بررسی ساختار تشریحی ساقه و برگ گونه‌های جنس (Cyperaceae) Carex L. در استان‌های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی

نویسندگان

1 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 پژوهشکده علوم گیاهی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

جنس Carex L. از تیره Cyperaceae با داشتن حدود 2000 گونه یکی از بزرگترین جنس‌های گیاهان گل‌دار محسوب می‌شود. این جنس در فلات ایران دارای 85 گونه است که تقریباً نیمی از آنها در ایران حضور دارند. در پژوهش حاضر ساختار تشریحی ساقه و برگ 12 گونه و زیرگونه در شمال‌شرق ایران متعلق به دو زیرجنس Vignea و Carex به صورت برش‌گیری دستی و رنگ‌آمیزی با آبی تولوئیدین بررسی شد. نتایج گویای این بود که برخی از صفات تشریحی ساقه و برگ نظیر: نحوه قرارگیری دستجات آوندی، اندازه حفره‌های هوایی، نوع سه وجهی بودن ساقه، تعداد لایه‌های اسکلرانشیمی، میزان اسکلریدی شدن زوایای ساقه و ضخامت کوتیکول در تفکیک گونه‌های مزبور مؤثر هستند. مطالعه حاضر تأیید کننده طبقه‌بندی‌های کلاسیک بر اساس ویژگی‌های ریخت‌شناسی نبود و نتایج حاکی از ارتباط مستقیم شرایط آبی گیاه با صفات تشریحی بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Anatomical study of leaf and stem of Carex L. species (Cyperaceae) in Shomali, Razavi and Jounobi Khorasan provinces

نویسندگان [English]

  • Jinus Hejazi 1
  • Jamil Vaezi 2
  • Dorrieh Amiri Moghaddam 1
  • Farshid Memariani 3
1 Department of Biology, Faculty of Sciences, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Biology, Faculty of Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

The genus Carex L. is one of the largest genera (2000 spp.) of the flowering plants . There are 85 species of Carex in Iran plateau that approximately half of them are present in Iran. In this study, stem and leaf anatomy of 12 species and subspecies of Carex from two subgenera, Carex and Vignea, were investigated using hand cutting method and blue toluidine staining. The results showed that some of anatomical features such as, location of vascular bundles, size of air cavities, type of triangular stem, number of sclerenchyma layer and amount of lignified stem and cuticle thickness were effective in determining the species. This study did not confirm the classical taxonomy based on morphological characteristics and the results revealed that anatomical characteristics were correlated with plant water conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carex
  • Cyperaceae
  • Stem and Leaf anatomy
  • Blue toluidine staining
  • Khorasan provinces

 مقدمه

جنس Carex متعلق به تیره Cyperaceae با داشتن حدود 2000 گونه از حیث غنای گونه‌ای از بزرگترین جنس‌های گیاهی محسوب می‌شود (Reznicek, 1990). اگرچه جنسی جهان شمول است اما بیشتر گونه‌های این جنس در مناطق معتدله شمالی با مرکز تنوع در آمریکای شمالی و آسیای شرقی پراکنده شده‌اند. زیستگاه گونه‌های Carex از ساوان‌های خشک باز تا جنگل‌های بارانی، علفزارهای مرطوب و حتی توندراهای قطبی متغیر است (Starr et al., 1999).

بر اساس فلورا ایرانیکا (Kükkenen, 1998) برای تیره Cyperaceae دو زیرتیره و چهار قبیله ذکر شده است که جنس Carex بر این اساس متعلق به زیرتیره Caricoideae و تبار Cariceae است. حدود 85 گونه از این جنس در فلات ایران وجود دارد که نیمی از این تعداد از کشور ایران گزارش شده است. استان‌های خراسان (شمالی، رضوی و جنوبی) به دلیل داشتن وسعت زیاد و آب و هوای متغیر و مرزهای مشترک، غنای گونه‌ای قابل ملاحظه‌ای از این جنس را دارا هستند.

جنس Carex از بهترین جنس‌های مطالعه شده در تیره Cyperaceae محسوب می‌شود. Metcalfe (1971) اطلاعات تشریحی از 404 گونه Carex را پیش از سال 1970 منتشر کرد و تعداد بی‌شماری از گونه‌ها را متعاقباً مورد بررسی قرار داد. این جنس به طور کلی از نظر ویژگی‌های ریخت‌شناسی ناهمگن است؛ برای مثال Spinner (1902) 9 تغییر شکلی در برگ، 5 نوع خار، 8 فنوتیپ روزنه‌ای، 3 نوع سلول مفصلی و چندین نوع از ساختار جسم سیلیسی را در سلول‌های اپیدرمی رگبرگی شناسایی کرد.

Szczepanik-Janyszek و Klimko (1999) اهمیت مطالعه تشریحی برگ و ساقه را در بخش Muehlenbergianae (L.H. Bailey) Kük مطالعه نمودند. نتایج حاصل از مطالعات آنها نتوانست معیار تشخیصی خوبی برای اعضای این بخش فراهم کند. با وجود این، در پژوهش حاضر خصوصیات تشریحی خوبی برای مطالعات بعدی معرفی شدند.

Starr و Ford (2001) کاربرد فیلوژنتیک و تاکسونومی ساختارهای تشریحی برگ و ساقه را در بخش Phyllostachys بررسی کردند. نتایج گویای این بود که داده‌های تشریحی به خوبی می‌توانند 8 گونه موجود در این بخش را از هم تفکیک کنند.

در پژوهش حاضر، 12 گونه و زیرگونه جنس Carex در استان‌های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی از نظر خصوصیات تشریحی برگ و ساقه و سطح اپیدرمی شکمی (تحتانی) بررسی شدند. به منظور تعیین کارآمدی این خصوصیات در جدایی گونه‌های این جنس در ناحیه مورد مطالعه، تحلیل مؤلفه‌های اصلی و خوشه انجام شد. در پایان، سعی شد تا با این مطالعه، اهمیت تاکسونومیک خصوصیات تشریحی در جداسازی تاکسون‌های مورد بررسی ارزیابی شود.

 

مواد و روش‌ها

برای مطالعه ساختار تشریحی مقاطع برگ و ساقه 12 گونه و زیرگونه جنس Carex، از روش برش دستی و رنگ‌آمیزی با آبی تولوئیدین (O'Brien et al., 1964) استفاده شد. فهرست تاکسون‌های مطالعه شده در جدول 1 درج شده است. فرآیند رنگ‌آمیزی سریع و ساده با استفاده از آبی تولوئیدین نتایجی را ایجاد می‌کند که در آن بافت‌ها از تمایز خوبی برخوردار هستند. از این نظر، این روش یک روش نوین در مطالعات تشریحی بافت‌های گیاهی محسوب می‌شود (Peterson et al., 2008).

ابتدا برگ‌ها و ساقه‌های تازه کاملاً بالغ و تمایز یافته، در محلول تثبیت کننده فرم‌آلدهید- استیک اسید-الکل (FAA) قرار داده شدند. مقاطع برش‌گیری شده از ساقه و برگ در سری‌های اتانول آبگیری شدند، اما قبل از این، بافت‌ها برای بی‌رنگ شدن و پاک‌سازی کلروفیل‌ها، به مدت 15 دقیقه در محلول هیپوکلریت سدیم 20 درصد قرار داده شدند. سپس، برش‌ها برای رنگ‌آمیزی به محلول رنگ آبی تولوئیدین (5/0 درصد) در اتانول 100 درصد منتقل شدند و برای نتیجه بهتر، به مدت 5/3 دقیقه حرارت داده شدند. مقاطع رنگ شده پس از شستشو با آب مقطر برای مطالعه روی لام برده و با چسب انتلان تثبیت شدند و در نهایت با میکروسکوپ نوری Olympus مدل BX-50 مطالعه شدند.

برای مطالعه سطح اپیدرم شکمی برگ، ابتدا قطعات 2 تا 5 سانتی‌متری از برگ جدا شدند. در مرحله بعد، با استفاده از یک تیغ تیز به صورت کاملاً مورب روی سطح پشتی برگ عمل خراشیدن به آرامی انجام شد. برای اطمینان از زدوده شدن کامل کلروفیل‌ها، سطوح نازک اپیدرمی برای 2 تا 3 دقیقه در محلول هیپوکلریت سدیم 10 درصد قرار داده شدند. پس از شستشو مقاطع با رنگ کارمن زاجی رنگ‌آمیزی شدند. سطوح آماده شده با میکروسکوپ نوری Olympus مدل BX-50 با بزرگ‌نمایی 400 مطالعه شدند.

