Πολυμορφικότητα των φύλλων του φυτού Τhymbra capitata L. Cav.

Abstract

The plant Thymbra capitata L. Cav., a phryganic chamaephyte, is widely spread in theMediterranean ecosystem. The response of phrygana to Mediterranean ecosystemstresses and especially their seasonal dimorphism has been a major topic ofecophysiology. Macroscopic observations on nature of labeled branches show that incertain plant species, many types of leaves occur during the year and a similardistinction seems to be present by evolved shoots. These observations lead us toconclude that the plant does not follow the dimorphic development model butprobably the term polymorphism describes the phenomorphological evolution better.Summer brachyblasts develop in the autumn and during winter the process continuesto complete in early spring with the development of dolichoblast. Several differencesin the leaves are found: the period of expansion, the time the leaves remain in theplant, the time of apoptosis, the position they occupy in brachyblast and indolichoblast, the leaf angle, their morphology and the reaction that occurs inhistochemical tests.During the spring the almost horizontal spring leaves dominate dolichoblasts. Theslope of the leaves helps the greater intensity of photosynthesis. New brachyblasts areevident in the axil of these leaves. The intermediate spring leaves are located withinthe spring leaves and on the side of the brachyblast. The compact summerbrachyblasts are protected externally by a pair of intermediate summer leaves.Their growth is slow during the summer and their architecture of structure seems to bea protective mechanism against water stress and extreme light radiation. The summerleaves are smaller in size than the spring leaves in length and width but not inthickness. The leaves are almost parallel to the stem. In autumn, the brachyblastbegins to evolve at a higher rate and appears to be open and not as compact as it is insummer.Gradually the autumn leaves from the inside of the brachyblast replace the summerleaves. Τhe brachyblast evolves slowly at the beginning of the winter by displayingthe 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. Apartfrom the spring leaves, all the other categories of leaves are formed in tufts.The leaves of spring (large spring leaves and intermediate spring leaves) showmorphologic similarities in the distribution and density of glandular and nonglandularhairs. They are characterized by a high density of epidermal appendages.Large multicellular hairs of decreasing size along the leaf length appear in the springleaves. The intermediate spring leaves are characterized by the lack of peltate glandsat the base of the adaxial surfaces because of the position of the leaves in relation tothe stem.Bracts present a similar distribution of glandular and non-glandular hairs with springleaves and many multicellular hairs on the lower part of abaxial surfaces. Theelongated summer leaves and summer leaves are densely covered by epidermalcomponents in their abaxial surface. The adaxial surfaces are characterized by thepresence of hairs on the second half on the top of the leaves. This is the result of thecompact brachyblast. The autumn and elongated winter leaves are characterized by alower density of epidermal components. Another morphological characteristic of allthe 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, bothon abaxial and on adaxial surface. In all types of leaves thick cell walls of epidermalcells are covered by a relatively thin layer of cuticle. The cuticle of autumn and winterleaves has a smooth appearance compared to summer leaves. The leaf blade ischaracterized by one or two layers of palisade parenchyma on both abaxial andadaxial surfaces while the spongy parenchyma is limited to the central plate andaround the central vascular bundle.The leaf blade of the summer leaves is more compact than the autumn and winterleaves. Stomata found around the peltate glands in the abaxial leaf surface areelevated in contrast to the stomata of the adaxial surface. In no case sunken stomataare found. Another characteristic of stomata is the large hypostomatic space.Regarding the glandular trichomes three types are identified: peltate glandular hairand capitate glandular hair type I and type II, with single or bicellular stem. Ultrastructure examination of mesophyll cell chloroplasts in leaves disclosed that thesize of chloroplasts and the starch grains they contained were heavily influenced byseason. Chloroplasts in the summer leaves are smaller in size but filled with manystarch grains.A seasonal variation is identified in the presence and density of oil droplets accordingto the histochemical analysis, using Nadi (detection of terpenes) and Sudan IV (lipiddetection, coutin and suberin). Large spring leaves in early spring and elongatedwinter leaves do not have oil droplets, unlike the leaves of the other seasons. Theadaxial surface of large spring leaf and especially the edge of the leaves arecharacterized by a large density of oil droplets, while in the other types of leaves theirdistribution 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 glandstannins are found using ferrous sulfate (FeSO4). With phloroglycine, lignified cellsof vascular bundle sclerenchyma, the vessels of xylem and the stalk of the peltateglands were stained red. The ruthenium red was used to detect polysaccharides, whilestaining with 4-nitrosophenol with dense H2SO4, was an indication of the presence ofcarvacrol to thymol in the peltate glands.By fluorescence microscopy, flavones and flavonols were detected in peltate andcapitate secretory cells.

