ویژگیهای تشریحی و ریختی برگ برخی گونه­هایAcer L.

زهره کریمی^*

ایران، گرگان، دانشگاه گلستان، دانشکده علوم، گروه زیست شناسی

تاریخ دریافت:05/06/1398           تاریخ پذیرش: 25/01/1399

چکیده

سرده افرا دارای 148-150 گونه است که اکثراً درآسیا، چین وژاپن پراکنده اند. در ایران نیز 11گونه افرا عناصر اصلی رویش­های جنگلی را تشکیل داده­اند. وجود گونه­های هیبرید از یک طرف و تاثیر تغییرات­اقلیمی بر­شکل­ظاهری­گونه­ها از طرف دیگر، گروه­بندی گونه­ها را با سردرگمی مواجه کرده است. درتحقیق حاضر تعداد52 صفت کمی و کیفی  ریختی و تشریح برگ و بشره گونه­های موجود در ایران انتخاب و مقایسه گردید و تفاوتها و شباهتهای بین آنها مشخص شد. تحلیل خوشه­ایWARD و رسته بندی PCA با استفاده از نرم افزار Rانجام شد. نتایج تحلیل رسته بندی با تحلیل­ خوشه­ای منطبق بود. نتایج نشان داد که تمام گونه­های مورد­ بررسی ­افرا در­یک خوشه و ­نزدیک هم ­قرار میگیرند و دوگونه Koelreutaria paniculata Laxm و Dodonea viscosa (L.)Jacq. ازسردهAcer  کاملا مجزا هستند. A. campesstre L.  و A. microphyllum (Boiss.) Dinsm نیز بیشترین شباهت را به یکدیگر نشان دادند و A. negundo L.به­طور­ جداگانه ­با­ آنها ایجاد خوشه کرده است. قرار­گرفتن­ دیگر گونه­ها در خوشه­های مجزا نشان دهنده دارا بودن دو نوع ترکیب صفات برای جدا شدن گونه­ها است. این تحقیق نشان داد که صفات ریختی مانند شیار در دمبرگ، شکل کلی برگها، وجود غدد زردرنگ مابین رگبرگهای فرعی و اصلی، مژه­هاو یا دندانه داربودن حاشیه برگ وشکل نوک و قاعده برگ وتعداد لوبها از صفات مهم ریخت شناسی­ گونه­های ­افرا است. صفات تشریحی برگ مانند ضخامت رگبرگ اصلی، وجود کرک و اشکال و اندازه های متنوع آن و تراکم کرک، ضخامت و تنوع  موم و اشکال آن، اندازه و تراکم روزنه، تشکیل غلاف اسکلرانشیم و دستجات آمفی کریبرال از­گونه­ای به گونه دیگر متفاوت بود. به نظر می رسد که تفاوت و یا شباهتهای بین گونه­ها به محیط اکولوژیکی و شرایط رویشگاه آنها بستگی دارد.

واژه های کلیدی: افرا، تحلیل رسته بندی، تحلیل خوشه ای، ریخت شناسی وتشریح برگ

* نویسنده مسئول، تلفن: 09111708424 ، پست الکترونیکی: z.karimi@gu.ac.ir ، karimiln@yahoo.com

مقدمه

گونه­های مختلف ­افرا Acer L. (Sapindaceae)  بصورت ­درخت یا درختچه­های کوتاه­هستند. شکل برگ، میوه،­ زاویه بین دو فندقه، صاف ­یا کرکدار بودن بذر سبب تشخیص گونه­های مختلف افرا از یکدیگر ­می­گردد. افرا دارای 148-150 گونه است که اکثراً درآسیا، چین و ژاپن پراکنده اند(29). گیاهان افرا با داشتن 11 گونه در جنگل های شمال تا ارتفاع 2000 متری و همچنین در غرب و جنوب ایران می رویند. توما و همکاران ) 2015(تعداد گونه­های این سرده را 115 اعلام کرده اند که ­گونه­های­خودرو ­وکشت شده آن برای تزیین پارکها و خیابانها، صنایع چوب، حتی به عنوان گیاهان مقاوم به خشکی و فرسایش مورد توجه مطالعات تحقیقاتی قرار گرفته اند(23و27). مطالعات متعددی در زمینه هدایت و تراکم روزنه ای در افراها در ارتباط با شرایط خاص محیطی وجود دارد که به طور عمده بر جنبه های فیزیولوژیکی و نه نقش بشره برگ در طبقه بندی ها متمرکز بوده است. اهمیت مطالعات بشره­ای در طبقه بندی تاکسونومی افرا برای نخستین بار توسط دلندیک (1981) مورد بررسی قرار گرفت (5).  محتشمیان و همکاران(2017)  با استفاده از صفات بشره برگ، 39 جمعیت از گونه های افرا در ایران را بررسی کردند. این محققان قرارگرفتن روزنه­ها به شکل خوشه­ای و شکل سلولهای بشره ای و دیواره­های آنها، نوع پوشش و واکسهای (موم روی پوستکی) سطح بشره را صفاتی مهم برای مقایسه جمعیتها دانستند(17).