 

 

جدول 1- فهرست اسامی گونه‌های مطالعه شده، جمع‌آوری کننده‌ها، تاریخ و محل جمع‌آوری آنها. (*: نمونه‌های هرباریومی موجود در هرباریوم دانشکده علوم دانشگاه فردوسی مشهد هستند، بقیه متعلق به هرباریوم پژوهشکده علوم گیاهی دانشگاه فردوسی مشهد است).

کد هرباریومی

زیر جنس

نام گونه

جمع‌آوری کننده

محل جمع‌آوری

تاریخ جمع‌آوری

70111*

Carex

C. sylvatica Huds.

حجازی، بصیری

جنوب غرب بجنورد، رئین، دره ساری گیو

05/03/1390

44370

Carex

C. diluta M.B.

معماریانی، ارجمندی

غرب بجنورد منطقه حفاظت شده قورخود، کاستان-زوی جنان

19/03/1390

39834

Carex

C. distans L.

جوهرچی، زنگویی

شرق اسفراین-پارک ملی ساری‌گل-دره دهنه اجاق

17/02/1387

13011*

Carex

C. songorica Kar. & Kir.

حجازی، بصیری

جنوب غربی بجنورد-رئین-زوی رئین به سمت گرمگ

23/03/1390

38016

Carex

C. melanostachya M. Bieb. ex Willd

معماریانی، زنگویی و ارجمندی

جنوب غربی بجنورد-رئین-برزانلو تا ابتدای مرتع مرجان

18/03/1385

44500

Carex

C. halleriana Asso.

معماریانی، ارجمندی

غرب بجنورد-منطقه حفاظت شده قورخود-ارتفاعات بالای کانی سالان-شیب شمالی کوه قورخود

29/03/1390

44250

Carex

C. orbicularis subsp. kotschyana (Boiss.& Hohen.) Hukkonen)

بصیری

شمال شیروان-منطقه حفاظت شده گلول و سرانی

18/03/1390

35811

Vignea

C. pachystylis J.Gay.

معماریانی و زنگویی

غرب بجنورد-درکش-حاشیه رودخانه کنگرزو

10/04/1384

28263

Vignea

C. physodes subsp. physodes M.B.

رافعی، زنگویی

جنوب شرق بیرجند-سربیشه به ماخونیک

20/02/1380

34369

Vignea

C. cuprina (Sándor ex Heuff.) Nendtv.ex A.Kern.

معماریانی و ارجمندی

غرب بجنورد-منطقه حفاظت شده قورخود-کاستان-زوی جنان

04/03/1389

90113*

Vignea

C. divisa Huds.

حجازی، بصیری

سرخس، مزداوند

28/02/1390

12011*

Vignea

C. divulsa subsp. divulsa Stocks

حجازی، بصیری

طرقبه، دهبار

20/02/1390


 

.مطالعه خصوصیات تشریحی برگ، ساقه و سطح اپیدرم شکمی: پس از آماده‌سازی لام‌ها از مقاطع برگ، ساقه و سطح اپیدرم شکمی، تصاویر آنها برای بررسی‌های دقیق تشریحی توسط نرم‌افزار dino capture نسخه 0/2 (AnMo Electronics Corporation) و ابزار Dino Capture Eye تهیه شد. صفات تشریحی متمایز کننده با مطالعه منابع مختلف (نظیر مطالعات Metcalfe (1971)، Standley (1989)، Starr و Ford (2001) انتخاب شد. همچنین، برخی صفات تشریحی برای نخستین بار در این مطالعه معرفی شدند. صفات ارزیابی شده به صورت ماتریسی از داده‌ها در نرم‌افزار Excel وارد شدند (جدول 2).

 

 

جدول 2- فهرست صفات کمّی و کیفی تشریحی ارزیابی شده در گونه‌های مطالعه شده جنس Carex در استان‌های خراسان

شماره

صفت

 

حالت صفت/مقیاس

1

ضخامت برگ

 

میکرومتر

Thickness of leaf (LETH)

2

تعداد دستجات آوندی

 

شمارش

Number of vascular bundles (NVBU)

3

طول سلول اپیدرمی پشتی

 

میکرومتر

Length of cell (adaxial epidermis) (CLLN)

4

عرض سلول اپیدرمی پشتی

 

میکرومتر

Cell width (adaxial epidermis) (CLWD)

5

ارتفاع زواید پستانکی اپیدرمی پشتی

 

میکرومتر

Papilla height (adaxial epidermis) (PAHG)

6

ضخامت کوتیکول پشتی

 

میکرومتر

Cuticle thickness (adaxial epidermis) (CUTH)

7

طول سلول اپیدرمی شکمی

 

میکرومتر

Cell length (abaxial epidermis) (CLLG)

8

عرض سلول اپیدرمی شکمی

 

میکرومتر

Cell width (abaxial epidermis) (CLWI)

9

ارتفاع زواید پستانکی اپیدرمی شکمی

 

میکرومتر

Papilla height (abaxial epidermis) (PPHG)

10

ارتفاع روزنه

 

میکرومتر

Stomata height (abaxial epidermis) (STLN)

11

ضخامت کوتیکول شکمی

 

میکرومتر

Cuticle thickness (abaxial epidermis) (CUTN)

12

نسبت طول به عرض سلول‌های اپیدرمی پشتی

 

بدون مقیاس

Ratio of length to width of cells (abaxial) (RLWC)

13

نسبت طول به عرض سلول‌های اپیدرمی شکمی

 

بدون مقیاس

Ratio of length to width of cells (adaxial) (RLWA)

14

متوسط طول ستون اسکلرانشیمی در ساقه

 

میکرومتر

Average length of peripheral sclerenchyma girders of stem (ALPS)

15

تعداد دستجات آوندی بزرگ در ساقه

 

شمارش

Number of large vascular bundle in stem (NLVB)

16

عرض ستون اسکلرانشیمی در ساقه

 

میکرومتر

Width of sclerenchyma girders in stem (WSGS)

17

متوسط طول حفره‌های هوایی در برگ

 

میکرومتر

Average length of air cavities in leaf (LACL)

18

متوسط عرض حفره‌های هوایی در ساقه

 

میکرومتر

Average width of air cavities in stem (WACS)

19

متوسط طول حفره‌های هوایی در ساقه

 

میکرومتر

Average length of air cavities in stem (LACS)

20

متوسط عرض حفره‌های هوایی در برگ

 

میکرومتر

Average width of air cavities in leaf (WACL)

21

متوسط طول غلاف‌های آوندی در برگ

 

میکرومتر

Average length of bundle sheaths in leaf (ALBL)

22

متوسط عرض غلاف‌های آوندی در برگ

 

میکرومتر

Average width of bundle sheaths in leaf (AWBL)

23

متوسط طول غلاف‌های آوندی در ساقه

 

میکرومتر

Average length of bundle sheaths in stem (ALBS)

24

متوسط عرض غلاف‌های آوندی در ساقه

 

میکرومتر

Average width of bundle sheaths in stem (AWBS)

25

طول اسکلرانشیم حاشیه‌ای در برگ

 

میکرومتر

Length of marginal sclerenchyma in leaf (LGMS)

26

عرض اسکلرانشیم حاشیه‌ای در برگ

 

میکرومتر

Width of marginal sclerenchyma in leaf (WDMS)

27

ضخامت کوتیکول در ساقه

 

میکرومتر

Cuticle thickness of the stem (THCS)

28

تعداد سلول‌های مفصلی

 

شمارش

Number of bulliform cells (NBUL)

29

متوسط طول سلول‌های مفصلی

 

میکرومتر

Average length of bulliform cell (LGBU)

30

متوسط عرض سلول‌های مفصلی

 

میکرومتر

Average width of bulliform cell (WDBU)

31

متوسط طول ستون اسکلرانشیمی بالایی در برگ

 

میکرومتر

Average length of upper girder in leaf (LUGI)

32

متوسط طول ستون اسکلرانشیمی پایینی در برگ

 

میکرومتر

Average length of lower girder in leaf (LLGI)

33

متوسط عرض ستون اسکلرانشیمی بالایی در برگ

 

