Microscopic examination of the Cephalaria gigantea (Ledeb.) Bobrov

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Цефалярия гигантская [Cephalaria gigantea (Ledeb.) Bobrov] – вид рода Cephalaria (L.) Schrad., представляющий собой крупный многолетник до двух метров в высоту. Встречается в Южной Европе, Западной и Центральной Азии, а также в Северной и Южной Африке [1, 2]. По литературным данным, цефалярия гигантская оказывает антимикробное, противогрибковое, антиоксидантное и цитотоксическое действие [3]. Однако растение не является фармакопейным [4].

Анализ научной литературы позволяет говорить о перспективности цефалярии гигантской как источника биологически активных соединений. Так, рядом авторов были выделены из цветков данного растения флавоноидные соединения: лютеолин, кверцетин, цинарозид, кверцимеритрин и гигантозид А; из корней выделены и идентифицированы β-ситостерин, олеаноловая кислота, в гидролизате – олеаноловая кислота и хедерагенин. Изучен также аминокислотный состав цветков данного растения. Установлено, что цветки цефалярии гигантской содержат 4,21% аминокислот, причем восемь из них являются незаменимыми [5]. Однако в настоящий момент надземные органы цефалярии гигантской остаются малоизученными с точки зрения морфологического и анатомо-гистологического строения. Кроме того, отсутствие нормативной документации на траву цефалярии гигантской тормозит процесс разработки и внедрения лекарственных препаратов на основе данного сырья. Необходимо провести комплекс фармакогностических исследований для разработки фармакопейной статьи. Одним из основных методов подтверждения подлинности является морфолого-анатомический анализ. Однако в современной научной литературе описания результатов исследований анатомо-гистологического строения надземной части цефалярии гигантской не найдено.

ЦЕЛЬ

Изучение анатомического строения надземной части цефалярии гигантской (Cephalaria gigantea).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектом исследования являлась трава цефалярии гигантской, собранная на территории Ботанического сада Самарского университета в июле – августе 2020 и 2021 гг., в период цветения. Сушка сырья проводилась естественным способом под навесами без доступа прямых солнечных лучей. Непосредственно в анализе сырье было разделено на морфологические группы: стебли и листья. Соцветия, плоды и цветки в настоящем исследовании не изучались. Исследование осуществлялось с использованием метода световой микроскопии в проходящем и отраженном свете на микроскопах марки Motic DM-39C-N9GO-A и DM-1802-Digital Microscopy с кратностью увеличения: х40, х100, х400, х1000. Микротомирование стеблевых частей растения проводили на микротоме марки Thermo Scientific HM 325 Manual microtome. Толщина срезов микропрепарата составила 35 мкм. Приготовление и окраска микропрепаратов осуществлялась в соответствии с требованиями ОФС.1.5.3.0002.15 ГФ РФ XIV издания [6].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Поскольку цефалярия гигантская – достаточно крупное растение, ее стебли морфологически были разделены по диаметру на группы: «крупные» (10–25 мм), «средние» (6–9 мм) и «мелкие» (до 5 мм). В анализе использовались все три группы стеблей отдельно.

Морфологически стебли ребристые с крупной воздушной полостью в центре, что в дальнейшем нашло отражение в анатомических особенностях их строения.

Анатомически стебель цефалярии гигантской переходного типа строения с крупной воздушной полостью в центре (рисунки 1А, 1Б, 1В). По ребрам стебель армирован уголковой колленхимой, которая может насчитывать до 10 слоев клеток в толщину (рисунок 1Д). Непосредственно под слоем колленхимы в ребрах хорошо диагностируется эндодерма первичной коры. Она представлена крупными, на поперечном сечении почти прямоугольными, тонкостенными клетками, в которых изредка виден структурированный протопласт. Клеточные стенки эндодермы пигментированы в желто-бурый цвет, что делает ее заметной относительно мало окрашенных тканей (рисунок 1Д).

 

Рисунок 1. Анатомия и гистология поперечных сечений стебля цефалярии гигантской: А – стебель Ø=5 мм (х40), Б – стебель Ø=9 мм (х40), В – стебель Ø=17,5 мм (х40), Г – уголковая колленхима и эндодерма (х400), Д – эндодерма (х400), Е – ксилема проводящего пучка (х400), Ж – рексигенное вместилище ксилемы (х400), З – выстилающий слой внутренней полости (х400), И – друза в выстилающем слое (х1000).