تحقیقات دینوا (2017) نشان داده است که صفات تشریحی برگ درختان افرا تحت تاثیر شرایط محیطی متغیر است به عنوان مثال آلودگی هوا بر روی ساختاردرونی برگهای سرده افرا تاثیر بسزایی دارد، چنانکه نتایج نشان داد سطح پهنک برگ کاهش و ضخامت کوتین افزایش یافت، سلولهای بشره ای کوچکتر­شدند ولی سلولهای پارانشیم فتوسنتزکننده گسترش بیشتری یافتند. این تغییرات باعث فائق آمدن افرا بر شرائط ناسازگارمحیطی می باشد از این رو از گونه Acer saccharinum به عنوان کمربند سبز در اطراف مناطق مختلف شهری وجنگلکاری استفاده می­شود(6)

مارک و همکاران (1999) در بررسی تشریحی برگ نهال برخی گونه­های افرا متوجه شدند ابعاد ساختاری برگ مانند ضخامت برگ، ضخامت پارانشیم ­نردبانی، ضخامت بشره تحتانی، ضخامت کوتیکول در گونه­های سایه پسند، نورپسندو بینابین متفاوت است. آنها علت تفاوتها را تاثیر عوامل بوم شناختی رویشگاه و عکس­العمل گونه­ها به نور می­دانند(15).

مطالعاتی که بر تشریح برگ گونه­های چوبی مناطق نیمه بیابانی صورت گرفته نشان داده است که واکس (موم روی پوستکی) یا کوتین سطح برگ گیاهان، روزنه های متعدد و زیاد در سطح زیرین برگ و همچنین روزنه های عمقی از نشانه های سازش به شرایط نیمه خشک و بیابانی می باشدکه می­توانند به عنوان صفاتی که در تحدید حدود گونه­ها و جداسازی آنها در تاکسونومی تیره استفاده شوند، مورد توجه قرار گیرند(14).

طبقه بندی و روابط فیلوژنی درون سرده افرا با توجه به تنوعات ریختی درون و بین گونه­ای همواره بحث برانگیز بوده و به همین دلیل برای این سرده بخشهای مختلف و سریهای متعدد پیشنهاد شده است (9). این سرده  یکی از عناصر اصلی تشکیل دهنده رویشگاههای جنگلی ایران است و از علتهای اصلی که تشخیص گونه­های افرا را دچار مشکل می سازد، هیبریداسیون بین گونه ای و تشکیل کمپلکس گونه­ای است. لذا تحقیق حاضر بر آن است با ارزیابی ویژگیهای کمی یا کیفی ریختی و تشریحی برگ و بشره آن نشان دهد کدام صفات برگ در تاکسونومی سرده و نزدیکی و دوری گونه­ها موثرتر هستند و همچنین کدام صفات برگ میتوانند منعکس کننده خصوصیات بوم شناختی رویشگاه گونه ها باشند؟

مواد و روشها

جمع­آوری گونه­ها و بررسی صفات ریختی: به­منظور بررسی صفات­ ریختی برگ، تعداد نه گونه افرا و سه فرد از هر گونه در اواسط اردیبهشت تا شهریور1395 جمع­آوری گردید(در جدول 1 گونه­های جمع آوری شده در این تحقیق، محل و سال پررنگ شده­اند) و مطالعه بقیه گونه­ها با استفاده از نمونه­های هرباریومی موجود در هرباریوم دانشگاه گلستان صورت گرفت(مجموعا12گونه مورد برسی قرار گرفت). شناسایی گیاهان با فلورترکیه(4) و فلورا ایرانیکا(18) انجام شد. تعداد 18صفت کیفی ریخت­شناختی برگ و بشره گونه ها مورد مطالعه قرار گرفت(جدول2). لیست گونه­ها، محل جمع­آوری و تاریخ جمع­آوری آنها در جدول 1 آمده است.

تشریح برگ: برش­­گیری برگ و بشره گونه­ها به صورت دستی و رنگ­آمیزی با قرمزکنگو و سبزمتیل انجام شد. عکسبرداری از آنها توسط میکروسکوپ نوری
(Olympus BX51) دارای دوربین (Olympus DP71) انجام شد. برای مشاهده بهتر از وضعیت لایه کوتیکول وسطح برگ و همچنین روزنه­ها و کرکها، ابعاد یک در یک سانتیمترمربع از برگهای خشک شده جهت عکسبرداری توسط میکروسکوپ روبشی (SEM) مرکز پژوهشی متالورژی رازی کرج، تهیه شد. طول سلولهای نگهبان روزنه و طول منفذ، تعداد و تراکم روزنه در واحد سطح، اندازه و تراکم کرکها، ضخامت پهنک برگ، ضخامت پارانشیم نردبانی ونسبت پارانشیم به پهنک، ضخامت­کوتیکول، تراکم­رگبندی ..... از جمله صفات کمی بودند که توسط نرم­افزار Mac bio photonic ImageJ  (20) اندازه­گیری شدند. برای ارزیابی دقیق صفات کمی و کیفی برگ از 30-50 تصویر و تراکم رگبندی 5 تصویر به ازا هر گونه، اندازه گیری شد. مجموعا 34 صفت تشریحی (22صفت کیفی و 12 صفت کمی) مورد بررسی قرار گرفت. پس از تهیه صفات، جدول ماتریکس خام آنها تهیه گردید. ماتریکس خام صفات کیفی و کمی در جداول 3و 4 آمده است. به منظور بررسی رابطه ریختی یا فنتیکی گونه های سرده افرا نسبت به گونه های غیر سرده، از دو گونه Koelreutaria   paniculata ,Dodonea viscosa استفاده گردید و تحلیل خوشه ای WARD و تحلیل­رسته بندی مولفه های اصلی(PCA) داده های کمی و کیفی صفات ریختی و تشریحی در نرم افزار R انجام گرفت(13).