میکرومتر

Average width of upper girder in leaf (WUGI)

34

متوسط عرض ستون اسکلرانشیمی پایینی در برگ

 

میکرومتر

Average width of lower girder in leaf (WLGI)

35

ارتفاع روزنه در ساقه

 

میکرومتر

Height of stomata in stem (LGCS)

36

فاصله آوندهای بدون ستون تا اپیدرم

 

میکرومتر

Distance of girderless vesseles from epidermis (DGLE)

37

فاصله غلاف‌های آوندی کوچک تا اپیدرم پشتی

 

میکرومتر

Distance of minor bundle sheaths from adaxial epidermis (DMDE)

38

فاصله غلاف‌های آوندی کوچک تا اپیدرم شکمی

 

میکرومتر

Distance of minor bundle sheaths from abaxial epidermis (DMBE)

39

تعداد لایه‌های سلول‌های کلرانشیمی زیر حفره‌های هوایی

 

شمارش

Number of chlorenchyma cell layers under air cavities (NPLB)

40

تعداد لایه‌های اپیدرمی

 

شمارش

Number of epidermis layers (NELY)

41

تعداد لایه‌های سلول‌های کلرانشیمی بالای حفره‌های هوایی

 

شمارش

Number of chlorenchyma cell layers above air cavities (NPLU)

42

ضخامت اسکلرانشیم در ناحیه ناو

 

میکرومتر

Sclerenchyma thickness in keel (THSK)

43

ضخامت طولی ناو

 

میکرومتر

Longitudinal thickness of keel (TLKE)

44

ضخامت عرضی ناو

 

میکرومتر

Latitudinal thickness of keel (WKEL)

45

عمق گودی ناو

 

میکرومتر

Depth of keel groove (COKE)

46

ضخامت عرضی اسکلرانشیم ناو

 

میکرومتر

Latitudinal thickness of Sclerenchyma of keel (WSKE)

47

شاخص روزنه‌ای

 

میکرومتر

Stomatal index (STIN)

48

تراکم روزنه‌ای

 

تعداد در میلی‌متر مربع

Density of stomata (STDE)

49

طول سلول نگهبان روزنه

 

میکرومتر

Length of stomatal guard cell (LGST)

50

طول سلول همراه روزنه

 

میکرومتر

Length of subsidiary cell (LGGC)

51

عرض سلول نگهبان روزنه

 

میکرومتر

Width of stomatal guard cell (WDST)

52

عرض کلی روزنه

 

میکرومتر

Total width of stomata (TWST)

53

جایگاه زواید پستانکی

 

0. فاقد زواید پستانکی 1. پشتی 2. شکمی 3. حاشیه برگ 4. بسیار متراکم در سطح پشتی و کمتر در سطح شکمی

Papilla location (PALO)

54

شکل حفره‌های هوایی در برگ

 

1. لوبیایی-کلیوی 2. نعل اسبی 3. مستطیلی کشیده 4. بیضوی 5. مربعی 6. دایره‌ای 7. دمبلی شکل 8. نامنظم

Shape of air cavities in leaf (SHAV)

55

نوع سه وجهی شدن ساقه

 

1. نرم سه وجهی شده 2. تقریباً استوانه‌ای 3. تیز سه وجهی

Type of triangular stem (TTAS)

56

نوع دستجات آوندی

 

1. پیرامونی و نیمه پیرامونی 2. پیرامونی و کاملاً یکی در میان با آوندهای کوچک 3. پیرامونی با تعداد کمی آوند نیمه پیرامونی 4. تماماً پیرامونی 5. پیرامونی و نیمه پیرامونی (یکی در میان با آوندهای کوچک) و بزرگ در حواشی

Type of vascular bundle (peripheral or central) (TVBU)

57

نوع ناو

 

1. کج و تیز همراه با زواید پستانکی 2. کاملاً گرد 3. تیز 4. کج و گرد 5. کج و نیمه تیز 6. گرد 7. نوک تیز با اسکلرانشیم کج 8. گرد با اسکلرانشیم کج

Type of keel (TPKE)

58

شکل حفره‌های هوایی در ساقه

 

0. فاقد حفره هوایی 1. بیضوی 2 دایره‌ای-بیضوی 3. مستطیلی 4. نعل اسبی شکل 5. بیضوی کشیده 6. دایره‌ای کوچک

Shape of air cavities in stem (SPAC)

59

حضور اسکلرانشیم حاشیه‌ای در برگ

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of marginal Sclerenchyma in leaf (PMSL)

60

جایگاه دستجات آوندی کوچک (بالای حفره‌های هوایی یا بین آنها)

 

0. فاقد آوندهای کوچک 1. پایین‌تر از حفره‌های هوایی 2. مابین حفره‌های هوایی

Position of minor vascular bundle (overtop of air cavity or between air cavity) (PMVB)

61

نوع ستون اسکلرانشیمی پشتی (منقطع شده با سلول‌های پارانشیمی یا کاملاً اسکلره شده)

 

1. کاملاً اسکلرانشیمی شده 2. گسیخته شده با سلول‌های پارانشیمی 3. تعداد کمی از آوندها اسکلرانشیمی شده، بقیه بدون ستون 4. تمام غلاف‌ها بدون ستون

Type of adaxial girders (interrupted by parenchymatous cells vs completely sclerified) (TADG)

62

اسکلرانشیمی شدن ساقه

 

0. اسکلرانشیمی نشده 1. اسکلرانشیمی شده

Sclerification of stem angels (AGSS)

63

حضور زواید پستانکی اپیدرمی در ساقه

 

0.فقدان زواید پستانکی 1. تنها در زوایای ساقه 2. در تمام سطوح ساقه

Presence of epidermal papillae (PEPS)

64

حضور حفره‌های روزنه‌ای در ساقه

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of epistomatal cavities in stem (PECS)

65

حضور حفره‌های روزنه‌ای در برگ

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of epistomatal cavities in leaf (PECL)

66

حضور زواید پستانکی روی اپیدرم پشتی

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of papillae on adaxial surface (PPAD)

67

حضور زواید پستانکی روی اپیدرم شکمی

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of papillae on abaxial surface (PPAB)

68

حضور روزنه در ساقه

 

0. عدم حضور 1. حضور

Presence of stomata in stem (PSTS)

69

شکل کلی برگ

 

1. V شکل 2. M شکل

Outline shape of leaf (OTSH)

 

 

تحلیل داده‌های حاصل از مطالعه تشریحی: در مجموع، 52 صفت کمّی و 17 صفت کیفی حاصل از مطالعه تشریحی ساقه، برگ و سطح اپیدرمی شکمی ارزیابی شدند. صفات کیفی با شاخص بصری در تصاویر تشخیص داده شدند و صفات کمّی با ابزار خط‌کش و توسط نرم‌افزار Adobe Photoshop CS5 اندازه‌گیری شدند. مقادیر اندازه‌گیری شده صفات کمّی و کیفی برای افراد گونه‌های مطالعه شده در ماتریسی در نرم‌افزار Excel گردآوری شدند. برای تعیین تطابق توزیع نرمال مقادیر صفات کمّی از آزمون Kolmogorov-Smirnov استفاده شد. مقادیری از صفات کمّی که از توزیع نرمال پیروی نمی‌کردند با روش ترانسفورماسیون Z-score دارای میانگین 0 و انحراف معیار 1 شده، به این صورت نرمال شدند. سپس، برای تعیین معنی‌داری اختلاف مقادیر صفات کمّی بین گونه‌های مطالعه شده، آنالیز واریانس یک‌طرفه ANOVA به کار برده شد. برای تعیین معنی‌داری اختلاف صفات کیفی از آزمون Kruskal-Walis H استفاده شد. آزمون‌های اشاره شده با نرم‌افزار SPSS نسخه 16 انجام گرفت. همچنین، برای تعیین قرابت و روابط گونه‌ای از آنالیزهای مؤلفه‌های اصلی و خوشه‌ای با روش UPGMA استفاده شد. آنالیز مؤلفه‌های اصلی با نرم‌افزار CANOCO نسخه 4
(Ter Braak and Šmilauer, 2002) و تحلیل خوشه‌ای با نرم‌افزار NTSYS نسخه 2 (Rohlf, 2000) انجام شد.