Figure 1. Anatomy and histology of the cross sections of the Cephalaria gigantea stems: A – stem Ø=5-6 mm (x40), Б – stem Ø=9 mm (x40), В – stem Ø=17.5 mm (x40), Г – angular collenchyma and endoderm (x400), Д – endoderm (x400), Е – the xylem of the conductive beam (x400), Ж – the xylem’s rexigenic receptacle (x400), З – the lining layer of the inner cavity (x400), И – the druse in the lining layer (x1000).

 

По граням стебля, между ребер, колленхима не выраженная и насчитывает один слой клеток с однородно утолщенной целлюлозной клеточной стенкой. В области граней стебля локализованы ассимиляционная паренхима первичной коры, выделяющаяся на фоне остальных зеленой пигментацией за счет большого количества хлоропластов в протопластах клеток (рисунок 1Г). В паренхиме часто встречаются клетки идиобласты с крупными звездчатыми друзами (рисунок 1Г). Ближе к эндодерме стенки клеток первичной коры сильно извилистые и значительно утолщены.

По ребрам стебля локализованы крупные открытые коллатеральные проводящие пучки (рисунки 1А, 1Б, 1В).

Флоэмная часть коллатеральных пучков представлена мелкими клетками с сильно извилистыми, иногда смятыми клеточными стенками (рисунок 1Д). Флоэмные клетки пигментированы зелено-желтым цветом за счет содержимого протопласта, окрашивающегося в розовый цвет при обработке раствором Судана III, что говорит о его липофильной природе.

Ксилема пучков сложена из радиально расположенных сосудистых элементов, перемежающихся с тонкостенными живыми клетками сердцевинных лучей, протопласт которых, как правило, заполнен темно-бурым или зелено-бурым содержимым (рисунок 1Е). В области перимедулярной зоны пучка отмечается наличие полостей рексигенного происхождения (рисунок 1Ж). При анатомировании стеблей с малым диаметром аналогичные полости либо отсутствуют, либо значительно мельче. Данный факт свидетельствует о том, что полости появляются в процессе роста стебля в толщину.

В центре стебля локализована область сердцевины. Она сложена из округлых на поперечном сечении тонкостенных клеток с мелкими межклетниками. Протопласт клеток сердцевинной паренхимы не диагностируется (рисунок 1З). Непосредственно в центре стебля локализована крупная полость, занимающая до 85% от общего объема стебля в случае крупных стеблей с диаметром от 10 до 25 мм. У мелких стеблей полость небольшая и уступает по размеру проводящему блоку центрального цилиндра. По периферии полости видны группы смятых клеток, «выстилающих» полость изнутри. В структуре выстилающего полость слоя часто встречаются крупные друзы звездчатой формы, плотно замкнутые между толстостенных клеточных стенок спавшихся клеток (рисунок 1И).

При рассмотрении с поверхности стебель цефалярии гигантской покрыт эпидермой, сложенной из вытянутых клеток угловатой и веретеновидной формы. Клеточные стенки их заметно утолщены. При фокусировке поверхности хорошо заметна продольно-морщинистая кутикула (рисунок 2А).

 

Рисунок 2. Гистология эпидермиса и железистых трихом у стебля цефалярии гигантской: А – клетки эпидермы с продольной морщинистостью кутикулы (х400), Б – поверхностный аппарат эпидермиса стебля (х400), В – железистая трихома на поперечном срезе стебля (х1000), Г – железистая трихома с поверхности эпидермы стебля (х400).

Figure 2. Histology of the epidermis and glandular trichomes in the stem of Cephalaria gigantea: A – epidermal cells with longitudinal wrinkling of the cuticle (x400), Б – the surface apparatus of the epidermis of the stem (x400), В – glandular trichome on the cross-section of the stem (x1000), Г – glandular trichome from the surface of the epidermis of the stem (x400).

 

По эпидерме стебля изредка встречаются железистые волоски с многоклеточной двурядной головкой, насчитывающей, как правило, четыре клетки (рисунок 2Г). Железистые волоски слабо пигментированы в светло-коричневый цвет за счет содержимого протопласта головки (рисунки 2В, 2Г).

