Πολυμορφικότητα των φύλλων του φυτού Thymbra capitata L. Cav.

Abstract

Το φυτό Thymbra capitata L. Cav. είναι φρυγανώδες χαμαίφυτο που εξαπλώνεται ευρέως στο μεσογειακό οικοσύστημα. Η ανταπόκριση των φρυγάνων στι ς καταπονήσεις του μεσογειακού οικοσυστήματος και κυρίως ο εποχικός διμορφισμός τους, έχει αποτελέσει σημαντικό θέμα της οικοφυσιολογίας. Μακροσκοπικές παρατηρήσεις στη φύση επισημασμένων βλαστών, δείχνουν ότι στο συγκεκριμένο φυτικό είδος, πολλές κατηγορίες φύλλων εμφανίζονται κατά τη διάρκε ια του έτους και ανάλογη διαφοροποίηση φαίνεται να παρουσιάζουν και οι βλαστοί που εκπτύσσονται. Οι παρατηρήσεις αυτές μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι το φυτό δεν ακολουθεί το διμορφικό αναπτυξιακό πρότυπο αλλά πιθανόν ο όρος πολυμορφικό να περιέγραφε καλύτερα την φαινομορφολογική του εξέλιξη. Οι καλοκαιρινοί βραχυβλάστες εξελίσσονται το φθινόπωρο και κατά τη διάρκεια του χειμώνα η αναπτυξιακή διεργασία συνεχίζεται για να ολο κληρωθεί νωρίς την άνοιξη με την ανάπτυξη των δολιχοβλαστών. Οι διαφορές των φύλλων πέρα από την χρονική περίοδο έκπτυξης, το χρονικό διάστημα που παραμένουν τα φύλλα στο φυτό καθώς και στο χρόνο πτώσης τους, εντοπίζονται: στη θέση που καταλαμβάνουν τόσο στον βραχυβλά στη όσο και στο δολιχοβλάστη, στον προσανατολισμό τους σε σχέση με το βλαστό, στη μορφολογία τους καθώς και στην αντίδραση που παρουσιάζουν στις ιστοχημικές αναλύσεις. Κατά τη διάρκεια της άνοιξης στους δολιχοβλάστες διακρίνονται τα σχεδόν οριζόντια ανοιξιάτικα φύλλα. Η κλίση των φύλλων σε σχέση με το βλαστό βοηθάει στη μεγαλύτερη ένταση της φωτοσύνθεση ς. Οι νέοι βραχυβλάστες είναι εμφανείς στις μασχάλες των φύλλων αυτών. Τα ενδιάμεσα ανοιξιάτικα φύλλα εντοπίζονται στο εσωτερικό των ανοιξιάτικων φύλλων και πλευρικά των βραχυβλαστών. Οι συμπαγείς καλοκαιρινοί βραχυβλάστες προστατεύονται εξωτερικά από ένα ζεύγος ενδιάμεσων καλοκαιρινών φύλλων. Η ανάπτυξή τους είναι αργή την περίοδο αυτή και η αρχιτεκτονική δομή τους φαίνετα ι να αποτελεί προστατευτικό μηχανισμό για τα καλοκαιρινά φύλλα τόσο από την υδατική καταπόνηση όσο και από τις μεγάλες εντάσεις της φωτεινής ακτινοβολίας. Τα καλοκαιρινά φύλλα είναι μικρότερα σε διαστάσεις από τα ανοιξιάτικα όσον αφορά στο μήκος και στο πλάτος τους αλλά όχι στο πάχος των φύλλων και όσον αφορά στη κλίση τους σε σχέση με το βλαστό είναι σχεδόν παράλληλα. Το φθινόπωρο, ο βραχυβλάστης αρχίζει να αναπτύσσεται με ταχύτερους ρυθμούς και φαίνεται πλέον να ανοίγει και να μην είναι τόσο συμπαγής. Σταδιακά τα φθινοπωρινά φύλλα που εκπτύσσονται από το εσωτερικό του βραχυβλάστη αντικαθιστούν τα καλοκαιρινά φύλλα. Η εικόνα αυτή είναι πιο ευδιάκριτη το χειμώνα όπου πλέον ο βραχυβλάστης αναπτύσσεται με αργό ρυθμό στην αρχή του χειμώνα εμφανίζοντας τα χειμωνιάτικα φύλλα και με ταχύτερο ρυθμό προς το τέλος του όπου εξελλίσσεται σε δολιχοβλάστη. Όσον αφορά στο μήκος των φύλλων θα μπορούσαμε να πούμε ότ ι παρατηρείται μία μείωση στο μήκος από την άνοιξη προς το καλοκαίρι και μία αντίστοιχη αύξηση από το φθινόπωρο προς το χειμώνα. Εκτός από τα φύλλα της άνοιξης, όλες οι άλλες κατηγορίες σχηματίζουν θυσάνους φύλλων. Τα φύλλα της άνοιξης (μεγάλα ανοιξιάτικα και ενδιάμεσα ανοιξιάτ ικα φύλλα) παρουσιάζουν μορφολογικές ομοιότητες όσον αφορά την κατανομή και την πυκνότητα των αδενωδών και μη αδενωδών τριχωμάτων. Χαρακτηρίζονται από μεγάλη πυκνότητα επιδερμικών εξαρτημάτων. Στα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλα διακρίνονται στο κράσπεδό τους, μεγάλες πολυκύτταρες τρίχες με μειούμενο μέγεθος κατά μήκος του φύλλου ενώ στα ενδιάμεσα ανοιξιάτικα λόγω της θέσης τους σε σχέση με το βλαστό, δεν διακ ρίνονται ασπιδοειδείς αδένες στη βάση της προσαξονικής επιφάνειας. Στα βράκτια φύλλα παρουσιάζεται μία παρόμοια κατανομή αδενωδών και μη αδενωδών εξαρτημάτων με τα ανοιξιάτικα φύλλα και πολλές πολυκύτταρες