 

نتایج

نتایج مطالعات تشریحی برگ: شکل کلی مقطع عرضی برگ در گونه‌های بررسی شده Carex،
V شکل در اغلب گونه‌ها و M شکل در
C. melanostachya بود. در برش عرضی برگ می‌توان در ناحیه میانی، ناو را مشاهده کرد که دارای تنوع شکلی از نوک ‌تیز راست تا نوک گرد و کج است. سلول‌های مفصلی در سطح بالایی برگ که به صورت سلول‌های اپیدرمی درشت مشاهده می‌شوند نیز از نظر اندازه و تعداد در بین گونه‌های مطالعه شده متغیر بودند. همچنین، تعداد لایه‌های اپیدرمی در سطح فوقانی برگ درگونه‌ C. physodes از سایر گونه‌ها متفاوت بود. اپیدرم فوقانی و تحتانی را لایه‌ نسبتاً ضخیمی از کوتیکول پوشانیده است که در میان برخی از گونه‌ها از نظر ضخامت، تفاوت معنی‌داری وجود دارد. در زیر اپیدرم‌های فوقانی و تحتانی یک یا چند لایه سلول‌های پارانشیمی کلروفیل‌دار به نام کلرانشیم حضور دارد. آناتومی کرانز که در گیاهان C4 یافت می‌شود در این گیاهان نیز مشاهده می‌شود. دستجات آوندی توسط غلاف آوندی (متشکل یک لایه سلول پارانشیمی و یک لایه سلول اسکلرانشیمی) احاطه شده‌اند، به طوری که معمولاً چوب در داخل و آبکش در بیرون قرار می‌گیرد. این دستجات با آرایش خطی در طول برگ پراکنده شده‌اند. از ویژگی‌های بارز برگ‌های این گیاهان داشتن ستون‌های اسکلرانشیمی است که از غلاف‌های آوندی تا زیر اپیدرم فوقانی و تحتانی امتداد دارند. طول و عرض این ستون‌ها، حضور یا عدم حضور آنها در هر دو سوی غلاف‌های آوندی از جمله ویژگی‌های هستند که در میان برخی از گونه‌ها تفاوت ایجاد کردند. حفره‌های هوایی با اندازه و شکل‌های متفاوت ما بین غلاف‌های آوندی برگ متمرکز شدند. همچنین، حضور روزنه‌ها از نوع پاراسیتیک منحصر به سطح زیرین برگ شده است. در تعدادی از گونه‌ها اتاقک‌های زیر روزنه‌ای کاملاً مشهود هستند. روی سطوح اپیدرمی فوقانی و تحتانی در برخی از گونه‌ها اجسام سیلیسی به صورت برآمدگی‌های پستانکی و سیخکی دیده می‌شوند که از جمله ویژگی‌های خوب تشریحی در تشخیص گونه‌های دارای این زواید است (شکل‌های 1، 2 و 3).

نتایج حاصل از مطالعات تشریحی ساقه: شکل کلی ساقه در مقطع عرضی، از سه‌گوش تیز تا تقریباً استوانه‌ای متغیر هستند. روی سطح اپیدرم ساقه لایه‌ای از کوتیکول پوشیده شده است. همچنین، اجسام سیلیسی روی سطح اپیدرمی ساقه به صورت برجستگی‌های پستانکی در تعدادی از گونه‌ها مشاهده می‌شود. در زیر اپیدرم بلافاصله بعد از یک یا چند لایه سلول کلرانشیمی می‌توان سلول‌های پارانشیمی را دید که تا مغز ساقه امتداد دارند. غلاف‌های آوندی درشت و ریز به صورت پیرامونی تا نیمه پیرامونی تنها در حواشی ساقه آرایش یافته‌اند در حالی که در ناحیه مغزی غلاف آوندی وجود ندارد. ستون‌های اسکلرانشیمی در یک یا هر دو سوی غلاف‌ها مشخص می‌شوند که تا زیر اپیدرم و یا مغز ساقه کشیده شده‌اند. حفره‌های هوایی در اغلب گونه‌ها دیده می‌شوند و در شکل و اندازه، میان گونه‌ها تمایز ایجاد می‌کنند. در تعدادی از گونه‌ها در ساقه، روزنه و اتاقک‌های زیر روزنه‌ای را می‌توان دید (شکل‌های 4 و 5).

نتایج حاصل از مطالعه سطوح اپیدرمی: در سطوح اپیدرمی، حضور سلول‌های مستطیلی بزرگ در نواحی بین رگبرگی مشهود است. دیواره‌های سلولی آنتی‌کلینالی بسیار موّاج است و در رأس، خمیدگی‌ها ضخیم شده و ظاهر گره‌مانند پیدا می‌کنند. روزنه‌ها در سطح اپیدرم در ردیف‌های طولی در نواحی بین رگبرگی سطح زیرین (هیپواستوماتی) آرایش یافته‌اند. ممکن است روزنه‌ها در این ردیف‌ها توسط یک یا تعدادی سلول بین رگبرگی جدا شده باشند. روزنه‌ها از نوع پاراسیتیک هستند. سلول‌های رگبرگی مجاور با روزنه تا حدودی در بالای سلول‌های همراه روزنه قرار می‌گیرند. در سطوح اپیدرمی حضور یا عدم حضور اجسام سیلیسی پستانکی یا سیخکی در دو سطح فوقانی و تحتانی برگ در تفکیک گونه‌ها حایز اهمیت است (شکل 6).

 

 

 

شکل 1- برش عرضی برگ. تصاویر از سه بخش مختلف تهیه شده است: چپ (×40): نمای کلی، وسط (×100): ناو، راست (×100): بخش میانی. دسته آوندی، اتاقک زیر روزنه، ستون اسکرانشیمی، سلول مفصلی و حفره هوایی با پیکان سیاه در شکل نشان داده شده‌اند. A، B و (C
C. halleriana؛ D، E و (F C. physodes؛ G، H و (I C. pachystylis؛ J، K و (L C. sylvatica.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2- برش عرضی برگ. تصاویر از سه بخش مختلف تهیه شده است: چپ (×40): نمای کلی، وسط (×100): ناو، راست (×100): بخش میانی. جسم پستانکی با پیکان سیاه در شکل نشان داده شده‌اند. A، B و (C C. diluta؛ D، E و (F C. distans؛ G، H و (I C. divulsa؛ J، K و (L C. divisa.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3- برش عرضی برگ. تصاویر از سه بخش مختلف تهیه شده است: چپ (×40): نمای کلی، وسط (×100): ناو، راست (×100): بخش میانی. جسم سیخکی با پیکان سیاه در شکل نشان داده شده‌اند. A، B و (C C. songorica؛ D، E و (F C. cuprina؛ G، H و (I
C. melanotachya؛ J، K و (L C. orbicularis.


 

 

شکل 4- برش عرضی ساقه. تصاویر هر گونه با دو بزرگ‌نمایی مختلف تهیه شده است: چپ (×40) و راست (×100): A و (B C. halleriana؛ C و (DC. physodes؛ E و (F C. pachystylis؛G و (HC. sylvatica؛ I و JC. diluta؛K و (LC. distans؛ M و (N C. divulsa؛ O و (PC. divisa.

 

شکل 5- برش عرضی ساقه. تصاویر با دو بزرگ‌نمایی مختلف تهیه شده است: چپ (×40) و راست (×100): اتاقک زیر روزنه و جسم پستانکی با پیکان سیاه در شکل نشان داده شده‌اند. A و (B C. songorica؛ C و (D C. cuprina؛E و (FC. melanotachya؛G و (HC. orbicularis.

   

 

شکل 6- تصاویر اپیدرم تحتانی (abaxial) 12 گونه Carex در استان‌های خراسان. حروف نشان داده شده در تصاویر معرف گونه‌ها هستند؛ اجسام پستانکی و سیخکی با پیکان سیاه در شکل نشان داده شده‌اند. (A C. halleriana؛ (BC. physodes؛ (C C. pachysylis؛
(D C. sylvatica؛ (E C. diluta؛ (F C. distans؛ (G C. divulsa؛ (H C. divisa؛ (I C. songorica؛ (J C. cuprina؛ (K C. melanostachya؛
(L C. orbicularis.

