مطالعه تکوین گل در گونه Amorpha fruticosa L. از تیره بقولات

بررسی‌های تکوینی گل با معرفی ویژگی‌های جدیدی مانند الگوی آغازش اندام‌های گل می‌توانند در تشخیص گونه‌های نزدیک به هم مفید باشد. همچنین، با مقایسه الگوی رشد و نموی گونه‌های مربوط به یک جنس با جنس‌های مختلف می‌توان به بررسی درجه قرابت آنها بر اساس شاخص‌های تکوینی پرداخت. بررسی‌های تکوینی گل همچنین می‌تواند برای تعیین هم‌ساختی، تقارب، هومئوزیس و تعیین چگونگی حذف اندام‌ها استفاده شود (Tucker, 1992). امروزه با به کارگیری تکنیک‌های جدید و اختراع وسایل و ابزار مدرن امکان بررسی دقیق‌تر وقایع ابتدایی تکوین مهیا شده، میدان عمل این علم به سرعت در حال توسعه است (Smyth, 2005). در دو دهه اخیر مطالعات درخور توجهی روی تکوین گل در تیره بقولات (Fabaceae) انجام شده است (Tucker, 1984, 2000, 2001, 2002, 2003a). در واقع، با افزایش داده‌های مولکولی و شکل‌گیری بینشی جدید درباره سیستماتیک این تیره، جستجو به منظور یافتن ویژگی‌های ریخت‌شناسی جدید و نیز بازبینی در ویژگی‌های کنونی ضروری به نظر می‌رسد.

تیره بقولات یکی از تیره‌های بزرگ و مهم گیاهی است. گیاهان این تیره عموماً دارای برگ‌های مرکب شانه‌ای گوشوارک‌دار، گل‌های 5 پَر و 5 چرخه‌ای با 2 چرخه پرچمی هستند. تمام گیاهان این تیره در داشتن مادگی آزاد، تخمدان یک برچه‌ای و میوه‌ای به صورت نیام دوکفه‌ای، مشابه هستند (Polhill, 1981). تیره بقولات شامل سه زیر تیره شب‌خسب (Mimosoideae)، ارغوان (Caesalpinoideae) و پروانه‌آسا (Faboideae) است. تنوع فراوانی به لحاظ ساختار رویشی، شکل میوه و گل در بین زیر تیره‌ها وجود دارد. با این حال، در هر زیر تیره شکل گل‌ها نسبتاً ثابت است (Tucker, 2003a). زیر تیره پروانه‌آسا از دو زیر تیره دیگر بزرگتر بوده، شامل 30 طایفه، 455 جنس و حدود 12 هزار گونه است. این زیر تیره یک گروه تک‌نیایی (مونوفیلتیک) است که بر اساس شواهد مولکولی و ریخت‌شناختی از زیر تیره ارغوان مشتق شده است (Tucker, 2003a). گیاهان این زیر تیره، علفی یا چوبی و دارای گل‌هایی نامنظم هستند. جام گل واجد جفت گلبرگ‌های کناری و پشتی موسوم به بال و ناو و یک گلبرگ شکمی موسوم به درفش است. پرچم‌ها 10 عدد و غالباً به هم پیوسته هستند. تخمدان دارای تخمک‌های واژگون است و دانه‌ها فاقد آلبومن هستند. این زیر تیره بزرگ از نظر ویژگی‌های نافه و نیام و همچنین برگ به چندین طایفه تقسیم می‌شود (Polhill, 1981). گرچه ساختارهای یاد شده در بیشتر گل‌های پروانه‌آسا قابل مشاهده است، استثنائاتی نیز وجود دارد (Tucker, 1990, 2002, 2003b). از جمله موارد نادر در زیرطایفه Amorpheae و تبارنما amorphoid دیده می‌شود. این تبارنما واجد 5 جنس است که در آنها شکل جام گل متفاوت از حالت پروانه‌آساست (McMahon and Hufford, 2005). جنس نیلک یکی از اعضا تبارنما amorphoid حدوداً شامل 12 گونه است که تمامی آنها بومی شمال آمریکا هستند (Barneby, 1977). گیاه نیلک که سرما و خشکی هوا را به خوبی تحمل می‌کند، در سال‌های اخیر به ایران وارد شده، در نواحی مرکزی کشور قابل کاشت است. گل‌های بنفش رنگ نیلک در گل‌آذین خوشه‌ای انتهایی تجمع می‌یابند. نام این گیاه که به معنی بی‌شکل است، بر گرفته از شکل غیرطبیعی گل‌های آن است. این گیاه بر خلاف سایر پروانه‌آسایان فاقد گلبرگ‌های بال و ناو و تنها واجد یک گلبرگ درفش است (McMahon and Hufford, 2005).