τρίχες στο κατώτερο τμήμα της προσαξονικής επιφάνειας. Τα επιμηκυσμένα καλοκαιρινά και καλοκαιρινά φύλλα παρουσιάζουν μεγάλη πυκνότητα επιδερμικών εξαρτημάτων στην αποαξονική επιφάνειά τους, ενώ στην προσαξονική επιφάνεια τα επιδερμικά εξαρτήματ α, εντοπίζονται στο δεύτερο μισό πάνω μέρος των φύλλων εξαιτίας του συμπαγούς βραχυβλάστη. Τα φθινοπωρινά καθώς και τα επιμηκυσμένα χειμωνιάτικα φύλλα παρουσιάζουν σε όλη τους την επιφάνεια, πολύ μικρότερη πυκνότητα επιδερμικών εξαρτημάτων. Ένα άλλο μορφολογικό χαρακτηριστικό των φύλλων είναι ο έντονος κυλινδρισμός που παρουσιάζουν σχεδόν όλα τα είδη των φύλλων εκτός από τα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλα. Ανατομικά το έλασμα των φύλλων χαρακτηρ ίζεται από μονή στρώση επιδερμικών κυττάρων, τόσο στην αποαξονική όσο και στην προσαξονική επιφάνεια. Σε όλες τις κατηγορίες των φύλλων διακρίνονται παχιά κυτταρικά τοιχώματα των επιδερμικών κυττάρων και σχετικά λεπτή στρώση εφυμενίδα ς. Η εφυμενίδα στα φθινοπωρινά και χειμωνιάτικα φύλλα έχει μία λεία εμφάνιση σε σχέση με τα καλοκαιρινά. Το έλασμα των φύλλων χαρακτηρίζεται από μία ή δύο στρώσεις δρυφακτοειδούς παρεγχύματος τόσο στην προσαξονική όσο και στην αποαξονική επιφάνεια ενώ το σπογγώδες παρέγχυμα περιορίζεται κεντρικά στο έλασμα και περιμετρικά της κεντρικής ηθμαγγειώδους δεσμίδας. Αυτό που διαφοροποιεί το έλασμα των διαφόρων κατηγοριών φύλλων, είναι το πόσο συμπαγές παρουσιάζεται το έλασμα των καλοκαιρινών φύλλων σε σχέση με των φθινοπωρινών και των χειμωνιάτικων φύλλων. Τα στόματα που εντοπίζονται γύρω από τους ασπιδοειδείς αδένες στην αποαξονική επιφάνεια των φύλλων είναι υπερυψωμένα σε αντίθεση με τα στόματα της προσαξονικής επιφάνειας. Σε καμία περίπτωση δεν εντοπίστηκαν βυθισμένα στόματα. Επίσης χαρακτηριστικό των στομάτων είναι ο μεγάλος υποστοματικός χώρος που δημιουργείται. Όσον αφορά τα αδενώδη τριχώματα προσδιορίστηκαν τρία είδη : ασπιδοειδή αδενώδη τριχώματα, κεφαλοειδή τύπου I και κεφαλοειδή τύπου IΙ, με μονοκύτταρο ή και δικύτταρο μίσχο. Με το Η.Μ.Δ. εντοπίστηκαν εποχικές διαφορές όσον αφορά τη δομή και το μέγεθος των χλωροπλαστών. Οι χλωροπλάστες το καλοκαίρι είναι μικρότεροι σε διαστάσεις αλλά γεμάτοι με πολλούς αμυλόκοκκους. Όσον αφορά τις ιστοχημικές αναλύσεις, με τη χρήση του Nadi (εντοπισμός τερπενίων) και του Sudan IV (εντοπισμός λιπιδίων, κουτίνης και σουβερίνης) προσδιορίστηκε μία εποχική διαφοροποίηση στην παρουσία και την πυκνότητα σταγονιδίων λιπαρής φύσης. Τα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλα, την εποχή της έκπτυξής τους, νωρίς την άνοιξη καθώς και τα επιμηκυσμένα χειμωνιάτικα, δεν παρουσιάζουν ελαιοσταγονίδια σε αντίθεση με τα φύλλα των άλλων εποχών. Τα ελαιοσταγονίδια παρουσιάζουν χαρακτηριστικά μεγαλύτερη πυκνότητα στην προσαξονική επιφάνεια των ανοιξιάτικων μεγάλων φύλλων και κυρίως στο κράσπεδο των φύλλων, ενώ στα άλλα είδη των φύλλων η κατανομή τους περιμετρικά είναι περισσότερο ομοιόμορφη. Με το Nadi και το Sudan IV ανιχνεύθηκαν επίσης τα εκκρίματα των διαφόρων τύπων των αδένων, τόσο στα εκκριτικά κύτταρα όσο και στα κύτταρα της βάσης και του μίσχου. Δεν εντοπίστηκαν αλκαλοειδή (χρώση με Dragendorff). Σε κάποιους ασπιδοειδείς αδένες εντοπίστηκαν τανίνες με τη χρήση του Θειικού Σιδήρου (FeSO ). Με τη φλωρογλυκίνη χρωματίστηκαν κόκκινα, τα λιγνινοποιημένα κύτταρα του σκληρεγχύματος της ηθμαγγειώδους δεσμίδας, τα αγγεία του ξύλου καθώς και ο μίσχος των ασπιδοειδών αδένων. Το ερυθρό του ρουθηνίου, χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό των πολυσακχαριτών, ενώ η χρώση με 4-νιτροσοφαινόλη σε πυκνό Η 2 SO 4 , αποτέλεσε ένδειξη για την παρουσία καρβακρόλης και όχι θυμόλης στους ασπιδοειδείς αδένες. Με τη μικροσκοπία φθορισμού, εντοπίστηκαν φλαβόνες και φλαβονόλες, στα κύτταρα των εκκριτικών τριχωμάτων τόσο των ασπιδοειδών όσο και των κεφαλοειδών αδένων.

