پژوهش‌ تکوین گل در ابریشم مصری (Caesalpinia gilliesii (Hook). Dietr) و مقایسه آن با سایر گونه‌های Caesalpinia

مقدمه

تیره باقلاییان (Fabaceae) شامل سه زیرتیره پروانه‌آسا، ارغوان و شب‌خسب است. این تیره به لحاظ تنوع جنس‌های گیاهی و همچنین، ارزش غذایی بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. امروزه گیاه‌شناسان با تکیه بر تحقیقات مدرن از جمله سیتوژنتیک، سیستماتیک مولکولی، آناتومی، مورفولوژی و اکولوژی در صدد روشن‌تر کردن جایگاه سیستماتیکی اعضای این تیره هستند (Haddad and Barnett, 1989)؛ Engel, 1990. افزایش داده‌های مولکولی در ارتباط با این تیره، منجر به ارایه بینشی جدید درباره سیستماتیک باقلاییان شده است. به موازات این بررسی‌ها، مطالعات تکوینی گل‌آذین و گل می‌تواند در روشن‌تر شدن جایگاه حقیقی و فیلوژنی اعضای این تیره راهگشا باشد. چنین مطالعاتی، زمینه جدیدی برای مقایسه فراهم می‌کند، که طی آن مسیرهای نموی با یکدیگر مقایسه می‌شوند. بدین ترتیب، هم صفات بیشتری برای مقایسه مد نظر قرار می‌گیرند و هم دلایل عمیق‌تری درباره چگونگی ارتباط صفات ارایه می‌شود. مطالعات تکوینی گل به ویژه زمانی که مقایسه بین شمار زیادی از گونه‌ها انجام گیرد، نتایج بسیار قابل توجهی حاصل می‌کند. در دو دهه اخیر، بررسی‌های انجام شده در بیش از 200 گونه از تیره باقلاییان منجر به شناسایی اصول کلی تکوین گل در سه زیرتیره آن گردید. در این بررسی‌ها مشخص شد که مواردی از جمله نوع گل‌آذین، تقارن گل، موقعیت و شمار اندام‌ها در هر حلقه، الگوی آغازش اندام‌ها، تمایز و تخصص‌یابی و نیز الحاق اندام‌ها برای تفکیک زیرتیره‌های باقلاییان قابل کاربرد هستند .(Tucker, 2000a, 2000b, 2003).

با وجود این، تاکنون مقایسه تکوینی گل در سطوح پایین تکاملی از جمله گونه‌های مختلف یک جنس کمتر مورد توجه قرار گرفته است. با در نظر گرفتن این مطلب در پژوهش‌ حاضر، تکوین گل در ابریشم مصری بررسی شده است. در ادامه سعی می‌شود با مقایسه تکوین گل با سایر گونه‌های این جنس که قبلاً مطالعه شده‌اند، میزان کارآیی شاخص‌های تکوینی که در تعیین درجه قرابت گونه‌های یک جنس نقش دارند، بررسی شود. گونه ابریشم مصری به زیرتیره ارغوان تعلق دارد که بر مبنای شواهد مولکولی یک گروه چندنیایی است که زیرتیره‌های پروانه‌آسا و شب‌خسب از آن مشتق می‌شوند (Tucker, 2003). این زیرتیره به لحاظ شکل و تکوین گل بسیار متنوع است. گل‌آذین در این زیرتیره اغلب خوشه یا خوشه مرکب و گاه از نوع منفرد یا گرزن است. گل‌ها اغلب دارای تقارن شعاعی هستند (Tucker, 2002a). گرچه برخی گل‌های ارغوان مانند گل‌های پروانه‌آسا، در زمان گل‌دهی تقارن کمابیش یک طرفه نشان می‌دهند (Tucker, 2002b). الگوی اندام‌زایی در گیاهان این زیرتیره نیز متنوع است و ترکیبی از الگوی مارپیچی و تک‌جهتی در میان حلقه‌ها قابل مشاهده است (Tucker, 1996). با رشد آغازه گلبرگ‌ها، حاشیه‌های گلبرگ شکمی حاشیه‌های گلبرگ‌های جانبی را می‌پوشاند و گلبرگ‌های جانبی به نوبه خود لبه‌های گلبرگ پشتی را احاطه می‌کنند. این الگوی آرایش گلبرگی، الگوی حلزونی صعودی است که متفاوت از الگوی حلزونی نزولی در پروانه‌آسا است (Tucker, 2003).

