی، 24982، (TARI) P. wilhelmsiana Fisch. ex M.
(2 آذربایجان، منطقه محافظت شده ارسباران، 2350 متر، حمزه و عصري، 81779، (TARI) Bieb.


(1 گیلان، رودبار، 2578 متر، مرادي و لادنی، 1180، (مرکز تحقیقات کشاورزي و منابع طبیعی گیلان) P. sibthorpii Boiss.
(2 آذربایجان، منطقه محافظت شده ارسباران، بین مکیدي و کلیبر،1700 متر، اسدي و وثوقی، 25010،
(TARI)
کرمان، کوه لالهزار، 3000 متر، فروغی و اسدي، 16331، (TARI) P. cabulica Benth.

(1 تهران، گاجره، 2500 متر، آقابیگی، 24833، (TARI) P. rhinanthoides Schrenk
(2 سمنان، 30 کیلومتري جنوب غربی شاهرود، ارتفاعات تاش، کوههاي شاهوار، 3000 متر، اسدي و
معصومی، 21091، (TARI)
(1 تهران، کندوان، 3050-2600 متر، اسدي و مظفریان، 32881، (TARI) P. caucasica M. Bieb.
(2 مازندران، جنوب رامسر، سی امام، 3400 متر، رونهمارك و معصومی، 21827، (TARI)
(1 تهران، جاده کرج-چالوس، 2700 متر، اسدي و شهسواري، 69695، (TARI) P. pycnantha Boiss.
(2 مازندران، 40 کیلومتري جنوب رامسر، شیب جنوبی کوه خشه- چال، 3600-2900 متر، اسدي و
معصومی، 51156، (TARI)
(1 خراسان، مشهد، دره گز، 1720 متر، فروغی، 5535، (TARI) P. rechingeri Wendelbo
(2 خراسان، 60 کیلومتري تربت حیدریه، رباط سفید، 1750 تا 1900 متر، اسدي و مظفریان، 35854،
(TARI)
(1 اصفهان، سمیرم، 1900 متر، پریشان، 14500، (دانشگاه اصفهان) P. strausii Hausskn. ex
(2 اصفهان، خوانسار، قلعه بالا محمد، کوه گلستان، 2480 تا 2850 متر، موسوي و ترمه، بدون شماره، Bornm.
(TARI)


یافتههاي نوین در علوم زیستی جلد 1، شمارة 61/61 Nova Biologica Reperta 1 (2): 57-66 (2015) 57-66 :2

خوشه دیگر شامل P. condensata، P. wilhelmsiana، P. sibthorpii، P. caucasica، P. pycnantha، P.
rechingeri و P. strausii است که در آن P. rechingeri

و P. strausii با سطح تشابه 9/82 درصد از دیگر گونهها جدا میشوند و با یکدیگر در یک گروه قرار میگیرند. همچنین P. condensata و P. wilhelmsiana نیز با سطح تشابه 7/92 درصد یک گروه را تشکیل میدهند.

پلات دوبعدي تحلیل PCA نیز گونههاي مشابه یکدیگر را نشان میدهد که درکنار یکدیگر قرار گرفتهاند (شکل .(3

P. cabulica و P. rhinanthoides که در دندروگرام

UPGMA در یک خوشه و جدا از دیگر گونه ها قرار گرفته بودند، در اینجا نیز درکنار یکدیگر و با فاصله از گونههاي دیگر قرار دارند. به همین ترتیب تشابه P. rechingeri و strausii
P. با یکدیگر و P. condensata و P. Wilhelmsian نیز با یکدیگر که در دندروگرام مشخص شده بود تأیید میشود. اما
pycnantha P. به P. rechingeri و P. strausii

نزدیکتر شده و از P. condensata و P. wilhelmsiana

فاصله گرفته است. به همین ترتیب P. sibthorpii نیز به P. condensata و P. wilhelmsiana شباهت بیشتري را نشان میدهد.

به منظور بررسی میزان تغییرپذیري صفات، تحلیل PCA دربارة 24 صفت ریختشناسی، 13 صفت تشریحی و 8 صفت گردهشناسی انجام گرفت که در شکل 4 نشان داده شده است. صفات مشخصشده در دایره کمترین میزان تغییرپذیري را نشان دادند و کمترین تأثیر را در نتایج دارند. بر اساس این تحلیل صفات شمارة 16، 20، 1، 22، 23 و در نهایت 21 (که بهترتیب مربوط به ضخامت پريکارپ در میوه، ضخامت پارانشیم حفرهاي در برگ، ارتفاع ساقه، ضخامت پوست ساقه، ضخامت کل ساقه و طول رگبرگ میانی هستند) بیشترین میزان تغییرات را دارند (جدول .(2

شکل -1 تصاویر میکروسکوپ الکترونی نگاره از نماي کلی و سطح کلاله گونههاي Pedicularis در ایران: P. pycnantha (A)، P. cabulica (B)، (C)

P. wilhelmsiana، P. caucasica (D)، (E) نمایی از تزئینات سطح کلاله در گونههاي Pedicularis به جز P. rhinanthoides، (F) P.
rechingeri، P. sibthorpii (G)، P. rhinanthoides (H)، .P. condensata (I)
of Pedicularis species in Iran: (A) 1. SEM micrographs of outline view and stigmatic surfaces Fig.
stigmatic surface in Pedicularis species P. pycnantha, (B) P. cabulica, (C) P. wilhelmsiana, (D) P. caucasica, (E)
except for P. rhinanthoides, (F) P. rechingeri, (G) P. sibthorpii, (H) P. rhinanthoides, (I) P. condensata.