هدف از این پژوهش، توصیف مراحل نموی گل در گیاه نیلک به عنوان عضوی با جام گل غیر پروانه‌آسا از زیر تیره پروانه‌آسا و مقایسه آن با مراحل نموی گل در سایر اعضا زیرتیره است. پی بردن به چگونگی حذف گلبرگ‌ها و اثر حذف گلبرگ‌ها بر آغازش حلقه‌های بعدی از جمله موارد جالب توجهی است که در بررسی حاضر پیگیری می‌شود.

مواد و روش‌ها

نمونه‌برداری از اوایل اردیبهشت‌ماه تا اواسط خردادماه سال 1389 به فاصله هر 15 روز در شمال غربی ایران (تبریز) انجام شد. جوانه‌ها در اندازه‌ها و سنین مختلف جمع‌آوری و در تثبیت‌کننده FAA تثبیت شد. پس 24 ساعت، آبگیری نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در غلظت‌های متوالی اتانول 70 درصد و سپس 96 درصد انجام شد. با پایان یافتن آبگیری از نمونه‌ها، رنگ‌آمیزی آنها توسط نیگروزین 5/0 درصد محلول در اتانول خالص انجام شد (Dadpour et al., 2008). در مرحله بعد، فلس‌زدایی نمونه‌ها در زیر استرئومیکروسکوپ Nikon SMZ1500 انجام شد. در پایان، نمونه‌های آماده شده با بهره‌گیری از میکروسکوپ نوری باز تابشی Nikon E600D که دارای فیلتر بازتابشی زمینه تاریک و عدسی‌های شیئی کاتادیوپتریک بود، بررسی شدند. بدین منظور، هر نمونه در ظرف مخصوص محتوی اتانول 96 درصد که در بخش مرکزی آن سوزن ظریفی تعبیه شده بود، استقرار یافت. تصاویر خام دیجیتالی توسط دوربین Nikon DXM1200 با وضوح 13 مگاپیکسل، از سطوح مختلف فوکال نمونه برداشت شد. لایه‌های تصویری برای بهبود عمق میدان و به دست آوردن تصویر نهایی با کیفیت مطلوب ادغام و فرآوری شدند. برای این منظور، از روش‌های نوین فرآوری تصویر بهره‌گیری شد (Dadpour et al., 2008).

نتایج

آغازش اندام‌ها

کاسبرگ‌ها نخستین اندام‌های آغازش یافته روی مریستم گل هستند. ظهور پیرامون کاسبرگی با کاسبرگ پشتی شروع می‌شود (شکل 1-A) و پس آن دو کاسبرگ جانبی پدیدار می‌شوند (شکل 1-B). در نهایت، دو کاسبرگ باقیمانده در بخش شکمی مریستم گل تشکیل می‌شوند (شکل 1-C). بنابراین، الگوی تک جهتی در جریان تشکیل کاسه گل کاملاً مشهود است. پرچم‌های بیرونی دومین پیرامون ظاهر شده روی مریستم گل هستند. ظهور پرچم‌ها نیز از بخش پشتی مریستم گل شروع شده، به سمت بخش شکمی پیشروی می‌کند (شکل 1-D و E). هم‌زمان با شروع آغازش پرچم‌های حلقه بیرونی، آغازه برچه نیز به صورت یک برآمدگی در مرکز مریستم گل نمایان می‌شود (شکل 1-D). در ادامه اندام‌زایی گل و زمانی که هنوز آغازش پرچم‌های حلقه بیرونی کامل نشده است، نخستین پرچم‌های حلقه درونی در سطح پشتی گل آغازش می‌یابند (شکل 1-E). بنابراین، آغازش حلقه‌های پرچمی و برچه به موازات هم صورت می‌گیرد و از هم‌پوشانی بالایی برخوردار است.

روند آغازش پرچم‌های حلقه داخلی نیز با الگوی تک جهتی و با ظهور آغازه‌های جانبی و سپس شکمی صورت می‌گیرد (شکل 1-F، G و H). در این زمان، 5 آغازه گلبرگی به صورت برآمدگی‌هایی در مقابل آغازه پرچم‌های درونی ظاهر می‌شوند (شکل 1-H). بلافاصله پس از آغازش، اندازه گلبرگ شکمی به صورت درخور توجهی نسبت به سایر گلبرگ‌ها افزایش می‌یابد (شکل 1-F و H).