جدول 1- اسامی گیاهان مورد بررسی با کد هرباریومی، تاریخ و محل جمع آوری

نتایج

شکل 1برش عرضی رگبرگ و پهنک برخی گونه­های افرا را نشان میدهد. پهنک برگ در گونه­ها از نظر ضخامت متفاوت است به طوری که در گونه A. palmatum کمترین ضخامت و در گونه  A. negundo با مقدار 19/0 میلیمتر بیشترین ضخامت را نشان دادند. پارانشیم نردبانی در ردیفهای یک ردیفه، دوردیفه مشاهده شد که در
A. negundo پارانشیم دو ردیفه وجود داشت. گرچه ضخامت پارانشیم در A. platanoides کمترین و در
A. monspessulanum بیشترین مقدار را نشان دادند. ضخامت کوتیکول نیز در گیاهان متنوع بود به طوریکه در A. palmatum کمترین و در A. semenovi و
A. monspessulanum بیشترین مقدار را داشت. اکثر گونه­ها دارای آرایش آوندی آمفی کریبرال(آوندهای چوبی توسط آوندهای آبکش احاطه شده اند) بوده ودارای بیش از یک دسته آوند چوب آبکش بودند به جز
A. cappadocicum و A. hyrcanumوA. microphyllum ، A.monspessulanum و A. palmatum که دستجات چوب آبکش در یک دسته اصلی قرار گرفته بودند.

آوندهای آبکش به صور مختلف نسبت به آوندهای چوب دیده شد چنانچه که در A. semenovi, A. hyrcanum, A. microphyllum, A. palmatum به صورت مقطع و در
A. monspessulanum به صورت حلقه ای کامل در اطراف هر دسته آوند قرار گرفته بود. در گونه A. campestre دو دسته آوند چوبی بزرگ و کوچک که در زیر آنها دستجات آبکش قرارگرفته­اند، ­دیده شد. در گونه­های A. negundo و A. velutinumوA. platanoides دستجات چوبی جدا از هم بوده و در زیر آنها آوندهای آبکش واقع شده اند. در گونه A. cappadocicum نیز دستجات آبکش در دو طرف دسته چوبی کوچکی دیده می شوند(شکل1).

در اطراف دستجات آوندی رگبرگ اصلی حلقه فیبرهای اسکلرانشیمی در همه گونه­ها وجود داشت. وجود پارانشیم که ادامه پارانشیم مغزی دمبرگ می باشد در مرکز رگبرگ اصلی در برخی گونه­ها دیده شد که در شکل 1 نیز قابل رویت است. در زیر بشره فوقانی و تحتانی گونه­ها کلانشیم تشکیل شده بود و یا در حال تشکیل بود.

انواع کریستالها در گونه­ها دیده شد که از نوع منشوری یا مکعبی شکل و یا ستاره ای بودند که هر دونوع کریستال در گونهA. velutinum و A. negundo دیده شد( جدول 2).

جدول2- صفات کیفی ریخت شناختی برگ دربررسی گونه­های افرا

جدول3- صفات کیفی تشریحی برگ در بررسی گونه­های افرا

شکل1-مقایسه رگبرگ اصلی درچند گونه افرا. آرایش آوندی آمفی کریبرال در نمونه ها دیده میشود. وجود ادامه بقایای پارانشیمی دمبرگ در مرکز، ضخامت پهنک و رگبرگ اصلی، تعداد و طرز قرار گرفتن دستجات آوندی، وجود و فقدان کرک در اطراف رگبرگ اصلی، از جمله صفات مهم ارزیابی شده برای تشخیص گونه­ها هستند.غلاف آوندی و فیبرهای اسکلرانشیم:   BS.، آوند آبکش:  Ph ، آوند جوب:  XY، پارانشیم: P. برش گیری به صورت دستی و رنگ آمیزی مضاعف سبزمتیل- قرمز کنگو صورت گرفته است.

ادامه شکل1- مقایسه رگبرگ اصلی درچند گونه افرا. آرایش آوندی آمفی کریبرال در نمونه ها دیده میشود. وجود ادامه بقایای پارانشیمی دمبرگ در مرکز، ضخامت پهنک و رگبرگ اصلی، تعداد و طرز قرار گرفتن دستجات آوندی، وجود و فقدان کرک در اطراف رگبرگ اصلی، از جمله صفات مهم ارزیابی شده برای تشخیص گونه­ها هستند.غلاف آوندی و فیبرهای اسکلرانشیم:   BS.،  آوند آبکش:  Ph ، آوند جوب:  XY، پارانشیم: P. برش گیری به صورت دستی و رنگ آمیزی مضاعف سبزمتیل- قرمز کنگو صورت گرفته است.

تشریح بشره برگ و تراکم رگبندی: با توجه به اشکال 2 و3، نتایج تشریح برگ و بشره تیره افرا نشان داد که سلولهای بشره ای به سه صورت سینوسی و نامنظم، چندوجهی­ و­ حالت بینابینی دو­حالت ­قبل ­دیده ­می­شود که حالت بینابین در­گونه­های  A. campestre ،
A. microphyllum, A. palmatum و A. platanoides (شکل 2-C,E) دیده­میشود.­­گونه­های A.cappadocicum وA.semenovi  و A.negundo(شکل2- ­­­(A,B­ دارای سلولهای بشره ای سینوسی شکل می­باشند و بقیه گونه­ها دارای سلولهای بشره ای چندوجهی می باشد. بشره در اکثرگونه­ها پوشیده از کوتیکول مومی به شکل صفحه­ای یا (Epicuticular Wax Platelate=WP) است­ ولی در گونه­های A. velutinum و A. hyrcanum, ، A.monspessulanum تکه­های مومی ­دانه­ای یا گرانول شکل Epicuticulr wax Granule= WG) ) دیده می­شود که به صورت خوشه­ای در سطح بشره و در اطراف روزنه‍ها قرار گرفته اند(شکل 2-D,F و شکل3- C).