یافتههاي نوین در علوم زیستی جلد 1، شمارة 62 Nova Biologica Reperta 1 (2): 57-66 (2015) 57-66 :2
62/

جدول -2 فهرست صفات کمی مؤثر در شناسایی گونهها براساس نتایج حاصل از .PCA

Table 2. The list of applicable quantitative characters for diagnosing species based on PCA.

طول رگبرگ میانی ضخامت کل ساقه ضخامت پوست ساقه ارتفاع ساقه ضخامت پارانشیم ضخامت پریکارپ در میوه گونهها
(µm) (µm) (µm) (mm) حفرهاي در برگ (µm)
(µm)
1000- 1500 875-1350 450- 625 410- 550 225- 350 ٥٢٥-٣٧٥ P. condensata
(1290 180) 202) (1090 (551/5 65) (498 42) (301 38) (٥٠±٤٧٠)
± ± ± ± ±

40-47/5 1250- 1500 450- 500 100- 250 200- 300 ٧٥٠-١٧٥ P. wilhelmsiana
(44 1) 82) (1396 (475/5 14) (203 43) (258 34) (١٧٩±٥٧٠)
± ± ± ± ±


1200- 1250 1875- 2000 625- 750 200- 900 200- 350 ٥٠٠-٣٠٠ P. sibthorpii
(1232 17) (1934/5 47) (691/5 47) (666/5 217) (295 45) (٦٥±٥/٤١٩)
± ± ± ± ±

1075- 1150 575- 675 300- 350 150- 300 250- 400 ٣٧٥-٢٧٥ P. cabulica
(1112/5 28) 34) (625 (325/5 17) (234/5 56) (336 51) (٣٧±٣٢٢)
± ± ± ± ±


700- 800 1100- 1125 450- 625 100- 220 225- 250 ٤٥٠-١٥٠ P. rhinanthoides
(752/5 35) 8) (1117 109) (543/7 (173 44) (239 9) (١١٣±٥/٣٣٣)
± ± ± ± ±

625- 700 950-1375 200- 450 50-150 250- 350 ٤٧٥-٢٥٠ P. caucasica
(661 26) 144) (1244 88) (343 /75 34/75) (310 28/5) (٧١±٣٦٢)
± ± ± ± ±

(103
800- 925 1500- 1625 475- 625 50-400 300- 375 ٥٠٠-٢٢٥ P. pycnantha
(873/5 45) 35) (1585 (560/5 60) 233/75 143) (343 29) (٨٥±٤٠٦)
± ± ± ± ±
)
1225- 1300 500-1250 600- 750 350- 400 125- 150 ٥٧٥-٣٧٥ P. rechingeri
(1265 27) (888 246) 52) (687 (372 17) (138 9/5) (٦٧±٤٧٧)
± ± ± ± ±


1825- 1875 2000- 2250 625- 750 380- 400 450- 675 ٥٠٠-٢٥٠ P. strausii
(1851/5 19/5) 77) (2155 40/5) ± (694 (390/5 6/2) (582 79) (٨٨±٣٧٧)
± ± ± ±

بحث

تغییرات تکاملی در منقار و لوله جام گل در Pedicularis هماهنگ با تغییرات مرتبط در ساختار گل اتفاق میافتد و این رویدادهامجموعاً باعث افزایش تأثیر گردهافشانی در گلها میشوند .(Yang et al., 2002) طبق مشاهدات ما P. pycnantha و P. wilhelmsiana کلالهاي با سطح مسطح و وسعت کم دارند. جام گل در این دو گونه بدون دندانه و منقار

است. در P. condensata، P. sibthorpii، P. cabulica، P. caucasica، P. rechingeri و P. strausii کلاله تقریباً کرويشکل است و وسعت بیشتري دارد. بهجز P. condensata و P. caucasica، در سایر گونهها جام گل داراي منقاري کوتاه روي گالئا دارد. کلاله در P.
rhinanthoides بهشکل مخروطی، داراي سطحی زبر با فرورفتگیهاي مجرامانند است که کاملاً با گونههاي دیگر فرق

دارد. مشاهدات ما دربارة این گونه با مطالعه یانگ و همکاران همخوانی دارد .(Yang et al., 2002) جام گل در این گونه منقار بلند و خمیده دارد. بنابراین، بهطور کلی نتایج این تحقیق با مشاهدات یانگ و همکاران مبنی بر وجود روابط قابل توجه بین مورفولوژي کلاله و ساختار گل منطبق است. سطح کلاله در گونههاي داراي منقار بهطورقابل توجهی افزایش یافته است. به این ترتیب احتمال اتصال گرده به سطح کلاله و ساختار مجرا-مانند آن زیادتر خواهد شد.