مرزهای نامشخص بین ابریشم مصری و جنس‌های نزدیک از جمله Hoffmannseggia منجر به تعاریف متعدد از برخی گونه‌های مشخص شده است که در طبقه‌بندی‌های مختلف در جنس‌های متفاوتی قرار داده شده‌اند، به طوری که، تعداد اعضای این تاکسون در منابع مختلف بین 70 تا 165 گونه عنوان شده است .(Simpson et al., 2004) با در نظر گرفتن مشکلات تاکسونومیکی این جنس، مطالعات مقایسه‌ای تکوین گل می‌تواند با افزودن بر مجموعه اطلاعات موجود، امکان بررسی فیلوژنتیکی دقیق‌تر و کامل‌تر را فراهم آورد.

مواد و روش‌ها

نمونه برداری جوانه‌هایCaesalpinia gilliesii (Hook). Dietr از اوایل اردیبهشت‌ماه تا اواسط خرداد‌ماه سال 1390 در شمال‌غربی تهران انجام گرفت. جوانه‌ها در اندازه‌‌ها و سنین مختلف جمع‌آوری و در تثبیت‌کننده FAA تثبیت گردید. به دنبال دوره 24 ساعته تثبیت، فلس‌زدایی ابتدایی و سپس آب‌گیری نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در غلظت‌های متوالی اتانول 70 درصد و سپس 96 درصد انجام گرفت. با پایان یافتن آب‌گیری از نمونه‌ها، رنگ‌آمیزی آن‌ها با نیگروزین 5/0 درصد محلول در اتانول 100 درصد صورت گرفت (Dadpour et al.,2008). در مرحله بعد، فلس‌زدایی نهایی نمونه‌ها در زیر استریومیکروسکوپ (Nikon SMZ1500) انجام شد. برای بررسی کامل مراحل تکوینی، بالغ بر 200 جوانه مطالعه شد. نمونه‌های آماده شده با بهره‌گیری از میکروسکوپ نوری بازتابشی (Nikon E600D) که دارای فیلتر بازتابشی زمینه تاریک و عدسی‌های شئی 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 مگا پیکسل، 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 گردیدند (Dadpour et al., 2008).
نتایج

آغازش اندام‌ها (organ initiation)

آغازه گل در ابتدا بیضوی‌شکل است (شکل 1-A). اولین اندام‌های شکل گرفته بر روی آغازه گل، کاسبرگ‌ها هستند. آغازش کاسه گل با کاسبرگ پشتی شروع می‌شود (شکل 1-B)، به دنبال آن، دو کاسبرگ جانبی به طور همزمان تشکیل می‌شوند (شکل 1-C) و در نهایت، دو کاسبرگ باقیمانده در بخش شکمی آغازش می‌یابند (شکل 1-D). بنابراین، کاسه گل با الگوی تک‌جهتی تشکیل می‌شود، بدین معنی که آغازش اندام‌ها از بخش پشتی گل به سوی بخش شکمی و در یک جهت پیش می‌رود. همزمان با آغازش کاسبرگ‌های شکمی، دو آغازه گلبرگ در بخش پشتی ظاهر می‌شوند (شکل 1-C). با فاصله اندکی آغازه پرچم بیرونی پشتی نیز پدیدار می‌شود. آغازش گلبرگ‌ها با تشکیل گلبرگ شکمی ادامه می‌یابد (شکل 1-E) و در نهایت، آغازه گلبرگ‌های جانبی ظاهر می‌شود (شکل 1-F). بنابراین، الگوی دو جهتی در جریان آغازش گلبرگ‌ها قابل ردیابی است که در جریان آن آغازش اندام‌ها از بخش‌های شکمی و پشتی در دو جهت به سمت مرکز پیش می‌رود. همزمان با کامل شدن آغازش گلبرگ‌ها آغازه برچه در مرکز گل به صورت برجستگی بزرگی نمایان می‌شود (شکل 1-F). در این زمان، آغازه دو پرچم بیرونی جانبی و اولین آغازه‌های پرچم درونی در سطح پشتی نیز ظاهر می‌گردد (شکل 1-G). با ظهور آخرین آغازه‌های پرچم‌های بیرونی در سطح شکمی، روند آغازش با الگوی تک‌جهتی کامل می‌شود (شکل 1-H). روندی مشابه در جریان آغازش پرچم‌های درونی نیز پیگیری می‌شود. بدین ترتیب که ابتدا پرچم‌های جانبی، سپس پرچم‌های شکمی تشکیل می‌شوند (شکل 1-L).