کرکهای پوششی ساده تک سلولی وکرکهای ترشحی گرزی شکل در بشره برگ به صور متراکم و یا پراکنده و گاه فاقد کرک درگونه­های افرا دیده شد. به­عنوان مثال کرکها در دو بشره فوقانی و تحتانی دو گونه A. hyrcanum ، A.negundo   به صورت پراکنده و کرکهای پوششی تک سلولی متراکم در گونه­های A. microphyllum, A.campestre (شکل3-A,D )و کرکهای پوششی متراکم در گونه A. platanoides  دیده گردید.  فرم کرک ها در گونه­هایA. hyrcanum A. microphyllum, A.campestre, به صورت ایستاده و یا در راس کمی خمیده بود حال آن که در گونه­های A. monspessulanum, A.negundo به صورت پخش و خوابیده مشاهده گردید. کرکهای ترشحی در گونه A.campestre به هر دو صورت چند سلولی گرزی شکل ­پایه­ چند سلولی ­و ­یا ­بدون ­پایه ­دیده شد. گونه­های A. microphyllum، A.negundoوA.platanoides دارای کرک ترشحی گرزی شکل پایه دار بوده و سایرگونه­ها هیچ نوع کرک ترشحی نداشتند. روزنه­های بیضوی شکل در کلیه گیاهان مورد بررسی از نوع آنموسیتیک یا تیپ روزنه  با سلولهای همراه نامشخص است. بزرگترین روزنه با طول سلولهای نگهبان 26/22میکرومتر در
A. semenovi و کوچکترین­روزنه در A.platanoidesبا طول 25/13 و در  A. monspessulanumبا طول 15میکرومتردیده شد. کمترین تراکم روزنه ای نیز در  A.cappadocicum با مقدار 34945و بیشترین آن در
 A. monspessulanum با مقدار158844روزنه در واحد میلیمترمربع­وجود­داشت­(اشکال 2 و 3).

شکل2- سلولهای بشره ای سینوسی شکل(B)و (A) ، بینایینی(C, E)، روزنه از نوع آنموسیتیک، سلولهای نگهبان درD وF توسط کوتیکول (CU)دانه ای شکل که به صورت خوشه ای یا حلقه وار در اطراف روزنه ها قرار گرفته اند، در برگرفته شده است. اشکال Bو Cبا میکروسکوپ نوری یا LM گرفته شده است و بقیه با میکروسکوپ میکروسکوپ روبشی یا SEM گرفته شده است.

شکل3- تراکم روزنه ای در شکل (D)و سلولهای نگهبان و منفذ روزنه(ST) برگ در اشکال(A,B ) ،کرکهای ساده تک سلولی و کشیده (CT) و کرکهای ترشحی گرزی شکل پهن(SET)در شکل (D) ،کوتیکول(CU) درشکل(C) دیده می­شود که سلولهای نگهبان روزنه پوشیده از موم دانه­ای خوشه­ای شکل می­باشند. اشکال Aتا Dتوسط میکروسکوپ روبشی یا SEM گرفته شده است.

رگبندی، تراکم رگبرگها در سطح برگ است که یکی ازفاکتورهای شناسایی سازگاری گیاهان به عوامل محیطی و اقلیمی است. فاصله کم رگبرگها انتقال آب را سریعتر صورت می­دهد که در گیاهان گزروفیت یا بیابانی بیشتر دیده می­شود و در گیاهان مناطق معتدل و مرطوب فاصله بین لوپها زیادتر و تعداد انشعابات فرعی کمتر است(19). کمترین تراکم رگبندی درگونه A.semenvi, A. platanoides و بیشترین تراکم رگبندی در
A. monspessulanum ، A. velutinum و
 A. hyrcanum مشاهده شد (شکل4).

نتایج ریخت شناسی برگ گونه های افرا با برگهای ساده نشان می­دهد: گونه A. monspessulanum  با برگهای نسبتا کوچک باقاعده کند، شکل لوبهای مثلثی شکل و به تعداد 3 عدد و تنوع شکلی برگ در درخت، A. velutinum با رنگ روی برگ، شکل کلی برگ پنجه­ای با قاعده قلبی و اندازه بزرگ، تعداد لوبها 4-5 با حاشیه اره ای درشت،
A. cappadocicum بابرگهای4-5 لوبه که انتهای لوبها به نوک کشیده باریک ختم شده، شکل لوبها مثلثی، با سطح بدون کرک، A. hyrcanum  بارگبندی برجسته پنجه ای، دمبرگ نسبتا بلند و لوبهای 4-5 تایی با نوک تیز و سطح پوشیده از کرکهای سفید، A. platanoides با برگهای 3-5 لوبه و حاشیه درشت اره ای وقاعده گوه ای، نوک لوبها باریک و تخم­مرغی­شکل همراه با کرکهای پراکنده،
A. campester با برگهای نسبتا کوچک و لوبهای 3-5 تایی، حاشیه بدون دندانه و نوک کند وسطح برگ کرکدار ، A. palmatum با اندازه بسیار کوچک برگ و لوبهای 5-9 تایی  بدون کرک و رنگ برگ، A. semenovi نیز برگ دارای3-5 لوب است که لوب وسط بلندتر از کناریها با حاشیه اره­ای و شکل لوبها مثلثی با قاعده کند، از یکدیگر متمایز می شوند.