 


نتایج حاصل از تحلیل داده‌های تشریحی: در مجموع، 69 صفت تشریحی ساقه و برگ 12 گونه جنس Carex مطالعه شد. از این تعداد، 52 صفت کمّی و 17 صفت کیفی بودند. معنی‌داری صفات کیفی با آزمون Kruskal-Wallis H سنجیده شد. تمام صفات کیفی مطالعه شده با این آزمون با درجه اطمینان 95 درصد اختلاف معنی‌داری بین گونه‌های مطالعه شده ایجاد کردند. داده‌های کمّی به منظور بررسی توزیع نرمال با آزمون Kolmogorov-Smirnov تحلیل شد. از 52 صفت کمّی ارزیابی شده با این آزمون، 11 صفت توزیع نرمال نداشتند. این صفات عبارت بودند از: ALBS، LACL، LGST، LLGI، NELY، NPLU، NVBU، PAHG، PPHG، THCS و WACL. سپس، صفات فاقد توزیع نرمال با روش تغییر z-score، نرمال استاندارد (میانگین 0 و انحراف معیار 1) شدند. در نهایت، تمام صفات نرمال شده برای تعیین معنی‌داری وارد آنالیز واریانس یک‌طرفه (One-Way ANOVA) شدند. در این آنالیز با آزمون Tukey در سطح معنی‌داری 05/0 درصد مشخص شد که دو صفت ALBS و WDMS اختلاف معنی‌داری بین گونه‌ها نشان نمی‌دهند. این دو صفت در نهایت از ماتریس و متعاقباً از آنالیزهای بعدی حذف شدند.

آنالیز مؤلفه‌های اصلی صفات تشریحی: آنالیز مؤلفه‌های اصلی صفات ریخت‌شناسی با 67 صفت متشکل از 17 صفت کیفی و 50 صفت کمّی انجام شد. محور اول با 3/42 درصد، محور دوم با 21 درصد و محور سوم با 1/9 درصد از تغییرات به ترتیب بیشترین سهم را در تفکیک گونه‌ها در طول PC1، PC2 و PC3 داشتند (شکل 7-A، B). با این آنالیز، موقعیت گونه‌ها بر اساس شباهت‌ها و اختلافات خصوصیات ارزیابی شده نشان داده می‌شود (شکل 7). همان طور که در شکل 7-A نشان داده شده است گونه‌هایC. diluta،
C. distans، C. melanostachya وC. songorica و تقریباً در مرکز شکل 7 نزدیک به یکدیگر قرار گرفتند. گونه‌های C. divisa وC. orbicularis به دلیل داشتن ویژگی بارز اجسام سیلیسی پستانکی در سطوح اپیدرمی برگ و ساقه در دو سوی مخالف هم در کل 7-A واقع شدند. گونه‌های C. sylvatica و C. hallerianaنزدیک به هم در کل 7-A دیده می‌شوند، در حالی که در کل 7-B این دو گونه موقعیت کاملاً مجزا از هم را اشغال کردند.

 

 

 

شکل 7- نمودار حاصل از آنالیز مؤلفه‌های اصلی (PCA) با 67 صفت کمّی و کیفی. A و B: موقعیت گونه‌ها و صفات بر اساس اولین و دومین مؤلفه اصلی. C و D: موقعیت گونه‌ها و صفات بر اساس اولین و سومین مؤلفه‌ اصلی. نمادها نمایانگر گونه‌ها هستند. t = C. pachystylis،
¿ = C. physodes، è = C. halleriana،  = C. divulsa، Í = C. melanostachya، ¢ = C. divisa، ‚ = C. orbicularis،
 = C. cuprina، u = C. sylvatica، ˜ = C. distans، r = C. diluta، Ç = C. songorica.


 

 

گروه C. divulsa و C. Pachystylis و گروه
C. cuprina و C. physodes در شکل 7-A در دو سو و در مقابل هم قرار گرفتند. چهار گونه C. diluta،
C. distans، C. melanostachya و C. songorica که در شکل 7-A نزدیک به هم قرار گرفتند در شکل 7-B از هم کاملاً متمایز واقع شدند. بر اساس بردارهای ویژه هر صفت، صفات LETH، WKEL، ALBL، DMDE، DMBE، TLKE، NPLB به دلیل داشتن بردار‌های ویژه بالا در طول PC1 در تفکیک گونه‌ها مؤثرند و صفات WACS و LACS با داشتن بردار‌های ویژه بالا در طول PC2 در جدایی گونه‌ها نقش مثبت داشتند.

صفاتی از قبیل متوسط طول دستجات آوندی در برگ (ALBL)، متوسط طول سلول‌های اپیدرم فوقانی (CLLN)، متوسط عرض حفره‌های هوایی در برگ (WACL) و نسبت طول به عرض سلول‌های اپیدرم فوقانی (RLWA) توانستند به طور کلی 12 گونه مطالعه شده را از هم تفکیک کنند.

.نتایج حاصل از آنالیز خوشه صفات تشریحی ساقه و برگ: همان طور که در شکل 8 نشان داده شده، دو گروه کلی از هم قابل تشخیص‌اند؛ گروه اول شامل گونه‌های: C. cuprina، C. diluta، C. distans،
C. divisa، C. divulsa،C. halleriana،
C. melanostachya، C. orbicularis، C. pachystylis، C. songorica و C. sylvaticaاست. در گروه دوم تک گونه‌ C. physodes دیده می‌شود. این نوع تفکیک شدن به دو گروه نشان دهنده تفاوت‌های بسیار مشخص گونه C. physodes با سایر گونه‌های گروه اول است، به طوری که تنها با یک نگاه در مقاطع عرضی ساقه و به ویژه برگ این گونه می‌توان آن را از سایر گونه‌ها تمیز داد (شکل 8 گروه‌های 1 و 2). اما در خوشه 1 نیز گونه‌ها در دو گروه 3 و 4 تفکیک شدند. در گروه 4 تک گونه C. divisa با داشتن صفات بارز از سایر گونه‌های گروه اول متمایز شده است. در خوشه 3، دو گروه 5 و 6 مشاهده می شوند، به طوری که دو گونه‌ C. halleriana و C. sylvatica در گروه 5 از دیگر گونه‌های گروه 6 جدا شده‌اند. در خوشه 6، دو گروه 7 و 8 دیده می‌شوند که در آن دو گونه
C. orbicularis و C. melanostachya از سایر گونه‌های گروه 7 تفکیک شدند.

 

 

 

شکل 8- فنوگرام حاصل از آنالیز خوشه‌ای صفات تشریحی با روش UPGMA برای گونه‌های جنس Carex در استان‌های خراسان


 


بحث

از زمان آغاز استفاده از صفات تشریحی در علم تاکسونومی تاکنون، حدود یک قرن می‌گذرد و طی چهل سال گذشته و حتی بیشتر، تحول چشمگیری در بررسی‌های انجام شده در ساختار تشریحی گیاهان آوندی و کاربرد آنها در رده‌بندی صورت گرفته است. بررسی‌های متعددی توسط پژوهشگران در این زمینه انجام شده است که بیشترین اطلاعات تشریحی توسط Metcalfe (1971) در مورد اهمیت ویژگی‌های تشریحی در طبقه‌بندی Cyperaceae انجام شده است. دانشمندان متعددی اظهار داشتند که ویژگی‌های تشریحی همانند ویژگی‌های ریختی در شناسایی و طبقه‌بندی گیاهان این تیره مفید و با ارزش هستند و نباید آنها را نادیده گرفت Metcalfe, 1971)؛ Standley, 1989).

طی انجام پژوهش حاضر با توجه به اهمیتی که ویژگی‌های تشریحی در تعیین روابط گونه‌ای در تیره Cyperaceae داشتند، مطالعه تشریحی ساقه، برگ و سطح اپیدرم پشتی در 12 گونه و زیرگونه‌ Carex متعلق به دو زیرجنس Carex و Vignea صورت گرفت. در مطالعه حاضر سعی شد با به کارگیری صفات تشریحی زیاد تفسیر دقیق‌تری از روابط گونه‌ای ارایه شود. تعدادی از صفات ارزیابی شده در این مطالعه با بررسی منابع متعدد در زمینه مطالعات تشریحی نظیر مطالعات: Metcalfe (1971)، Standley (1989)، Szczepanik-Janyszek و Klimko (1999) و Starr و Ford (2001) انتخاب شد و صفات دیگر برای نخستین بار برای گونه‌های Carex ارایه شدند.