Устьичные аппараты аномоцитного типа встречаются по эпидерме стебля достаточно часто (рисунок 2Б). Околоустьичных клеток, как правило, пять, реже четыре. Они расположены вокруг замыкающих клеток кольцом и при рассмотрении на поперечных и продольных сечениях заметно погружены в глубину стебля (рисунок 2Б). Протопласты эпидермальных клеток слабо структурированы и, как правило, окрашены в желто-зеленый цвет.

Помимо железистых трихом на поверхности стеблей, особенно малого диаметра, и вблизи узлов локализованы крупные кроющие трихомы. Они простые, одноклеточные. Клетка трихомы крупная до 3-4 мм в длину. У основания клетка трихомы расширена. Клеточные стенки трихомы слабо окрашены в желтый цвет (рисунок 3А). Клеточные стенки кроющих трихом равномерные и заметно утолщены. По всей длине покрыты бородавчатой кутикулой (рисунки 3Б, 3В).

 

Рисунок 3. Кроющие трихомы эпидермиса стебля цефалярии гигантской: А – одноклеточный кроющий волосок (х40), Б – кончик кроющей трихомы (х1000), В – клеточная стенка трихомы с бородавчатой кутикулой (х1000), Г – розетка клеток эпидермы в основании трихомы (х400).

Figure 3. Covering trichomes of the epidermis of the stem of Cephalaria gigantea: A – a single-celled covering hair (x40), Б – the tip of the covering trichome (x1000), В – the cell wall of the trichome with a warty cuticle (x1000), Г – the funnel of epidermal cells at the base of the trichome (x400).

 

Место прикрепления хорошо заметно при фокусировке на основание трихомы. Оно представлено воронкообразным расположением толстостенных, сильно пигментированных клеток. Пигментация темно-бурая за счет аморфного содержимого их протопластов (рисунок 3Г).

Листовая пластинка цефалярии гигантской анатомически дорзовентральная. Столбчатый и губчатый мезофиллы примерно в равной доле заполняют среднюю часть листа (рисунки 4А, 4Б).

 

Рисунок 4. Анатомия листа цефалярии гигантской на поперечном сечении: А – коллатеральный пучок периферической жилки, Б – железистая трихома в углублении эпидермы, В – коллатеральный пучок центральной жилки, Г – друзы мезофилла листа, Д – простая кроющая трихома (продольное сечение), Е – клетка основания кроющей трихомы (продольное сечение).

Figure 4. Anatomy of a leaf of Cephalaria gigantea in cross-section: A – collateral bundle of peripheral vein, Б – glandular trichome in the recess of the epidermis, В – collateral bundle of the central vein, Г – the mesophyll druse of the leaf, Д – simple covering trichome (longitudinal section), Е – cell of the base of the covering trichome (longitudinal section).

 

В мезофилле листа, особенно с нижней стороны, в губчатой паренхиме часто встречаются клетки идиобласты с крупными звездчатыми друзами (рисунки 4В, 4Г). На листовых пластинках, особенно по жилкам листа, как с верхней, так и с нижней стороны, часто встречаются железистые трихомы, аналогичные по строению описанным ранее для стеблей. При этом трихомы, как правило, расположены в углублениях эпидермы листовой пластинки (рисунок 4Б) либо по жилкам (рисунок 5Б).

 

Рисунок 5. Гистология эпидермальных поверхностей листа цефалярии гигантской: А – эпидермальные клетки верхней эпидермы листовой пластинки, Б – верхний эпидермис с трихомами над жилкой листовой пластинки, В – эпидермальные клетки нижней эпидермы листовой пластинки, Г – нижний эпидермис, фокус на мезофилл с друзами, Д – рисунок сетчатого жилкования листовой пластинки и друз в мезофилле (х100), Е – клетки эпидермы нижней части листа над жилкой.

Figure 5. Histology of the epidermal surfaces of the leaf of Cephalaria gigantea: A – epidermal cells of the upper epidermis of the leaf blade, Б – epidermis with trichomes above the leaf blade vein, В – epidermal cells of the lower epidermis of the leaf blade, Г – lower epidermis, focus on mesophyll with druses, Д – the mesh venation of the leaf blade and druses in the mesophyll (x100), Е – cells of the epidermis of the lower part of the leaf above the vein.