شکل4- تراکم رگبندی در برخی گونه­ها دیده میشود. هرچه فاصله بین رگبرگها و انشعابات کمتر باشد تراکم رگبندی گیاه بیشتر است. اعداد 2تا5 انشعابات فرعی­را نشان میدهند.

1. negundo با دارا بودن برگ مرکب و برگچه های تخم مرغی تا بیضوی شکل و نوک بلند، و تنوع شکلی برگ در درخت، دمبرگ زگیلدار و کرکدار از سایر گونه­های افرا مشخص می گردد.

 دو گونه K. paniculata و D. viscosa نیز با نوع و شکل کلی برگ قابل شناسایی هستند، K. paniculata با داشتن برگ مرکب وتعداد برگچه زیاد با حاشیه اره­ای و قاعده میخی، دمبرگ با کرکهای بلند و بدون زگیل و  D. viscosa نیز با برگ ساده واژنیزه­ای و قاعده اتنوه و سطح برگ دارای غدد زردرنگ از یکدیگر و گونه های افرا متمایز میگردند.  تحلیل خوشه­ای WARD(شکل 5) نشان داد که گونه­های متعلق به سرده Acer دریک خوشه قرار می‍گیرند. و گونه­های  K. paniculata و D. viscosa درموقعیت بیرون سرده افرا قرار گرفتند. همچنین در این تحقیق مشخص گردید که گونه­های  مورد مطالعه  Acerبه دوخوشه دسته بندی می شود: یکی شامل زیر خوشه
 A. cappadocicumو  A. palmatumاست که با زیرخوشه حاصله ازدوگونه A. semnovi وA. platanoides  خوشه بزرگتری را تشکیل داده و این خوشه نیز با سه گونه
 A. velutinum،A. hyrcanum  و A. monspessulanum اولین خوشه بزرگتررا ایجاد میکنند. زیر خوشه دوم نیز از سه گونه A. negundo با A. campestre و
A. microphyllum تشکیل شده است. تحلیل خوشه­ای نشان می دهد، بین گونه­های Acer ، گونه A. semenovii با A. platanoides و همچنینA. velutinum با A. hyrcanum و گونه A. cappadosicum  با A. palmatum  و
A. campestre وA. microphyllum   دو به دو بیشترین شباهت را با هم دارند.A. negundoکمترین شباهت را با بقیه گونه­هادارد.

در رسته بندی گونه­ها براساس تحلیل مولفه های اصلی و بر مبنای تحلیل مولفه های مرتبط برای صفات ریخت شناسی و تشریح ترکیب صفات شکل 6، منجربه استخراج چندین محورگردید که دو محور اول معنی دار بوده وپراکنش نمونه­ها براساس محورها نشان می دهد
K. paniculata   و D. viscosa از سردهAcer فاصله می‍گیرند.

شکل5- تحلیل دندروگرام خوشه­ای صفات کیفی و کمی ریخت شناسی و تشریح برگ گونه های Acer

شکل 6-تحلیل رسته بندی براساس ترکیب کلیه صفات کمی و کیفی ریخت شناسی وتشریح برگ گونه های Acer

بحث و نتیجه­گیری

با توجه به نتایج این تحقیق، مشخص گردیدکه صفات ریختی مانند وجود و یا عدم وجود کرک در دمبرگ، کرکهای متراکم و یا کم تراکم و پراکنده در سطح برگها، وجود کرک و یا غدد زردرنگ  مابین رگبرگهای فرعی و اصلی، مژه ها و یا دندانه داربودن حاشیه برگ و شکل نوک و تعداد لوبها و شکل قاعده برگ از صفات مهم ریخت شناسی­گونه­های ­افرا هستندکه ناشی از تاثیر عوامل اقلیمی رویشگاه و یا ژنتیک گیاهان باشد. طبری و همکاران (2008)  نیز بر روی ریخت شناسی برگ جمعیتهای مختلف A. velutinum نشان دادند که جرم(وزن) برگ، سطح فتوسنتزی برگ و تعداد برگ و مساحت برگ در جمعیتهای مختلف رابطه مستقیمی با محلهای جمع آوری بذرآنها دارد و جمعیتهای با منشا شرق دریای خزر دارای وزن برگ کمتری از جمعیتهای با منشا غرب دریای خزر داشتند ویا جمعیتهای با منشا بذر در ارتفاعات بالا اندازه برگ کوچکتر و تعداد برگ کمتری را نشان دادند(25). تنوع در اندازه و شکل (فیزیونومی) برگ دو گونه بومیAcer rubrum و Quercus kelloggii مراتع­آمریکای­شمالی­در­ارتباط­با­دمای­متوسط سالیانه(MAT) نشان داد که شکل برگ در گونه افرا در اقالیم سرد دارای دندانه و بریدگیهای بیشتر بود در حالیکه عکس آن در گونه بلوط دیده شد که مطالعه فوق ارتباط بسیارقوی بین شکل برگ و اقلیم را نشان داد. مطالعه فوق اطلاعات مفیدی ازالگوهای درون گونه­ای برای دوباره سازی شرایط اقلیمی پیشین رابه نمایش گذاشت(21).در تحقیق دیگری در مورد تاثیر عوامل محیطی برL.  Quercus petraea نشان داد که ازت خاک می­تواند در پراکندگی یا استقرارو ایجاد تاج پوشش این گیاه و گونه A. cappadocicum در ارتفاعات پایین نقش داشته باشد(1).  