شکل 1- روند آغازش اندام‌های گل. (A مریستم گل، (B ظهور اولین آغازه کاسبرگ در بخش پشتی، (C تشکیل آغازه کاسبرگ‌های جانبی و پدیدار شدن گلبرگ‌ها در بخش پشتی، (D کامل شدن حلقه کاسبرگی با آغازش کاسبرگ‌های شکمی، (E پدیدار شدن آغازه پرچم‌های بیرونی در بخش پشتی و گلبرگ در بخش شکمی، (F پدیدار شدن آغازه پرچم‌های بیرونی و گلبرگ‌ها در بخش جانبی همزمان با ظهور برچه، (G آغازش پرچم‌های درونی در بخش پشتی، (H پدیدار شدن آغازه‌های پرچم‌های درونی در بخش جانبی و پرچم بیرونی در سطح شکمی، I و (J آغازش پرچم درونی در سطح شکمی، K و (L کامل شدن مراحل اندام‌زایی و ظهور شیار برچه در سطح شکمی. A: آغازه پرچم بیرونی، a: آغازه پرچم درونی، C: آغازه برچه، P: آغازه گلبرگ، S: آغازه کاسبرگ.

نمو اندام‌ها

رشد کاسبرگ‌ها تابعی از الگوی آغازش آنها است. کاسبرگ پشتی رشد شایان توجهی نشان می‌دهد و در تمامی مراحل تمایز، نسبت به سایر کاسبرگ‌ها اندازه بزرگتری دارد (شکل 2-A-C). در مراحل میانی نمو، کاسبرگ‌ها کُرک‌دار می‌شوند و کاسبرگ پشتی چماقی‌شکل می‌شود و سایر کاسبرگ‌ها را احاطه می‌کند (شکل 2-D).

گلبرگ‌ها در جریان رشد برچه و پرچم‌ها کوچک باقی می‌مانند (شکل 2-E). به دنبال آن، رشد آغازه گلبرگ‌ها با سرعت یکسان انجام می‌گیرد (شکل 2-F). پس از تمایز پرچم‌های آنتی‌پتالوس، گلبرگ‌ها با الگوی حلزونی صعودی شروع به هم‌پوشانی می‌کنند (شکل 2-G).

آغازه پرچم‌های بیرونی به تدریج رشد می‌کنند و طویل می‌شوند. با اتساع بخش انتهایی آغازه‌های پرچم، بساک‌ها شروع به تمایز می‌کنند (شکل 2-E). در ابتدا، شیار میانی، به دنبال آن دو شیار جانبی در بساک‌ها تشکیل می‌شود و در این روند بساک‌های بُن‌چسب ((basifixed به صورت پشت‌چسب ((dorsifixed در می‌آیند و میله‌های پرچم به قسمت پشتی بساک متصل می‌گردد (شکل 2-F,G).

پس از کامل شدن تمایز بساک در حلقه پرچم‌های بیرونی، تمایز بساک در حلقه پرچم‌های درونی با روندی مشابه انجام می‌گیرد. با این تفاوت که بساک در این پرچم‌ها یک برگشتگی به عقب نشان می‌دهد، در حالی که در حلقه پرچم‌های بیرونی، بساک‌ها مستقیماً در امتداد میله قرار گرفته‌اند و هیچ گونه خمیدگی را نشان نمی‌دهند. همچنین، میله پرچم‌های درونی همواره کوچکتر از میله پرچم‌های بیرونی است (شکل 2-H,I).