با نگاه کلی به شکل‌های 1 تا 5 می‌توان برخی ویژگی‌ها را در مقاطع ساقه و برگ یافت که اغلب گونه‌ها را از هم تفکیک می‌کنند. برای نمونه: خصوصیات ناحیه ناو (TPKE) به راحتی برخی گونه‌ها نظیر: C. divisa، C. melanostachya، C. physodes و C. songorica را از هم متمایز می‌کند. به علاوه، یکی از صفاتی که C. melanostachyaرا به راحتی از سایر گونه‌ها جدا می‌کند، شکل کلی برگ (UTSH) است که در این گونه برخلاف دیگر گونه‌ها M شکل است.

داشتن زواید پستانکی روی سطوح اپیدرمی PPAD) و (PPAB از دیگر صفات مهم کلیدی در جدایی گونه‌های C. divisa،C. halleriana و
C. orbicularis از سایر گونه‌هاست. همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است تفاوت در تعداد لایه‌های اپیدرمی (NELY) تنها توانسته است گونه
C. physodes را از سایرین مجزا کند. با توجه به این که این گونه ساکن مناطق نیمه بیابانی است، به نحوی برای جلوگیری از اتلاف آب مکانیسم دو لایه‌ای کردن اپیدرم و ضخیم شدن برگ را برگزیده است. ضخیم شدن کوتیکول، پاپیلادار شدن سطوح اپیدرمی و ضخیم شدن برگ نیز از مکانیسم‌های دیگری هستند که برخی از گونه‌های نیمه بیابانی برای جلوگیری از اتلاف آب در این شرایط انتخاب می‌کنند (Molina et al., 2008). برای نمونه در گونه‌هایC. divulsa و
C. sylvatica که گونه‌هایی ساکن در مناطق مرطوب و پُر آب هستند، کمترین ضخامت برگی مشاهده می‌شود و در مقابل، گونه‌های C. divisa و C. physodes که از نواحی خشک استان‌های خراسان رضوی و جنوبی یافت شدند، بیشترین ضخامت‌های برگی را دارند. گونه C. divisa علاوه بر داشتن ضخامت برگی زیاد دارای زواید پستانکی روی اپیدرم پشتی خود نیز است.

در گونه C. physodes شکل حفره‌های هوایی (SHAV) کاملاً از سایر گونه‌ها متفاوت است با این وجود، اختلافات بارزی در شکل حفره‌های هوایی در 11 گونه و زیرگونه دیگر مشاهده نمی‌شود، اگرچه در اندازه حفره‌های هوایی می‌توان بین گونه‌ها تمایز قایل شد (شکل 1). مثلاً در گونه‌های C. melanostachya و C. songorica بزرگترین و در C. sylvatica بیشترین حجم اشغال فضای برگی توسط حفره‌های هوایی را می‌توان دید (شکل‌های 1 و 3). شایان ذکر است که گونه‌های نام‌برده شده همگی در نواحی مرطوب استان خراسان شمالی یافت شدند. بنابراین، انتظار می‌رود برای مقاومت در برابر شرایط غرق شدگی برگ‌ها و شناور ماندن روی سطح آب، حفره‌های هوایی حجیم شوند (Molina et al., 2008).

در ارتباط با اندازه‌ سلول‌های مفصلی در برگ‌های مطالعه شده، اختلاف بارزی میان گونه‌های مختلف مشاهده نمی‌شود. تنها در گونه‌های C. physodes و‌‌
C. songorica سلول‌های مفصلی در ناحیه ناو دو لایه هستند (شکل‌های 1 و 3). این سلول‌ها نقش باز و بستن پهنک برگ در شرایط مختلف نوری و آبی را به عهده دارند. به این صورت که با در دسترس بودن آب و شرایط آبی مساعد، این سلول‌ها منبسط شده و متعاقباً پهنک برگ باز می‌شود و می‌تواند در معرض نور یا باد قرار گیرد و برعکس در شرایط کم آبی، این سلول‌ها آب خود را از دست می‌دهند و باعث به هم نزدیک شدن دو نیمه پهنک می‌شوند. به این صورت با اتلاف آب و تابش مستقیم نور به سطح پهنک مقابله می‌کنند (Grigore et al., 2010).

در ساقه نیز می‌توان ویژگی‌هایی یافت که گونه‌ها را از هم متمایز می‌کند. با نگاه کلی به مقاطع ساقه (شکل‌های 4 و 5)، آوند‌ها دارای آرایش متفاوتی هستند، به این صورت که در تعدادی از گونه‌ها آرایش دستجات آوندی صرفاً پیرامونی و حاشیه‌ای است در حالی که در برخی دیگر، دستجات آوندی به صورت پراکنده دیده می‌شود. انواع مختلفی از سه وجهی شدن ساقه‌ها (TTAS) در گونه‌های مطالعه شده مشاهده می‌شود. مثلاً در گونه‌های C. cuprina، C. divisa،
C. divulsa، و C. orbicularis ساقه‌ها تیز سه‌وجهی شده است در حالی که در بقیه گونه‌ها سه وجهی شدن ساقه کند است (شکل‌های 4 و 5).

ضخامت ستون‌های اسکلرانشیمی روی دستجات آوندی در ساقه‌ها صفتی قابل بحث است. در برخی گونه‌ها نظیر: C. cuprina، C. diluta، C. distans،
C. divulsa،C. halleriana، C. melanostachya،
C. orbicularis، C. songoricaو C. sylvaticaستون‌های اسکلرانشیمی روی دستجات آوندی تنها به سمت مخالف اپیدرم محدود شده است، در حالی که در گونه‌های C. divisa، C. pachystylis و C. physodes و در هر دو سمت دستجات آوندی این ستون‌های اسکلرانشیمی مشاهده می‌شوند.

حضور یا عدم حضور حفره‌های هوایی در برخی گونه‌ها از صفاتی است که باعث تفکیک گروه‌های گونه‌ای از هم شده است. برای مثال، گونه‌های:
C. cuprina، C. diluta، C. distans، C. divisa،
C. divulsa و C. pachystylis فاقد حفره‌های هوایی یا دارای حفره‌های هوایی کم و با اندازه کوچک هستند، در حالی که شش گونه دیگر حفره‌های هوایی بزرگ دارند. تا حدودی وجود یا فقدان حفره‌های هوایی با گروه‌بندی گونه‌ها در دو زیرجنس مختلف همسویی دارد. مثلاً شش گونه یاد شده (به غیر ازC. diluta و
C. distans) که فاقد یا دارای حفره‌های هوایی بسیار اندک هستند متعلق به زیرجنس Vignea هستند. به همین ترتیب صفت آرایش دستجات آوندی که پیرامونی و نیمه پیرامونی است با گروه‌بندی‌های زیرجنسی هم خوانی دارد. مثلاً گونه‌های متعلق به زیرجنس Vignea C. cuprinaC. divulsa،C. divisa، C. pachystylis و (C. physodesهمگی دارای آرایش پیرامونی از دستجات آوندی هستند، در حالی که آرایش دستجات آوندی در گونه‌های متعلق به زیرجنس Carex
C. dilutaC. distans،C. halleriana، C. melanostachya،C. orbicularis، C. songorica و (C. sylvaticaاز نوع نیمه پیرامونی است (شکل‌های 4 و 5). در این مورد می‌توان گفت صفاتی که به این ترتیب موجب اختلاف بین دو زیرجنس شده است، ویژگی‌های نسبتاً مقاومی هستند که کمتر از سایر صفات دستخوش تغییر شرایط محیطی شده‌اند. از این نظر اگرچه در سطح گونه به اختلاف‌های معنی‌دار منجر نمی‌شوند اما در تفکیک سطوح بالاتر مانند زیرجنس کارآمد هستند.

در مورد گونه C. orbicularis می‌توان صفاتی یافت که کاملاً از سایر گونه‌ها متمایز است. مثلاً نوع تیز شدن ساقه، دستجات آوندی پراکنده‌تر از سایر گونه‌ها، پستانک‌دار بودن سطح اپیدرم ساقه و داشتن حفره‌های هوایی بزرگ و قلبی شکل از جمله ویژگی‌های
منحصر ‌به فرد در این گونه هستند. با توجه به برخی تفاوت‌های آشکار در ویژگی‌های ریخت‌شناسی (رویشی و زایشی) و تشریحی این گونه با سایر گونه‌های خراسانی می‌توان این گونه را گونه‌ای نوظهور در این استان در نظر گرفت. شواهد نشان می‌دهد از استقرار این گونه در استان‌های خراسان مدت زمان زیادی نمی‌گذرد و از این جهت سازش‌های ریخت‌شناسی و تشریحی این گونه با شرایط محیطی و اقلیمی استانی در شرف آغاز است. نخستین جمع‌آوری این گونه از مناطق حفاظت شده گلول و سرانی (هم مرز با کشور ترکمنستان) شاهدی بر این ادعاست.