Το φυτό Thymbra capitata L. Cav. είναι φρυγανώδες χαμαίφυτο που εξαπλώνεταιευρέως στο μεσογειακό οικοσύστημα. Η ανταπόκριση των φρυγάνων στιςκαταπονήσεις του μεσογειακού οικοσυστήματος και κυρίως ο εποχικός διμορφισμόςτους, έχει αποτελέσει σημαντικό θέμα της οικοφυσιολογίας. Μακροσκοπικέςπαρατηρήσεις στη φύση επισημασμένων βλαστών, δείχνουν ότι στο συγκεκριμένοφυτικό είδος, πολλές κατηγορίες φύλλων εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του έτουςκαι ανάλογη διαφοροποίηση φαίνεται να παρουσιάζουν και οι βλαστοί πουεκπτύσσονται. Οι παρατηρήσεις αυτές μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι το φυτό δενακολουθεί το διμορφικό αναπτυξιακό πρότυπο αλλά πιθανόν ο όρος πολυμορφικό ναπεριέγραφε καλύτερα την φαινομορφολογική του εξέλιξη. Οι καλοκαιρινοίβραχυβλάστες εξελίσσονται το φθινόπωρο και κατά τη διάρκεια του χειμώνα ηαναπτυξιακή διεργασία συνεχίζεται για να ολοκληρωθεί νωρίς την άνοιξη με τηνανάπτυξη των δολιχοβλαστών. Οι διαφορές των φύλλων πέρα από την χρονικήπερίοδο έκπτυξης, το χρονικό διάστημα που παραμένουν τα φύλλα στο φυτό καθώςκαι στο χρόνο πτώσης τους, εντοπίζονται: στη θέση που καταλαμβάνουν τόσο στονβραχυβλάστη όσο και στο δολιχοβλάστη, στον προσανατολισμό τους σε σχέση με τοβλαστό, στη μορφολογία τους καθώς και στην αντίδραση που παρουσιάζουν στιςιστοχημικές αναλύσεις. Κατά τη διάρκεια της άνοιξης στους δολιχοβλάστεςδιακρίνονται τα σχεδόν οριζόντια ανοιξιάτικα φύλλα. Η κλίση των φύλλων σε σχέσημε το βλαστό βοηθάει στη μεγαλύτερη ένταση της φωτοσύνθεσης. Οι νέοιβραχυβλάστες είναι εμφανείς στις μασχάλες των φύλλων αυτών. Τα ενδιάμεσαανοιξιάτικα φύλλα εντοπίζονται στο εσωτερικό των ανοιξιάτικων φύλλων καιπλευρικά των βραχυβλαστών. Οι συμπαγείς καλοκαιρινοί βραχυβλάστεςπροστατεύονται εξωτερικά από ένα ζεύγος ενδιάμεσων καλοκαιρινών φύλλων. Ηανάπτυξή τους είναι αργή την περίοδο αυτή και η αρχιτεκτονική δομή τους φαίνεταινα αποτελεί προστατευτικό μηχανισμό για τα καλοκαιρινά φύλλα τόσο από τηνυδατική καταπόνηση όσο και από τις μεγάλες εντάσεις της φωτεινής ακτινοβολίας.