БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2014, том 40, № 5, с. 364-372
УДК 581.4:582.261.58 АЛЬГОЛОГИЯ
ИЗМЕНЧИВОСТЬ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПАНЦИРЯ В ГЕНЕТИЧЕСКИ ОДНОРОДНЫХ И РАЗНОРОДНЫХ ГРУППАХ ДИАТОМОВОЙ ВОДОРОСЛИ NITZSCHIA RECTILONGA TAKANO, 1983 (BACILLARIOPHYTA)1
© 2014г.К. И. Шоренко1, Н. А. Давидович1, М. С. Куликовский2
1Карадагский природный заповедник, Феодосия 298188;
2Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, пос. Борок 152742 e-mail: k_shorenko@mail.ru
Статья принята к печати 19.09.2013 г.
Исследована изменчивость морфологических и структурных элементов панциря диатомовой водоросли Nitzschia rectilonga Takano, 1983 внутри генетически однородных (клон) и разнородных (несколько клонов) групп. Показана относительно более широкая, чем в диагнозе вида, внутриклоновая вариабельность. Расширен диагноз вида и установлен факт двукратной редукции плотности расположения штрихов, видимых в световом микроскопе, по сравнению с электронным изображением.
Ключевые слова: изменчивость, клон, морфология, ультраструктура панциря, Nitzschia rectilonga Takano, Bacillariophyta.
The variability of the morphological and structural elements of the frustule in genetically homogeneous and heterogeneous groups of the diatom Nitzschia rectilonga Takano, 1983 (Bacillariophyta). К. I. Shorenko1, N. A. Davidovich1, M. S. Kulikovskiy2 ('Karadag Nature Reserve, Feodosia, 298188; 2Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy ofSciences, Borok 152742)
The inter- and intraclonal variability of the morphology and ultrastructure of the frustule of Nitzschia rectilonga Takano, 1983 was investigated. This study showed a wider intraclonal variability than in the diagnosis of the species. An emended diagnosis of the species is provided; a twofold reduction in the density of striae visible in the light microscope was found, compared to electron microscope images. (Biologiya Morya, 2014, vol. 40, no. 5, pp. 364-372).
Keywords: variability, clone, frustule morphology and ultrastructure, Nitzschia rectilonga Takano, Bacillariophyta.
Морфологические особенности панциря по-прежнему являются одним из основных критериев для идентификации и разграничения таксонов диатомовых водорослей. Работая с фиксированным материалом из природных популяций, исследователь имеет целый ряд преимуществ, но при этом приходится мириться с ограничениями метода. Среди последних - сложность описания характеристик панциря в ходе жизненного цикла, невозможность получения данных о генетической идентичности и репродуктивной совместимости индивидов. Иногда трудно набрать достаточное количество материала для изучения вариабельности признаков таксона и оценить ее таксономический уровень как внутривидовой или межвидовой. Работа с клоновыми культурами, представляющими генетически однородное потомство одной клетки, позволяет обойти указанные проблемы, а также решить другие задачи. Особо отметим важность использования клоновых культур для целей систематики, в том числе для определения границ вида и его изменчивости. Без выделения клонов невозможно проведение молекулярно-генетических исследований. Использование клоновых культур фактически становится стандартным приемом и нормой в современной диа-томологии (СЬеригпоуй а1., 2004).
Цель настоящего исследования - оценка вариабельности и широты варьирования некоторых морфологических признаков у диатомовой водоросли Nitzschia rectilonga внутри клона и сопоставление их с варьированием в группе клонов этого вида, полученных из природной популяции, а также с литературными данными, указанными в диагнозе вида.
Многочисленные факты существования критических видов и видовых комплексов (Mann et al., 2008; Trobajo et al., 2009, и др.) обусловливают необходимость обсуждения проблемы о единстве вида и его вариабельности, в том числе в пробах, полученных из одной точки. В нашей работе для доказательства видовой специфичности выделенных клонов используется биологический критерий скрещиваемости-нескрещиваемости (Майр, 1974). Репродуктивная совместимость отдельных клонов служит объективной основой для изучения варьирования, не переходящего видовые границы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В качестве объекта исследования была выбрана диатомовая водоросль Nitzschia rectilonga Takano, 1983 - слабоизу-ченный вид, обнаруженный в пробах, отобранных у атлантического побережья Франции. Первоописание вида выполнил
1 Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ (№ 12-04-33078-мол-а-вед).
японский ученый X. Такано, указавший в качестве типового местообитания тихоокеанскую литораль в районе южной части префектуры Айти (о-в Хонсю, Япония) (Takano, 1983). Позже N. rectilonga была найдена в японских заливах Атцуми, Абурацубо и Таноура (Kawamura, Hirano, 1986, 1992; Fukuyo et al., 1990), а также в Амурском заливе Японского моря (Stonik et al., 2009), у берегов Австралии в Коралловом море (Stauber, Jeffrey, 1988), в Индийском (побережье Андаманских островов) (Karthik et al., 2012) и Атлантическом (восточное побережье Канады, Мраморное и Черное моря) океанах (Deniz et al., 2006; Та§, Oku§, 2006; Deniz, Ta§, 2009; Ли, Рябушко, 2009; Mather et al., 2010). К сожалению, в указанных работах, в большей степени флористических, не акцентируется внимание на морфологической изменчивости вида.