 

При рассмотрении с поверхности на малых увеличениях хорошо заметна сетчатая иннервация листовой пластинки (рисунок 5Д). Пучки жилок листовой пластинки закрытые коллатеральные, мелкие, сильно пигментированы за счет вторичных метаболитов протопласта флоэмных клеток (рисунки 4А, 4В). Лист, аналогично стеблю, покрыт крупными кроющими одноклеточными волосками (рисунки 4Г, 4Д).

При рассмотрении на поперечном и продольном сечениях видно, что основание клетки трихомы локализуется в сформированном из группы эпидермальных клеток возвышении. Основание трихомы трапециевидное с сильно утолщенными клеточными стенками и заметными простыми порами подобно склереидам. Описанные трихомы зачастую ломаются в области примыкания к эпидерме (рисунки 4Д, 4Е).

При рассмотрении листа с нижней стороны виден эпидермис, который по жилкам представлен узкими, вытянутыми, часто веретеновидными клетками. Клеточные стенки тонкие со слабо заметными простыми порами. При фокусировке на поверхности эпидермы видна продольно-морщинистая кутикула (рисунки 5Г, 5Е). Клетки основной верхней эпидермы паренхимные с волнисто-извилистыми клеточными стенками. В протопластах эпидермальных клеток заметны капли липофильных метаболитов (рисунки 5А, 5В).

Устьичные аппараты с нижней стороны листа встречаются часто, они аномоцитного типа. Количество околоустьичных клеток варьирует от трех до пяти. Околоустьичные клетки не отличаются от основной эпидермы (рисунки 5А, 5Б, 5В). С верхней стороны листа строение эпидермы над жилками аналогично таковому с нижней стороны листовой пластинки (рисунок 5Б).

Основной же эпидермис отличается отсутствием волнистой извилистости. Клеточные стенки эпидермальных клеток имеют четковидные утолщения. Форма клеток неправильная угловатая (рисунки 5А, 5В). Устьичные аппараты с верхней стороны встречаются реже. Тип устьиц аналогичен.

ВЫВОДЫ

Таким образом, проведенный анатомический анализ стеблей и листьев цефалярии гигантской позволил изучить особенности строения основных вегетативных органов надземной части. Наиболее значимые особенности строения: железистые трихомы с двухрядной головкой; кроющие простые одноклеточные волоски с возвышением и розеткой клеток в основании, а также их бородавчатой кутикулой; погруженность аномоцитных устьичных аппаратов на стеблях относительно эпидермы; амфистоматический тип дорзовентрального листа; волнистая извилистость клеточных стенок эпидермы с нижней стороны листовой пластинки.

Полученные данные позволят разработать раздел «Микроскопические признаки» в проект фармакопейной статьи на новый вид лекарственного растительного сырья «Цефалярии гигантской трава».

About the authors

Olga A. Kalashnikova

Samara State Medical University

Author for correspondence.
Email: olenka_kalashnikova_00@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6779-0217

a postgraduate student of the Department of Pharmacognosy with Botany and the Basics of Phytotherapy

Russian Federation, Samara

Vitalii M. Ryzhov

Samara State Medical University

Email: v.m.ryzhov@samsmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8399-9328

PhD, Associate professor, Department of Pharmacognosy with Botany and the Basics of Phytotherapy

Russian Federation, Samara

Vladimir A. Kurkin

Samara State Medical University

Email: v.a.kurkin@samsmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7513-9352

PhD, Professor, Head of the Department of Pharmacognosy with Botany and the Basics of Phytotherapy

Russian Federation, Samara

Lyubov V. Tarasenko

Samara State Medical University

Email: lub_vl@mail.ru

assistant of the Department of Pharmacognosy with Botany and the Basics of Phytotherapy

Russian Federation, Samara

Irina V. Ruzaeva

Samara University

Email: sambg@ssu.samara.ru
ORCID iD: 0000-0001-7710-6098

PhD, Head of the Flora Department of the Botanical Garden

Russian Federation, Samara

Anastasiya A. Ushkova

Samara State Medical University

Email: ushkova_01@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4183-3837

a student of the Faculty of Pharmacy

Russian Federation, Samara

References

Supplementary files