برچه که در ابتدا شکل نیم‌کروی دارد، به تدریج در بخش قدامی فرو رفته، شکافی در آن ایجاد می‌شود. ایجاد شکاف برچه پس از آغازش تمام اندام‌ها و تفکیک آغازه‌های مشترک اتفاق می‌افتد. طول برچه به تدریج افزایش می‌یابد و شکاف آن نیز عمیق‌تر می‌شود (شکل 2-J). بسته شدن شکاف برچه از بخش قاعده‌ای آن شروع می‌شود و بخش انتهایی برچه تا مدتی باز باقی می‌ماند (شکل 2-K).

شکل 2- روند نمو اندام‌ها. A و (B نمای جانبی از تشکیل کاسه گل، C و(D احاطه شدن کامل گل توسط کاسه گل پوشیده از کُرک،
(E نمای جانبی در فقدان کاسبرگ‌ها از رشد آغازه پرچم‌ها و گلبرگ‌ها، (F شروع تمایز بساک و تشکیل شکاف میانی در بساک پرچم‌های بیرونی، (G هم‌پوشانی بین گلبرگ‌ها، H و (I دید جانبی از پرچم‌های نمو یافته، J و (K تمایز برچه و طویل شدن آن. A: پرچم بیرونی،
a: پرچم درونی، C: برچه، P: گلبرگ، S: کاسبرگ.

بحث

بررسی تکوین گل در ابریشم مصری نشان‌دهنده وجود شباهت‌ها و تفاوت‌هایی در مقایسه با سایر اعضای زیرتیره ارغوان است. از جمله شباهت‌ها وجود الگوی هم‌پوشانی حلزونی صعودی در جریان آغازش گلبرگ‌ها است. همچون سایر اعضای زیرتیره ارغوان، با رشد آغازه گلبرگ‌ها، حاشیه‌های گلبرگ شکمی حاشیه‌های گلبرگ‌های جانبی را می‌پوشاند و گلبرگ‌های جانبی به نوبه خود لبه‌های گلبرگ پشتی را احاطه می‌کنند (Tucker, 2003). با وجود این، تقارن گل در ابریشم مصری متفاوت از اغلب اعضای زیرتیره ارغوان است. اغلب گل‌های زیرتیره ارغوان دارای تقارن شعاعی هستند (Tucker, 2002a). در ابریشم مصری تقارن گل کمابیش یک طرفه است که در نتیجه نمو قابل ملاحظه کاسبرگ پشتی در مقایسه با سایر کاسبرگ‌ها است. چنین حالتی قبلاً در گونه‌های دیگری از این جنس مانند C. cassioides،
C. pulcherrima و C. vesicaria گزارش شده است (Tucker et al., 1985). در حالت تقارن یک طرفه فقط یک سطح تقارن قابل تشخیص است که دو نیمه آن تصویر آیینه‌ای یکدیگرند. این حالت در بسیاری تیره‌های گیاهی پیشرفته دیده می‌شود (Tucker, 1999). تقارن یک طرفه که در جریان آغازش اندام‌ها در ابریشم مصری ظاهر می‌شود، بعدها در طی تکوین و در جریان تمایز متفاوت گلبرگ‌ها و کاسبرگ‌ها تقویت می‌شود.

امروزه مطالعات تکوینی نشان داده است که طی تکوین، تمام آغازه‌های یک حلقه همزمان با هم تشکیل نمی‌شوند. بلکه، آغازه اندام‌ها در هر حلقه با نظم مشخص آغازش می‌یابد، که این الگو یک ویژگی ثابت برای گیاه مورد نظر تلقی می‌شود. بررسی‌های انجام گرفته وجود تفاوت الگوی آغازشی را در زیرتیره‌های مختلف باقلاییان نشان داده است. پژوهش‌ حاضر مطابق آنچه در برخی دیگر از اعضای زیرتیره ارغوان دیده می‌شود، وجود الگوی تک‌جهتی را در جریان تشکیل کاسه گل و پرچم‌ها اثبات می‌نماید. با این حالت، الگوی آغازش کاسبرگ‌ها در جنس Caesalpinia می‌تواند متغیر باشد. در کنار الگوی تک‌جهتی، حالت‌های دیگر نیز مشاهده شده است: 1- مارپیچی تغییر یافته در
C. vesicariaکه مشابه حالت مارپیچی است، با این تفاوت که دو کاسبرگ جانبی همزمان تشکیل می‌شوند. 2- الگوی متمایل به حلقه‌ای در C. pulcherrimaکه در این حالت تمام کاسبرگ‌ها به جز کاسبرگ پشتی به طور همزمان تشکیل می‌شوند. 3- الگوی تک‌جهتی تغییر یافته که در C. vesicari وجود دارد و مشابه حالت تک‌جهتی است، با این تفاوت که کاسبرگ‌های شکمی به طور متوالی ظاهر می‌شوند (Tucker et al., 1985) (شکل 3).