نمو اندام‌ها

رشد کاسبرگ‌ها تابعی از الگوی آغازش آ‌نهاست. بدین معنی که کاسبرگ پشتی که در ابتدا آغازش یافته است، بیشترین رشد را دارد و کاسبرگ‌های جانبی و شکمی از نظر رشد در مرتبه بعدی قرار دارند (شکل 2-A). کُرک‌دار شدن کاسبرگ‌ها نیز با کاسبرگ پشتی شروع می‌شود و در ادامه کاسه گل کاملاً از کُرک پوشیده شده، سایر اندام‌ها را احاطه می‌کند (شکل 2-B و C).

در جریان نمو، گلبرگ‌های پشتی و جانبی مشاهده نمی‌شوند که نشان‌دهنده حذف آنها پس از آغازش است (شکل 2-D). گلبرگ شکمی که تنها گلبرگ باقیمانده است، در ادامه رشد می‌کند و برچه و پرچم‌ها را در ناحیه شکمی احاطه می‌کند (شکل 2-E و F).

پس از رشد پرچم‌های بیرونی، بخش انتهایی آنها توسعه می‌یابد و تمایز بساک به این ترتیب آغاز می‌شود (شکل 2-D). آغازش بساک در حلقه پرچم‌های درونی مشابه پرچم‌های بیرونی است، با این تفاوت که این حلقه دیرتر شروع به تمایز می‌کند و میله‌های پرچم‌ها در این حلقه همواره کوتاه‌تر از حلقه پرچم‌های بیرونی است (شکل 2-E و F). پس از تمایز کامل دو حلقه پرچمی، به واسطه رشد نهنج، پرچم‌های این دو حلقه در یک ردیف قرار می‌گیرند (شکل 2-G و H). در مراحل پایانی تمایز، الحاق میله‌های 9 پرچم پشتی اتفاق می‌افتد و پرچم دهم آزاد باقی می‌ماند. بدین ترتیب، غلافی نعل اسبی شکل به نام غلاف پرچمی تشکیل می‌شود که در سطح شکمی باز است.

برچه که در ابتدا شکل نیم‌کروی دارد، به تدریج در بخش قدامی فرورفته، شکافی در آن ایجاد می‌شود (شکل 1-I) که به تدریج در طی نمو بسته می‌شود. سپس رشد رأسی برچه، تمایز مادگی به تخمدان، خامه و کلاله صورت می‌گیرد و به تدریج آغازش کُرک‌ها در بخش انتهایی خامه اتفاق می‌افتد (شکل 2-I).

بحث

در گیاه نیلک مانند سایر پروانه‌آسایان گل‌ها 5 پر، واجد 5 کاسبرگ، 10 پرچم و یک برچه منفرد هستند. با این حال، برخلاف سایر پروانه‌آسایان، تعداد گلبرگ‌ها به 1 عدد کاهش یافته است. نافه، مانند اغلب پروانه‌آسایان از نوع دو دسته پرچمی (diadelphus) است و در مراحل میانی تکوین پس از الحاق میله‌های 9 پرچم پشتی، غلاف پرچمی تشکیل می‌شود (Tucker, 2003a). مانند اغلب گیاهان تیره بقولات (Tucker, 1999)، گل‌های نیلک نیز دارای تقارن نامنظم هستند. این تقارن نامنظم در جریان آغازش کاسبرگ‌ها ظاهر شده، در مراحل بعدی، پس از رشد متفاوت گلبرگ‌ها و پرچم‌ها و تشکیل غلاف پرچمی که در سطح شکمی باز است، تقارن پشتی-شکمی (زیگومورفی) تقویت می‌شود.

بر مبنای مطالعات انجام شده روی تکوین گل در زیر تیره پروانه‌آسا حلقه‌های مختلف گل با روندی رو به مرکز و به ترتیب کاسبرگ، گلبرگ، پرچم و مادگی آغازش می‌یابند (Tucker, 2003a). با این حال، در گیاه نیلک آغازش دیرهنگام گلبرگ‌ها پس از پرچم‌ها، این روند رو به مرکز را مختل می‌کند. مشابه با نیلک در بیشتر پروانه‌آسایان گلبرگ‌ها و پرچم‌ها به طور مجزا آغازش می‌یابند و منشأ یکسانی ندارند (Tucker, 1996, 1998). با این حال، در برخی گونه‌های پروانه‌آسا از جمله Astragalus compactus و Pisum sativum گلبرگ‌ها و پرچم‌های خارجی از 5 آغازه گلبرگ-پرچم یا آغازه مشترک به وجود می‌آیند (Tucker, 1989; Mansano et al., 2002; Naghiloo et al., 2012). در مراحل بعدی، هر یک از این آغازه‌های مشترک به 2 آغازه تقسیم می‌شوند که آغازه درونی پرچم و آغازه بیرونی گلبرگ را تشکیل می‌دهد. البته تشکیل آغازه گلبرگ تا حدودی بر پرچم تقدم دارد (Tucker, 1989).