به طور کلی می‌توان گفت به استثنای وجود برخی صفات ممیزه کارآمد در جدایی تعدادی ازگونه‌ها، برای بیشتر صفات مربوط به برگ و ساقه در گونه‌های این سه استان، سطوح بالایی از یکنواختی مشاهده می‌شود. این یکنواختی تشریحی نسبی را می‌توان تا حدودی به شرایط محیطی ارجاع داد. به این صورت که می‌توان در گونه‌های ساکن در زیستگاه‌های مشابه الگوهای تقریباً مشابهی را مشاهده کرد. بنابراین، ویژگی‌های تشریحی در این جنس بر اساس نظر Molina و همکاران (2008) بیشتر تحت تأثیر شرایط آبی و زیستگاهی است.

بر اساس آنالیز مؤلفه‌های اصلی صفات تشریحی، 12 گونه و زیرگونه‌ مطالعه شده در مطالعه حاضر تا حدودی از هم تفکیک شده‌اند. همان طور که در شکل 7-A مشاهده می‌شود گونه‌های C. divisa،
C. orbicularis و C. physodesاز سایر گونه‌ها به خوبی مجزا شدند. چنان که پیشتر اشاره شد، هر کدام از این گونه‌ها دارای ویژگی‌های تشریحی منحصر به‌فرد هستند. همچنین دو گونه C. halleriana و
C. sylvatica در شکل 7-A نزدیک به یکدیگر واقع شده‌اند. این قرابت را می‌توان به علت شباهت‌های زیاد مقاطع ساقه در این دو گونه نسبت داد، گرچه این دو گونه در مقاطع برگی دارای ویژگی‌های مشابهی از قبیل: ضخامت تقریباً یکسان برگ، تعداد یکسان سلول‌های مفصلی، اندازه‌های تقریباً یکسان دستجات آوندی و ضخامت‌های یکسان ستون‌های اسکلرانشیمی دو سوی دستجات آوندی هستند.

تقریباً در مرکز شکل 7-A می‌توان تجمعی از چهار گونه C. distans، C. diluta،C. melanostachya و C. songorica را مشاهده کرد. ویژگی‌های تشریحی برگ و ساقه این چهار گونه تا حدودی به هم شبیه است. برخی از این صفات عبارتند از: متوسط طول غلاف‌های آوندی در برگ (ALBL)، طول روزنه (LGST)، ضخامت برگ (LETH)، متوسط طول دستجات آوندی در ساقه (ALBS)، طول سلول‌های مفصلی (LGBU)، تعداد لایه‌های سلول‌های پارانشیمی بالای حفره‌های هوایی در برگ (NPLU) و متوسط طول ستون‌های اسکلرانشیمی پیرامونی ساقه (ALPS).

نتایج حاصل از آنالیز خوشه‌ای تا حدودی نتایج حاصل از مؤلفه‌های اصلی را تأیید می‌کند. از آنجا که ویژگی‌های تشریحی برگ و ساقه با همدیگر آنالیز شدند و تمام صفات ارزش یکسانی در آنالیز مؤلفه‌های اصلی و خوشه‌ای دارند، لذا ممکن است آرایش گونه‌ها در این وضعیت درک درستی از قرابت‌های گونه‌ای به دست ندهد به این علت که تعدادی از گونه‌ها در برخی ویژگی‌های مقاطع برگی بسیار شبیه به هم هستند، در حالی که مقاطع ساقه‌ای آنها را به خوبی از یکدیگر تفکیک می‌کند، مانند C. divulsa و C. sylvatica؛ یا بر عکس گونه‌هایی که دارای مقاطع برگی بسیار متفاوت هستند ولی در مقاطع ساقه‌ای شبیه به هم هستند، مانند C. melanostachya و C. songorica.

Shepherd (1976) و Standley (1989) هر دو معتقد بودند که گرچه ظاهراً تا حدودی میان صفات تشریحی و طبقه‌بندی‌های ریخت‌شناسی حاضر ارتباط وجود دارد، با این وجود، زمانی که صفات تشریحی به تنهایی استفاده شوند، گروه‌هایی که از کاربرد این صفات حاصل می‌شود کاملاً غیر طبیعی است. Starr و Ford (2001) به این نتیجه رسیدند که ویژگی‌های تشریحی برگ و ساقه شاخص‌های مؤثری از محدوده‌های گونه‌ای هستند اما به خودی خود به دلیل عدم وجود تعریف دقیقی از صفات کیفی و نیز سطوح بالای یکنواختی ممکن است نقش آنها در مطالعات فیلوژنتیکی آینده در سطوح پایین‌تر از بخش محدود شود.

نتایج حاصل از مطالعه‌ تشریحی ساقه و برگ در 12 گونه و زیرگونه‌ موجود در استان‌های خراسان به درستی نتوانست طبقه‌بندی ارایه شده بر اساس بخش و زیرجنس فلورا ایرانیکا را تأیید کند، اگرچه جدایی گونه‌ها بر اساس صفات تشریحی ساقه تا حدودی با طبقه‌بندی زیرجنسی منطبق بود. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت ویژگی‌های تشریحی ساقه نسبت به برگ طی تکامل از ثبات بیشتری برخوردار بوده، با محدوده‌ تغییرات ریخت‌شناسی سازگاری بیشتری دارد.

 


کلید شناسایی گونه‌های Carex در استان‌های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی بر اساس ویژگی‌های تشریحی ساقه و برگ

 

1a. ضخامت برگ 120 تا 300 میکرومتر،‌ اپیدرم فوقانی برگ تک لایه،‌ حفره‌های هوایی برگ محدود، اپیدرم تحتانی صاف،‌ اتاقک‌های زیر روزنه‌ای نا آشکار ............................................................................................... 2
b. ضخامت برگ بیشتر از350 میکرومتر،‌ دارای دو لایه اپیدرم در سطح پشتی،‌حفره‌های هوایی بسیار توسعه یافته، اپیدرم تحتانی مواج،‌ اتاقک‌های زیر روزنه‌ای آشکار ...................................................................... C. physodes
2a. اپیدرم فوقانی دارای زواید پستانکی (پاپیلا) ................................................................................................. 3
b. اپیدرم فوقانی فاقد زواید پستانکی ................................................................................................................. 4
3a. ضخامت برگ 280 تا 300 میکرومتر، زواید پستانکی برجسته و بلند، ساقه تیز سه وجهی، آوندها کاملاً پیرامونی .............................................................................................................................................. C. divisa
b. ضخامت برگ 130 تا 150 میکرومتر، زواید پستانکی محو و کوتاه،‌ ساقه کند سه وجهی،‌ آوند‌ها نیمه پیرامونی .................................................................................................................................................... C. halleriana
4a. اپیدرم تحتانی برگ دارای زواید پستانکی آشکار، سطح اپیدرم ساقه نیز دارای زواید پستانکی، حفره‌های هوایی ساقه بسیار توسعه یافته و قلبی‌شکل ................................................................................... C. orbicularis
b. اپیدرم تحتانی برگ فاقد زواید پستانکی، اپیدرم سطح ساقه فاقد زواید پستانکی،‌حفره‌های هوایی ساقه محدود ......................................................................................................................................................................... 5
5a. اپیدرم ناحیه ناو در برگ دو لایه، ناو کاملاً گرد،‌ حفره‌های هوایی مربعی شکل ....................... C. songorica
b. اپیدرم ناحیه ناو در برگ تک لایه، ناو نوک تیز،‌ حفره‌های هوایی برگ غیر مربعی ....................................... 6
6a. برگ M شکل،‌ در ناحیه ناو زایده پستانکی .................................................................... C. melanostachya
b. برگ V شکل، فاقد زایده پستانکی در ناحیه ناو ............................................................................................ 7
7a. ساقه در مقطع عرضی کند سه وجهی شده، تقریباً استوانه‌ای، ناو گرد ................................... C. pachystylis
b. ساقه در مقطع عرضی تیز سه وجهی شده، ناو تقریباً تیز .................................................................................. 8
8a. ضخامت برگ 250 تا 280 میلی‌متر، متوسط طول سلول‌های مفصلی برگ 100 میکرومتر، ساقه در محل زوایا بسیار کشیده .................................................................................................................................... C. cuprina
b. ضخامت برگ بین 130 تا 210 میلی‌متر، متوسط طول سلول‌های مفصلی برگ بین 52 تا 60 میکرومتر، ساقه فاقد کشیدگی در محل زوایا .................................................................................................................................... 9
9a. آرایش دستجات آوندی در ساقه کاملاً پیرامونی و حاشیه‌ای، در زوایای ساقه زواید پستانکی، فاقد حفره‌های هوایی در ساقه، در رأس ناو نیز یک زایده پستانکی ........................................................................... C. divulsa
b. آرایش دستجات آوندی در ساقه نیمه پیرامونی، ساقه در مقطع عرضی کند سه وجهی شده، طول سلول‌های اپیدرم پشتی بین 24 تا 33 میکرومتر ................................................................................................................ 10
10a. برگ فاقد اسکلرانشیم گوشه‌ای، متوسط طول ستون‌های اسکلرانشیمی در ساقه 5/44 میکرومتر، متوسط تعداد دستجات آوندی در ساقه 30 عدد، متوسط عرض ستون‌های اسکلرانشیمی ساقه 110 میکرومتر، متوسط طول حفره‌های هوایی در برگ 180 میکرومتر ........................................................................................ C. sylvatica
b. برگ دارای اسکلرانشیم گوشه‌ای، متوسط طول ستون‌های اسکلرانشیمی در ساقه 60 تا 4/60 میکرومتر، متوسط تعداد دستجات آوندی در ساقه 40 تا 44 عدد، متوسط عرض ستون‌های اسکلرانشیمی ساقه 60 تا 74 میکرومتر، متوسط طول حفره‌های هوایی در برگ 60 تا 65 میکرومتر .............................................................................. 11
11a. برگ فاقد و ساقه دارای اتاقک‌های زیر روزنه‌ای، ضخامت کوتیکول اپیدرم فوقانی 9/6 میکرومتر، تعداد سلول‌های مفصلی در برگ 13 عدد ..................................................................................................... C. diluta
b. ساقه فاقد و برگ دارای اتاقک‌های زیر روزنه‌ای، ضخامت کوتیکول اپیدرم فوقانی 5/4 میکرومتر، تعداد سلول‌های مفصلی 7 عدد ................................................................................................................... C. distans