نتایج این پژوهش نشان داد تراکم رگبندی در گونه­های در A. velutinum (21/7)، A. hyrcanum (85/8) و
 A. monspessulanum (94/9میلیمتربرمیلیمترمربع)بیشترین مقداررا نسبت به سایرگونه­های افرا نشان دادند. همانگونه که قبلا اشاره شده است این صفت شاخص گیاهان مناطق خشک یا گیاهانی که دچار استرس آبی هستند، بوده و بسیارمورد توجه اکولوژیستها قرار دارد(19). هر چه تراکم رگه های آوندی بیشتر باشد، حلقه هایی(رگه های آوندی کوچکتر) که بین رگه های اصلی و فرعی ایجاد میشود بیشتر خواهد بود، چنانچه گیاه تحت استرس کم آبی قرار گیرد، حلقه­های ایجادشده از اتصال رگبرگها، فاصله بین آنها را کمتر و انتقال آب به محل استرس سریعتر صورت می­گیرد (22) و پدیده خشکی یا کم آبی گیاه رفع می‍گردد (19و30).

صفات بشره برگ دارای ثبات بالایی در سطوح درون گونه­ای هستند، اما درسطح بین گونه ای و بالاتر تغییرپذیرمی­باشد (28). نتایج تشریح برگ و بشره تیره افرا نشان داد که سلولهای بشره ای به سه صورت سینوسی و نامنظم و یا چندوجهی دیده می­شود و حالت بینابین دوحالت فوق نیزدر برخی گونه­ها دیده می­شود. سه گونه  A. cappadocium, A.negundo  وA. semenovi  دارای سلولهای بشره ای سینوسی شکل می باشند. محتشمیان و همکاران (2017)در بررسی بر گونه­های افرا نیز سه تیپ سلول بشره ای چندوجهی، چندوجهی نامنظم و منحنی شکل را مطرح نموده اند(17).

تحقیقات بر روی برخی گونه­های افرا نشان داده که صفاتی مانند مورفولوژی و ساختارکوتیکول، شکل سلولهای بشره و کرکها در روی رگبرگ اصلی در روابط بین گونه­ها و حتی شناخت یک گونه کمک به­سزایی کرده است(17).

در این بررسی مشخص شد سه نوع شکل کوتیکول در سطح بشره  دیده شد. نوع اول کوتیکول که در اکثر گونه­ها دیده شد به صورت شکل صفحه­ای سرتاسر بشره را پوشانده بود. شکل دیگرکوتیکول به صورت تکه­های مومی شکسته شده  مانند آنچه در A. velutinum دیده شد و شکل سوم کوتیکول گرانول شکل بود که به صورت مجتمع یا خوشه­ای درA. hyrcanum و
 A. monspessulanumدیده شدند و بیشتردر اطراف روزنه متمرکز بودند. محتشمیان و همکاران(2017)نیز درمطالعات خود به پنج شکل متفاوت کوتیکول اشاره کرده اند(17). این محققان نیز واژه روزنه­های خوشه­ای(Stomatal clusters) استفاده کرده بودند، ولی برخلاف آنچه که این محققان  به نام روزنه های خوشه ای در مقاله خود اشاره کرده اند در این تحقیق مشخص شد استقرار روزنه ها در بشره به صورت خوشه ای نبوده بلکه تراکم حلقه مانند کوتیکول مومی در اطراف روزنه ها، چنین شکل خوشه مانند را ایجاد می­کند. وجود کوتیکول با ضخامتهای مختلف در گیاهان ممکن است پاسخی به تنشهای اقلیمی مانند خشکی و یا کمبود عناصر غذایی خاک باشد(30) که می توان برای گونه های فوق الذکر متصور شد که نوع شرایط محیطی و رویشگاه آنها برشکل و ضخامت کوتیکول تاثیر داشته است.

در این تحقیق مشخص شد­ که کرک پوششی از انواع کرکهای پوششی تک سلولی به دو حالت افراشته یا خمیده و کرکهای ­ترشحی گرزی­ شکل در بشره برگ ­گونه­ها پراکنده شده­اند. این نتایج با نتایج محتشمیان و همکاران (17)مطابقت دارد.

بررسی حاضر نشان داد که روزنه­های بیضوی شکل در کلیه گیاهان مورد بررسی از نوع آنوموسیتیک یا تیپ روزنه با سلولهای همراه نامشخص است بوده و در سطح تحتانی متمرکز است. متلکاف و چالک(1972) نیز اشاره کرده اند ویژگی­های تشریح برگ بشره فوقانی و تحتانی در افرا متفاوت بوده و سطح فوقانی هیچ روزنه­ای ندارد(16). محتشمیان و همکاران(2017) نیز در بررسی گونه­های افرا مشخص کردند که نوع روزنه از نوع تیپ آنوموسیتیک و شکل آن از بیضی تا بیضی کشیده می­باشد و روزنه به صورت آمفی­استومات بوده ولی در بشره تحتانی بیشتر متمرکز شده اند.

بزرگترین اندازه روزنه در(36/22) A. semenoviو کوچکترین در (25/13)A. platanoides و (69/15)
 A. velutinum و در(20/15)A. hyrcanum و(69/15)
 A. monspessulanumدیده شدند و تراکم روزنه­ای (تعداد در واحد سانتیمتر مربع) در گونه­­های (78333)
 A. velutinum و در (60639)A. hyrcanum و(158844) A. monspessulanum بیشترین مقدار را نشان داد که در رابطه با اندازه روزنه ها  و تعداد آنها در سطح برگ می‍باشد. با توجه به کوچک بودن روزنه ها تعداد بیشتری روزنه در سطح به چشم میخورد. روزنه­های کوچک قابلیت استفاده بیشتر از آب را در رویشگاههای خشک امکانپذیر می­سازد، چون خیلی سریعتر از روزنه های بزرگ به تغییرات و تنشهای محیطی واکنش می­دهند (7، 8 و10).