The plant Thymbra capitata L. Cav., a phryganic cham aephyte, is widely spread in the Mediterranean ecosystem. The response of phrygana to Mediterranean ecosystem stresses and especially their seasonal dimorphism has been a major topic of ecophysiology. Macroscopic observations on nature of labeled branches show that in certain plant species, many types of leaves occur during the year and a similar distinction seems to be present by evolved shoots. These observations lead us to conclude that the plant does not follow the dimorphic development model but probably the term polymorphism describes the phenomorphological evolution better. Summer brachyblasts develop in the autumn and during winter the process continues to complete in early spring with the development of dolichoblast. Several differences in the leaves are found: the period of expansion, the time the leaves remain in the plant, the time of apoptosis, the position they occupy in brachyblast and in dolichoblast, the leaf angle, their morphology and the reaction that occurs in histochemical tests. During the spring the almost horizontal spring leaves dominate dolichoblasts. The slope of the leaves helps the greater intensity of photosynthesis. New brachyblasts are evident in the axil of these leaves. The intermediate spring leaves are located within the spring leaves and on the side of the brachyblast. The compact summer brachyblasts are protected externally by a pair of intermediate summer leaves. Their growth is slow during the summer and their architecture of structure seems to be a protective mechanism against water stress and extreme light radiation. The summer leaves are smaller in size than the spring leaves in length and width but not in thickness. The leaves are almost parallel to the stem. In autumn, the brachyblast begins to evolve at a higher rate and appears to be open and not as compact as it is in summer. Gradually the autumn leaves from the inside of the brachyblast replace the summer leaves. Τhe brachyblast evolves slowly at the beginning of the winter by displaying the winter leaves. At the end of the season the brachyblast turns into dolichoblast. Regarding the length of the leaves it could be said that there is a decrease in length from spring to summer and a corresponding increase from autumn to winter. Apart from the spring leaves, all the other categories of leaves are formed in tufts. The leaves of spring (large spring leaves and intermediate spring leaves) show morphologic similarities in the distribution and density of glandular and nonglandular hairs. They are characterized by a high density of epidermal appendages.