Τα καλοκαιρινά φύλλα είναι μικρότερα σε διαστάσεις από τα ανοιξιάτικα όσοναφορά στο μήκος και στο πλάτος τους αλλά όχι στο πάχος των φύλλων και όσοναφορά στη κλίση τους σε σχέση με το βλαστό είναι σχεδόν παράλληλα. Τοφθινόπωρο, ο βραχυβλάστης αρχίζει να αναπτύσσεται με ταχύτερους ρυθμούς καιφαίνεται πλέον να ανοίγει και να μην είναι τόσο συμπαγής. Σταδιακά τα φθινοπωρινά φύλλα που εκπτύσσονται από το εσωτερικό του βραχυβλάστηαντικαθιστούν τα καλοκαιρινά φύλλα. Η εικόνα αυτή είναι πιο ευδιάκριτη τοχειμώνα όπου πλέον ο βραχυβλάστης αναπτύσσεται με αργό ρυθμό στην αρχή τουχειμώνα εμφανίζοντας τα χειμωνιάτικα φύλλα και με ταχύτερο ρυθμό προς το τέλοςτου όπου εξελλίσσεται σε δολιχοβλάστη. Όσον αφορά στο μήκος των φύλλων θαμπορούσαμε να πούμε ότι παρατηρείται μία μείωση στο μήκος από την άνοιξη προςτο καλοκαίρι και μία αντίστοιχη αύξηση από το φθινόπωρο προς το χειμώνα. Εκτόςαπό τα φύλλα της άνοιξης, όλες οι άλλες κατηγορίες σχηματίζουν θυσάνους φύλλων.Τα φύλλα της άνοιξης (μεγάλα ανοιξιάτικα και ενδιάμεσα ανοιξιάτικα φύλλα)παρουσιάζουν μορφολογικές ομοιότητες όσον αφορά την κατανομή και τηνπυκνότητα των αδενωδών και μη αδενωδών τριχωμάτων. Χαρακτηρίζονται απόμεγάλη πυκνότητα επιδερμικών εξαρτημάτων. Στα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλαδιακρίνονται στο κράσπεδό τους, μεγάλες πολυκύτταρες τρίχες με μειούμενο μέγεθοςκατά μήκος του φύλλου ενώ στα ενδιάμεσα ανοιξιάτικα λόγω της θέσης τους σεσχέση με το βλαστό, δεν διακρίνονται ασπιδοειδείς αδένες στη βάση τηςπροσαξονικής επιφάνειας. Στα βράκτια φύλλα παρουσιάζεται μία παρόμοιακατανομή αδενωδών και μη αδενωδών εξαρτημάτων με τα ανοιξιάτικα φύλλα καιπολλές πολυκύτταρες τρίχες στο κατώτερο τμήμα της προσαξονικής επιφάνειας. Ταεπιμηκυσμένα καλοκαιρινά και καλοκαιρινά φύλλα παρουσιάζουν μεγάλη πυκνότηταεπιδερμικών εξαρτημάτων στην αποαξονική επιφάνειά τους, ενώ στην προσαξονικήεπιφάνεια τα επιδερμικά εξαρτήματα, εντοπίζονται στο δεύτερο μισό πάνω μέρος τωνφύλλων εξαιτίας του συμπαγούς βραχυβλάστη. Τα φθινοπωρινά καθώς και ταεπιμηκυσμένα χειμωνιάτικα φύλλα παρουσιάζουν σε όλη τους την επιφάνεια, πολύμικρότερη πυκνότητα επιδερμικών εξαρτημάτων. Ένα άλλο μορφολογικόχαρακτηριστικό των φύλλων είναι ο έντονος κυλινδρισμός που παρουσιάζουν σχεδόνόλα τα είδη των φύλλων εκτός από τα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλα.Ανατομικά το έλασμα των φύλλων χαρακτηρίζεται από μονή στρώση επιδερμικώνκυττάρων, τόσο στην αποαξονική όσο και στην προσαξονική επιφάνεια. Σε όλες τιςκατηγορίες των φύλλων διακρίνονται παχιά κυτταρικά τοιχώματα των επιδερμικώνκυττάρων και σχετικά λεπτή στρώση εφυμενίδας. Η εφυμενίδα στα φθινοπωρινά καιχειμωνιάτικα φύλλα έχει μία λεία εμφάνιση σε σχέση με τα