همچنین در گونه­های افرا مکان دستجات­آوندی در دمبرگ در اشکال متنوع پشتی-جانبی که از نوع آمفی کریبرال می‍باشند، ظاهرمی­گردد. محققان همچنین به وجودکرکهای پوششی و ترشحی در هر دو سطح برگ و تنوع در درصدحضور دو بافت مزوفیل در ساختار پهنک برگ اشاره نموده‍اند (27). وجود غلاف آوندی اسکلرانشیمی در اطراف آوند رگبرگ اصلی و وجود پارانشیم در اطراف و یا داخل رگبرگ وسطی جهت افزایش استحکام مکانیکی برگ در نظر گرفته می شود که در اکثر گونه­ها به خوبی این حلقه اسکلرانشیم دیده می شد گرچه کاوایی و همکاران در سال 2017(12) اظهار کردند غلاف آوندی می­تواند در ارتباط تنگاتنگ با تبادل گاز و تحمل خشکی باشد و به خصوصیات ساختاری و مکانیکی برگ ارتباطی نداشته باشد.

دراین­تحقیق­مشخص­شد که تمام­گونه­های مورد بررسی افرا در تحلیل خوشه­ای و تحلیل مولفه­های اصلی در یک خوشه و نزدیک هم قرار می­گیرند و دو گونه  Koelreutaria  paniculata و Dodonea viscosa از سرده Acer  کاملا مجزا هستند که می­تواند موید انتخاب صحیح صفات دیاگنوستیک کیفی باشدکه دراین تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است. گونه A. negundo در فاصله بیشتری نسبت به سایرگونه­های دیگر افرا قرار دارد که این ممکن است به علت صفت کیفی نوع برگ(در این گونه به صورت مرکب و در بقیه برگ ساده است) باشد. قرار گرفتن گونه مذکور در فاصله ای دور از بقیه گونه ها با نتایج گریم و همکاران(2007) و رنر و همکاران(2008) مطابقت دارد (9و22) .

این پژوهش نشان داد که گونه­های A. cappadocicum و  A. palmatum به دنبال آن  A. semenovi و
A. platanoides  و همچنین گونه­های A. velutinum و
A. hyrcanum وگونه­های A. microphyllum و
A. campestre دو به دو بیشترین شباهت را در صفات ریختی به یکدیگر نشان می دهند. گونه­های
A. cappadocicum و  A. palmatum گرچه از طریق تعداد لوبهای برگ، نوک لوبها، اندازه کوچک برگ و دارا بودن غدد زرد رنگ در محل انشعاب رگبرگها و دستجات چوب آبکش در یک دسته اصلی قرار گرفته بودند، به هم شبیه بوده و از دیگر گونه­ها متمایز می شوند، ولی تعداد لوبهای برگهایشان و اندازه برگ و قاعده سینوسی لوبهای برگ از راههای تشخیص خود این دوگونه از هم می­باشد. گونه­های A. semenovi و A. platanoides  از طریق رنگ دو سطح برگ، بدون کرک بودن پشت برگها و سلولهای اپیدرمی سینوسی شکل با یکدیگر شبیه ولی تعداد لوبهای برگ، عرض برگ، شکل برگ، قاعده و انعطاف پذیری برگ از صفات جدا کننده این دو گونه از یکدیگر است. گونه­های A. velutinum و A. hyrcanum ازنظر وجود دندانه در حاشیه برگ و تعداد لوبهای برگ، عدم وجود کرک در پشت برگها ، دستجات چوبی جدا از هم بوده و در زیر آنها آوندهای آبکش، تکه­های مومی ­دانه­ای یا گرانول شکل به یکدیگر شبیه بوده و از طریق نوک برگ، طول برگ، سفید رنگ بودن سطح برگ از یکدیگر متمایز می­شوند. نتایج این تحقیق با نتایج گریم و همکاران در سال 2006(9)که در بررسی فیلوژنی سرده افرا نشان دادند دو گونه A. velutinum و A. hyrcanum به یکدیگر نزدیکتر بوده وبا گونه A. monspessulanum در کلادی نزدیک به هم قرار می­گیرند و گونه A. negundo در کلادی جداگانه از بقیه گونه­ها قرار می­گیرد (9) مطابقت می­نماید. 

از طرف دیگر گونه A. monspessulanum با داشتن برگهایی  نسبتا کوچک وبا حاشیه درست و 2تا 3لوبه بودن برگ و دارا بودن غدد زرد رنگ در پشت برگ، از این گونه­ها متمایز شده و فقط به علت حاشیه برگ فاقد مژه و غیر انعطاف پذیری برگ با دو گونه مذکور تشکیل خوشه داده است. گونه­های A. microphyllum و A. campestre با دارا بودن صفات مشترکی مانند نوع برگ، 2تا3 لوبه بودن برگ، حاشیه درست، اندازه کوچک برگ وسطح دمبرگ ، دسته های آوند چوبی بزرگ و کوچک که در زیر آنها دستجات آبکش قرارگرفته­اند وکرک ترشحی گرزی شکل و کرکهای پوششی به صورت ایستاده و یا در راس کمی خمیده، به یکدیگر نزدیک شده اند و با صفاتی مانند نوک برگ، طول برگ، رنگ سطح برگ، طول مژه­های حاشیه برگ و اندازه طول دمبرگ از هم متمایز میشوند. A.negundo از طریق نوع برگ(مرکب)، قاعده برگ، برگهای نورسته غیر خزی وکم­تراکم، رگبرگهای سطح برگ از آنها متمایز میشود و فقط با داشتن مژه در حاشیه برگ با آنها خوشه ایجاد میکند. رنر و همکاران(2008) نیز در تحلیل مولکولی و انساب شناسی گونه­های افرا نشان دادند که گونه­های A. campestre و A. platanoides  با هم در یک کلاد قرارگرفته وگونه A. palmatum هم گرچه در کلادی دیگر ولی نزدیک به آنها واقع شده ولی گونه A.negundo در کلادی جداگانه و دورتر از آنها قرار دارد (22).