Large multicellular hairs of decreasing size along the leaf length appear in the spring

leaves. The intermediate spring leaves are characterized by the lack of peltate glands

at the base of the adaxial surfaces because of the position of the leaves in relation to the stem.

Bracts present a similar distribution of glandular and non-glandular hairs with spring leaves and many multicellular hairs on the lower part of abaxial surfaces. The elongated summer leaves and summer leaves are densely covered by epidermal components in their abaxial surface. The adaxial surfaces are characterized by the presence of hairs on the second half on the top of the leaves. This is the result of the compact brachyblast. The autumn and elongated winter leaves are characterized by a lower density of epidermal components. Another morphological characteristic of all the leaves is the columnar shape with the exception of the bigger spring leaves. Anatomically the leaf blade is characterized by a single layer of epidermal cells, both on abaxial and on adaxial surface. In all types of leaves thick cell walls of epidermal cells are covered by a relatively thin layer of cuticle. The cuticle of autumn and winter leaves has a smooth appearance compared to summer leaves. The leaf blade is characterized by one or two layers of palisade parenchyma on both abaxial and adaxial surfaces while the spongy parenchyma is limited to the central plate and around the central vascular bundle. The leaf blade of the summer leaves is more compact than the autumn and winter leaves. Stomata found around the peltate glands in the abaxial leaf surface are elevated in contrast to the stomata of the adaxial surface. In no case sunken stomata are found. Another characteristic of stomata is the large hypostomatic space. Regarding the glandular trichomes three types are identified: peltate glandular hair and capitate glandular hair type I and type II, with single or bicellular stem. Ultrastructure examination of mesophyll cell chloroplasts in leaves disclosed that the size of chloroplasts and the starch grains they contained were heavily influenced by season. Chloroplasts in the summer leaves are smaller in size but filled with many starch grains. A seasonal variation is identified in the presence and density of oil droplets according to the histochemical analysis, using Nadi (detection of terpenes) and Sudan IV (lipid detection, coutin and suberin). Large spring leaves in early spring and elongated winter leaves do not have oil droplets, unlike the leaves of the other seasons. The adaxial surface of large spring leaf and especially the edge of the leaves are characterized by a large density of oil droplets, while in the other types of leaves their distribution is more uniform around the surfaces. Secretions of various types of glands were detected with Nadi and Sudan IV. Alkaloids (stained with Dragendorff) were not identified. In some peltate glands tannins are found using ferrous sulfate (FeSO4). With phloroglycine, lignified cells of vascular bundle sclerenchyma, the vessels of xylem and the stalk of the peltate glands were stained red. The ruthenium red was used to detect polysaccharides, while staining with 4-nitrosophenol with dense H 2 SO , was an indication of the presence of carvacrol to thymol in the peltate glands. 4 By fluorescence microscopy, flavones and flavonols were detected in peltate and capitate secretory cells.