از موارد غیر معمول دیگر در جریان آغازش حلقه‌ها، وجود هم‌پوشانی در جریان ظهور حلقه‌های پرچم، مادگی و گلبرگ است. در حدود 100 سال پیش، Eichler برای نخستین بار گزارش کرد که اندام‌های گل در یک حلقه می‌توانند پیش از کامل شدن حلقه قبلی شروع به آغازش کنند. Tucker (1989) پیشنهاد کرد، این حالت که یک نوع ظهور زودرس تقارن پشتی-شکمی است، در گروه‌های بسیار پیشرفته رخ می‌دهد. وی وجود این حالت را در 23 گونه از 12 طایفه پروانه‌آسا گزارش کرد. مشابه با گیاه نیلک در اکثر گونه‌های مطالعه شده از جمله در Genista tinctoria زمان آغازش اندام‌ها فقط بین 2 یا 3 حلقه هم‌پوشانی دارد (Tucker, 1989). با این حال، وجود هم‌پوشانی گسترده در زمان آغازش حلقه‌ها نیز در برخی گونه‌های پروانه‌آسا گزارش گردیده است. برای مثال در Pisum sativum و Astragalus caspicus بین آغازش گلبرگ‌ها، پرچم و برچه و نیز بین آغازش کاسبرگ‌ها و آغازه‌های مشترک هم‌پوشانی وجود دارد (Tucker, 1989; Movafeghi et al., 2010). وجود هم‌پوشانی غیر معمول بین حلقه‌ها در جریان تکوین گل در Vicia crasa و Wisteria sinensis نیز مشاهده شده است (Tucker, 1989; Naghiloo and Dadpour, 2010). در این گونه‌ها، در حالی که تمامی اندام‌ها در بخش خلفی آغازش یافته‌اند، در بخش قدامی فقط کاسبرگ‌ها وجود دارند. یعنی آغازش پرچم‌های بیرونی، گلبرگ‌ها، پرچم‌های درونی و برچه با یکدیگر هم‌پوشانی دارد. با توجه به این که تمامی گونه‌های یاد شده از گونه‌های پیشرفته زیر تیره پروانه‌آسا هستند، در مجموع، می‌توان گفت وجود هم‌پوشانی بالا بین حلقه‌ها در طی تکوین گل صفتی تخصص یافته به شمار می‌آید.

از نظر الگوی آغازش اندام‌ها در هر حلقه، گیاه نیلک مشابه اکثر پروانه‌آسایان، روندی تک جهتی را نشان می‌دهد (Tucker, 1984). بر اساس مطالعات پیشین، الگوی آغازش اندام‌ها در زیر تیره‌های مختلف بقولات متفاوت است. در حالی که، زیر تیره ارغوان روند مارپیچی را در جریان آغازش اندام‌ها نشان می‌دهد، روند آغازش اندام‌ها در زیر تیره شب‌خسب هم‌زمان و در زیر تیره پروانه‌آسا تک جهتی است. پیشنهاد شده است که الگوی تک جهتی آغازش اندام‌ها در پروانه‌آسایان نوعی حالت پیشرفته است که از الگوی مارپیچی زیر تیره ارغوان تکامل یافته است (Tucker, 2003a).

مطالعات انجام شده روی حذف اندام‌های گل در گونه‌های مختلف، وجود دو مکانیسم متفاوت را نشان داده است: 1- آغازش اندام‌ها و سپس توقف رشد آنها در جریان نمو؛ 2- عدم آغازش اندام‌ها. بر مبنای مشاهدات صورت گرفته در صورتی که حذف اندام‌ها ناشی از عدم آغازش آنها باشد، روند آغازش اندام‌ها در حلقه‌های بعدی نیز دستخوش تغییر خواهد شد (Tucker, 2000, 2001). نتایج مطالعه حاضر نشان می‌دهد که حذف گلبرگ‌ها ناشی از توقف نمو آنها بلافاصله پس از آغازش است. مطابق با یافته‌های مطالعات پیشین در این گونه نیز حذف گلبرگ‌ها تأثیری روی آغازش حلقه‌های بعدی به جا نگذاشته است.