قرار گرفتن چهار گونه A. cappadocicum و
 A. palmatum, A. platanoides و A. semnoviiو دیگری سه گونه A. monspessulanum , A. hyrcanum و
A. velutinum در خوشه­های مجزا نشان دهنده دارا بودن دو ترکیب صفات از مجموعه صفات مطالعه شده دراین گونه­ها می باشند و دو روند تحول صفات ریختی را نشان می­دهند. تحقیق مشابه دیگری بر روی صفات تشریحی ساقه گونه های Lonicera L. مانند استقرار متاگزیلمها در دستجات آوندی، شکل نوار کامبیوم و کریستالهای اکسالات کلسیم موجود در پارانشیم و وجود حفره در بخش مغز ساقه، وجود دو نوع ترکیب صفات جدا کننده گونه ها را نشان داد(2). تنها پدیده کاملاّسؤال برانگیز در این تحقیق موقعیت قرارگیری  A. campestre و
A. microphyllum دربین سایر گونه­ها است که در این تحقیق در کنار A. negundo ازسایر گونه­های این سرده جدا شده وتفاوت بسیاری با بقیه دارد حال آن که مطالعات فیلوژنتیک گریم و همکاران سال 2006 (9) بر گونه های افرا مشخص شد که A. campester را به
A. monspessulanum به علت دارا بودن شباهت نوع رگبندی، اندازه برگ و تعداد لوبهای برگ بسیار شبیه دانسته­اند. در این بررسی  A. palmatum شباهت زیادی با گونه­های  A. cappadocicum و A. platanoidesو
 A. semnoviiدارد، گرچه تمام گونه­های مورد بررسی در تحقیق حاضر در مطالعات فیلوژنی گریم و همکاران (9) مطالعه نگردیده اند اما آنها A. palmatum را دردسته­ای کاملاّ جدا و نزدیک A. negundo قرارداده اند ونکته جالب توجه آن است که شباهت دو گونه  A. cappadosicum و A. platanoides  نیز توسط آنها(9) و کریمی (1388) (3)نیزتایید شده که موید نتیجه به دست آمده در این تحقیق نیز می باشد.  تیان و دژو (2004) که بر روی تیره Aceraceae  و گونه­هایی از Dipteronia  و Acer  مطالعه می­کردند، بیان کرده­اند تک­نیایی بودن سرده Acer به علت وجود تعدادزیاد صفات هموپلازی، مورد تردید محققان می­باشد، حال آن­که تک­نیایی بودن سردهDipteronia   موردتایید همگان قرار دارد(26). جیانهوا و همکاران(2006) نیز در مورد فیلوژنی این دو سرده، به این نتیجه رسیدند که شباهتهای ریختی گونه­هایAcer  در شرق آسیا با گونه­های شمال آمریکا ناشی از تاثیر اقلیم بوده است (11). این تحقیق، با توجه به نتایج و صفات بررسی شده،  شباهتهای گونه های افرا را ناشی از تاثیر محیط میداند که با نتایج تیان زین و دژو (26) و اسکپنر و همکاران (24) و جیانهوا و همکاران(11) همخوانی دارد.

در این تحقیق مشخص شد که صفات کیفی  و کمی تشریحی و ریختی مانند: وجود یا عدم وجود کرک، کوتیکول و ضخامت و تنوع اشکال آن ، اندازه روزنه و تراکم روزنه­ای ، تراکم رگبندی، در نزدیکی یا دور بودن گونه­ها از یکدیگر موثر بودند. تحلیل خوشه­ای و تحلیل مولفه­های اصلی صفات کاملا با هم منطبق بود که بیانگر ارزش تاکسونومیک صفات انتخاب شده در این تحقیق می­باشد. همچنین در این مطالعه بیشترین انطباق صفات با نوع رویشگاه در گونه های  A. velutinum
 A. hyrcanum و  A. monspessulanum دیده شد.

به علت آنکه در این پژوهش از ترکیب خصوصیات ریخت شناسی و تشریحی برگ استفاده شد، پیشنهاد می­گردد که صفات و مارکرهای مولکولی نیز در این تیره بررسی گردد و نتایج حاصل  از آن با صفات ریختی و تشریحی مقایسه و یا ادغام شوند. ترکیب صفات، به طور موثری در تاکسونومی وشناسایی سرده­ها  و گونه­ها و یا حتی شناخت رویشگاه آنها می تواند اطلاعات جدیدی در اختیار محققان قرار دهد.

سپاسگزاری

از زحمات جناب آقای دکتر محمدباقر باقریه نجار که در آنالیز داده ها با نویسنده مسئول همکاری نموده اند تشکر و قدردانی می­گردد. این مقاله بخشی از پروژه تحقیقاتی دانشگاهی است که بدین­وسیله نگارنده از معاونت پژوهشی و فناوری، مالی واداری و پشتیبانی دانشگاه گلستان که در حمایت علمی و فراهم کردن امکانات لازم برای انجام آن تلاش نمودند تشکر می نماید.