شکل 3- الگوی آغازش کاسبرگ در گونه‌های Caesalpinia،1) مارپیچی تغییر یافته درC. vesicaria،2) الگوی متمایل به حلقه‌ای در C. pulcherrima، 3) الگوی تک‌جهتی تغییر یافته در C. vesicari،4) تک‌جهتی در C. gilliesii.

الگوی دو جهتی آغازش گلبرگ که در گونه مورد پژوهش‌ مشاهده گردید تاکنون در اعضای دیگر این جنس گزارش نشده است.

با توجه به اینکه الگوی رایج در زیرتیره اجدادی ارغوان به عنوان الگوی مارپیچی معرفی شده است، این الگو یک حالت ابتدایی تلقی می‌شود و به نظر می‌رسد تمامی این الگوها، از الگوی مارپیچی مشتق شده‌اند (Prenner, 2004). چگونگی این اشتقاق در شکل 4 نشان داده شده است. بنابراین، وجود الگوی دو جهتی در گونه مورد پژوهش‌ می‌تواند نشان‌دهنده نوعی تخصص یافتگی باشد.

شکل 4- مراحل اشتقاق الگوهای آغازشی متنوع و مشتق شده از الگوی مارپیچی یا هلیکال

نکته شایان توجه دیگر در جریان تکوین گل ابریشم مصری وجود هم‌پوشانی در جریان آغازش حلقه‌ها است. بدین معنی که اندام‌های گل در یک حلقه می‌توانند پیش از کامل شدن حلقه قبلی شروع به آغازش کنند (شکل 5). Tucker (1989) پیشنهاد کرده است که این حالت که یک نوع ظهور زودرس تقارن زیگومورفی است و در گروه‌های بسیار پیشرفته رخ می‌دهد. وی وجود این حالت را در 23 گونه از 12 طایفه پروانه‌آسا گزارش کرد. در گونه مورد مطالعه، وجود هم‌پوشانی میان کاسبرگ‌ها و گلبرگ‌ها، میان گلبرگ‌ها، پرچم بیرونی و برچه و نیز میان پرچم بیرونی و درونی نشان داده شده است. جالب توجه است که وجود هم‌پوشانی تاکنون در سایر گونه‌های Caesalpinia گزارش نشده است. در مجموع، می‌توان گفت با توجه به اینکه هم‌پوشانی بین حلقه‌ها در طی تکوین گل یک صفت تخصص یافته به شمار می‌آید (Tucker, 1989)، وجود هم‌پوشانی بالا در گونه مورد مطالعه حاضر نوعی تمایل به تخصص یافتگی را نشان می‌دهد و شاهدی بر پیشرفته بودن آن از نظر تکوین گل است.

شکل 5- دیاگرام گل و میزان هم‌پوشانی بین حلقه‌ها در گونه ابریشم مصری، از بیرون به سمت داخل در شکل سمت راست: کاسبرگ‌ها با الگوی تک‌جهتی، گلبرگ‌ها با الگوی دو جهتی، پرچم بیرونی با الگوی تک‌جهتی و پرچم درونی با الگوی تک‌جهتی.

پژوهش حاضر، نخستین گام در راستای شناخت تفاوت‌های بین گونه‌ای در جریان تکوین گل در جنس Caesalpinia است که نشان می‌دهد مطالعات مقایسه‌ای تکوین گل می‌تواند برای مرزبندی و تفکیک گونه‌ها مفید باشد. تداوم مطالعاتی از این دست در درک روند تکاملی این سرده راهگشا خواهد بود.