καλοκαιρινά. Το έλασματων φύλλων χαρακτηρίζεται από μία ή δύο στρώσεις δρυφακτοειδούς παρεγχύματοςτόσο στην προσαξονική όσο και στην αποαξονική επιφάνεια ενώ το σπογγώδες παρέγχυμα περιορίζεται κεντρικά στο έλασμα και περιμετρικά της κεντρικήςηθμαγγειώδους δεσμίδας. Αυτό που διαφοροποιεί το έλασμα των διαφόρων κατηγοριώνφύλλων, είναι το πόσο συμπαγές παρουσιάζεται το έλασμα των καλοκαιρινώνφύλλων σε σχέση με των φθινοπωρινών και των χειμωνιάτικων φύλλων. Τα στόματαπου εντοπίζονται γύρω από τους ασπιδοειδείς αδένες στην αποαξονική επιφάνεια τωνφύλλων είναι υπερυψωμένα σε αντίθεση με τα στόματα της προσαξονικής επιφάνειας.Σε καμία περίπτωση δεν εντοπίστηκαν βυθισμένα στόματα. Επίσης χαρακτηριστικότων στομάτων είναι ο μεγάλος υποστοματικός χώρος που δημιουργείται. Όσον αφοράτα 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 μέγεθοςτων χλωροπλαστών. Οι χλωροπλάστες το καλοκαίρι είναι μικρότεροι σε διαστάσειςαλλά 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 μίαεποχική διαφοροποίηση στην παρουσία και την πυκνότητα σταγονιδίων λιπαρής φύσης.Τα μεγάλα ανοιξιάτικα φύλλα, την εποχή της έκπτυξής τους, νωρίς την άνοιξη καθώςκαι τα επιμηκυσμένα χειμωνιάτικα, δεν παρουσιάζουν ελαιοσταγονίδια σε αντίθεσημε τα φύλλα των άλλων εποχών. Τα ελαιοσταγονίδια παρουσιάζουν χαρακτηριστικάμεγαλύτερη πυκνότητα στην προσαξονική επιφάνεια των ανοιξιάτικων μεγάλωνφύλλων και κυρίως στο κράσπεδο των φύλλων, ενώ στα άλλα είδη των φύλλων ηκατανομή τους περιμετρικά είναι περισσότερο ομοιόμορφη. Με το Nadi και το SudanIV ανιχνεύθηκαν επίσης τα εκκρίματα των διαφόρων τύπων των αδένων, τόσο σταεκκριτικά κύτταρα όσο και στα κύτταρα της βάσης και του μίσχου. Δεν εντοπίστηκαναλκαλοειδή (χρώση με Dragendorff). Σε κάποιους ασπιδοειδείς αδένες εντοπίστηκαντανίνες με τη χρήση του Θειικού Σιδήρου (FeSO4). Με τη φλωρογλυκίνη χρωματίστηκανκόκκινα, τα λιγνινοποιημένα κύτταρα του σκληρεγχύματος της ηθμαγγειώδουςδεσμίδας, τα αγγεία του ξύλου καθώς και ο μίσχος των ασπιδοειδών αδένων. Τοερυθρό του ρουθηνίου, χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό των πολυσακχαριτών, ενώη χρώση με 4-νιτροσοφαινόλη σε πυκνό Η2SO4, αποτέλεσε ένδειξη για την παρουσίακαρβακρόλης και όχι θυμόλης στους ασπιδοειδείς αδένες. Με τη μικροσκοπία φθορισμού, εντοπίστηκαν φλαβόνες και φλαβονόλες, στακύτταρα των εκκριτικών τριχωμάτων τόσο των ασπιδοειδών όσο και τωνκεφαλοειδών αδένων.