نتیجه‌گیری

نتایج حاصل از مطالعه تشریحی نشان دهنده ارتباط مستقیم تغییرات تشریحی با شرایط زیستگاهی گونه‌های مورد بررسی بود. برای مثال، در گونه‌های بیابان‌زی و دور از محیط‌های آبی، صفات منحصر به فرد تشریحی مشاهده شد. در گونه‌های خشکی‌پسند مانند C. divisa و C. physodes سازش‌های بارز فیزیولوژیک نظیر ضخیم و گوشتی شدن برگ به منظور ذخیره بیشتر آب، ایجاد برآمدگی در سطوح پشتی و شکمی برگ که مانع تبخیر بیش از حد آب از سطح برگ می‌شود، دو لایه شدن اپیدرم و بزرگ شدن سلول‌های مفصلی برای حفظ آب بیشتر و جمع کردن بیشتر پهنای برگ از تابش مستقیم نور مشاهده می‌شود. برعکس، در گونه‌های ساکن نواحی مجاور آب مانند C. divulsa و C. sylvatica ضخامت اندک برگ،‌ حفره‌های هوایی بزرگ‌ترکه یکی از سازش‌های فیزیولوژیک به منظور جلوگیری از غرق شدگی برگ و شناور ماندن در باتلاق‌ها و برکه‌ها است مشاهده می‌شود. نتایج به دست آمده از آنالیز‌های مؤلفه‌های اصلی و خوشه‌ای نیز تفاوت‌های برجسته میان گونه‌های خشکی‌پسند و رطوبت‌پسند را به خوبی منعکس کرده است. به بیان دیگر، گروه‌بندی‌های ارایه شده بر اساس نتایج تشریحی با داده‌های حاصل از مطالعات ریخت‌شناسی و مولکولی در توافق نیستند. مثلاً گونه‌هایی با ویژگی‌های ریخت‌شناسی بسیار متفاوت اما ساکن در شرایط زیستگاهی مشابه از نظر دسترسی به آب، موقعیت مکانی یکسان در نمودارهای حاصل از آنالیز‌ها پیدا کردند. بنابراین، گروه‌بندی‌های ارایه شده بر اساس اطلاعات تشریحی به ایجاد مرزبندی‌های طبیعی در این جنس منجر نمی‌شوند. شاهد این ادعا تطابق کم گروه‌بندی‌های زیرجنسی و بخشی ارایه شده برای گونه‌های Carex در فلورا ایرانیکا (Kukkenen, 1998) با نتایج حاصل از مطالعه حاضر است.

 

سپاسگزاری

نگارندگان از معاونت پژوهشی دانشگاه فردوسی مشهد به خاطر حمایت مالی این پروژه با پژوهانه شماره 15943/3، از آقای مهندس محمدرضا جوهرچی برای شناسایی نمونه‌ها و از آقای علی اصغر بصیری کارشناس محترم آزمایشگاه سیستماتیک دانشکده علوم دانشگاه فردوسی مشهد به خاطر کمک در جمع‌آوری نمونه‌ها تشکر و قدردانی می‌نمایند.

منابع

Grigore, M. N., Toma, C. and Boşcaiu, M. (2010) Ecological implications of bulliform cells on halophytes, in salt and water stress natural conditions. Analele ştiinţifice ale Universităţii, Biologie vegetală 56(2): 5-15.

Kükkenen, I. (1998) Cyperaceae. In: Flora Iranica (ed. Rechinger, K. H.) vol. 173. Akademische druck- und verlagsanstalt, Graz.

Metcalfe, C. (1971) Cyperaceae. In: Anatomy of the monocotyledons (ed. Metcalfe, C. R.) vol. 5. Claredon Press, Oxford.

Molina, A. A., Cedo, C. and Lamas, F. (2008) Taxonomy and new taxa of the Carex divulsa aggregate in Eurasia (section Phaestoglochin, Cyperaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 156: 385-409.

O'Brien, T. P., Feder, N. and McCully, M. E. (1964) Polyehromatic staining of plant cell walls by toluidine blue O. Protoplasma 2: 367-373.

Peterson, R. L., Peterson, C. A. and Melville, L. H. (2008) Teaching plant anatomy through creative laboratory exercises. National Research Council Press, Ottawa.

Reznicek, A. A. (1990) Evolution in sedges (Carex, Cyperaceae). Canadian Journal of Botany 68: 1409-1432.

Rohlf, F. J. (2000) NTSYS-PC: Numerical taxonomy and multivariate analysis system, version 2.0. Exeter Software, Setauket, New York.

Shepherd, G. J. (1976) The use of anatomical characters in the intrageneric classification of Carex (Cyperaceae). Hoehnea 6: 33-54.

Spinner, J. (1902) L'anatomie foliare des Carex suisses. Bulletin de la Societe Neuchateloise des Sciences Naturelles 30: 65-80.

Standley, L. A. (1989) Anatomical aspects of the taxonomy of sedges (Carex, Cyperaceae). Canadian Journal of Botany 68: 1449-1456.

Starr, J. R., Bayer, R. J. and Ford, B. A. (1999) The phylogenetic position of Carex section phyllostachys and its implications for phylogeny and subgeneric circumscription in Carex (Cyperaceae). American Journal of Botany 86: 563-57.

Starr, J. R. and Ford, B. A. (2001) The taxonomic and phylogenetic utility of vegetative anatomy and fruit epidermal silica bodies in Carex section Phyllostachys (Cyperaceae). Canadian Journal of Botany 79: 362-379.

Szczepanik-Janyszek, M. and Klimko, M. (1999) Application of anatomical methods in the taxonomy of sedges (Carex L.) from the section muehlenbergianae (L.H. Bailey) Kük. occurring in Poland. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu 2: 97-107.

Ter Braak, C. J. F. and Šmilauer, P. (2002) CANOCO, version 4.0. reference manual and user’s guide to Canoco for Windows, Wageningen.