Материалом для настоящего исследования послужили девять клонов N. rectilonga, выделенных в 2011 г. из проб, отобранных с глубины до 0.5 м путем соскоба донных обрастаний в заполняемых морской водой устричных прудах на атлантическом побережье Франции к северу от г. Ля-Рошель (46°12'12" N, 1ЧГ45" W). Были выделены клоны 0.1117-Е, 0.1119-В, 0.1119-С, 0.1119-G, 0.1119-1, 0.1119-L, 0.1119-Р, 0.1119-W и 0.1125-В. Клоновой культурой (клоном) считается потомство одной клетки, полученное при митотическом делении. Новые клоны образуются, когда при делении клеток происходит мейоз. Благодаря принципиальному различию механизмов митоза и мейоза, и прежде всего характерной для мейоза ре-комбинантной изменчивости, априори можно утверждать, что клон представлен генетически однородной группой клеток, в отличие от нескольких клонов, происходящих даже из одной генерации. Все клоновые культуры были получены последовательным многократным переносом с помощью микропипетки одной извлеченной из пробы клетки в новую каплю среды. Использовали модифицированную среду ESAW (Давидович, Давидович, 2009). Культуры содержали в чашках Петри при естественном освещении и температуре 20°С. Для подтверждения видовой идентичности клонов наряду с морфологическим критерием использовали биологический - производили попарное скрещивание клонов. В соответствии с биологической концепцией вида (Майр, 1974) репродуктивная совместимость клонов воспринималась нами как безусловное доказательство их родства. Скрещивание выполняли при тех же условиях.
Подсчет клеток и наблюдения за гаметогенезом и ауксо-спорообразованием проводили с использованием микроскопов МБС-9 (СССР) и Biolar-PI (Польша). Длину клеток (апикальный размер) и их ширину (трансапикальный размер) измеряли на микроскопе Biolar-PI при помощи откалиброванной по объект-микрометру окулярной линейки с ценой деления 1.60 и 6.92 мкм при увеличении *40 и *9 соответственно. Постоянные
препараты панцирей готовили упрощенным способом: клетки отмывали дистиллированной водой от морских солей; кипятили в 15-20% растворе перекиси водорода на песчаной бане до полного разложения органического вещества; промывали дистиллированной водой и консервировали в этиловом спирте для хранения. Для изготовления постоянных препаратов панцири помещали на предметное стекло, высушивали и заливали высокопреломляющей средой Naphrax. Световые фотографии панцирей получены с постоянных препаратов при использовании микроскопа Olympus 1X71 (Япония) с дифференциально-интерференционным контрастом. Электронные микрофотографии получены на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-5600 (Япония). Плотность расположения штрихов, фибул и ареол оценивали по цифровым фотографиям панцирей с помощью программы ImageJ V. 1.45 (http://rsbweb.nih.gov/ij/). При определении варьирования признаков мы оперировали двумя понятиями: диапазон варьирования - его широта или размах, и вариабельность - кучность расположения отдельных значений признака относительно среднего значения. Мерой вариабельности служил коэффициент вариации (CV, %) (Зайцев, 1984).
РЕЗУЛЬТАТЫ Репродуктивная совместимость клонов
Выделенные клоны Nitzschia rectilonga были сексуально совместимы в определенных сочетаниях. Клоны 0.1117-Е и 0.1119-1 между собой не скрещивались, но при этом были способны скрещиваться с клонами 0.1119-В, 0.1119-С, 0.1119-G, 0.1119-L, 0.1119-Р, 0.1119-W и 0.1125-В. Последние также не скрещивались между собой. Таким образом, все клоны распределились на два половых типа (пола), которые по морфологии и поведению гамет можно было идентифицировать как мужской (с активными гаметами) и женский (с пассивными гаметами). Клоны 0.1117-Е и 0.1119-1 были мужскими.
Размерные характеристики
Длина клеток в клонах N. rectilonga при введении в культуру составляла 220-414 мкм. При скрещивании были получены инициальные клетки длиной от 554 до 692 мкм. Последний показатель, очевидно, является верхней размерной границей для данной популяции этого вида. При содержании клеток в культуре происходило закономерное уменьшение их размеров, в отдельных клонах встречались клетки длиной около 130 мкм. При
Таблица 1. Диапазоны варьирования некоторых морфологических и структурных характеристик панциря №1гясЫа гесШоща по литературным источникам и собственным данным
Источник Длина клеток, мкм Ширина клеток, мкм Число
штрихов в 10 мкм ареол в штрихе в 1 мкм фибул в 10 мкм хлоропластов
Takano, 1983 300-600 7-9 40 4 4-9 Много
Kawamura, Hirano, 1986 212.9-363.8 7.8-10.1 38-40 - 5-7
Fukuyo et al., 1990 300-600 7-9 40 4 4-9
Deniz et al., 2006 894 55 - - -
Собственные данные 130-692 7-11 37-44 3-5 4.4-8.6
Примечание. "-" - нет данных.
этом культуры оставались жизнеспособными и давали результативное скрещивание в смешанных посева
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.