Лаборатория "Микрокосмос": Фитоанатомия

Фитоанатомия - раздел ботаники, изучающий строение тканей растений, внутреннее строение органов, закономерности их развития и происхождения.

Кто изучал курс "Морфология и анатомия растений", помнят чёрно-белые микрофотографии или рисунки, показывающие внутреннее строение органов растений, расположение тканей и др. Зачастую сложно понять, где какая ткань... Всегда хотелось рассматривать цветные микрофотографии, сделанные с хороших препаратов с полихромной окраской тканей. Но подобное до сих пор недоступно в книгах, многих научных публикациях...

После публикаций некоторых моих микрофотографий по фитоанатомии, приходили письма с просьбой использовать эти микрофотографии на занятиях со студентами, со школьниками (!) при изучении биологии. А один учитель биологии написала мне: "Анатолий, по Вашим снимкам мои пятиклассники лихо отличают ксилему от флоэмы. Спасибо!!" Во как...Даже пятиклассники работают с нашими микрофотографиями.
Надеюсь, одним из результатов этого проекта станет выпуск электронного пособия по фитоанатомии с цветными микрофотографиями хорошего качества.

Цель проекта "Фитоанатомия" - популяризация науки посредством публикаций микрофотографий, участия в конкурсах научных фотографий и выполнения серии научных работ.

Задачи проекта:

1. Усовершенствование авторской методики полихромной окраски тканей растений.

2. Изготовление качественных микропрепаратов.

3.Выполнение научно-исследовательских работ по фитоанатомии.

4. Получение серии качественных микрофотографий.
5. Популяризация практической и научной микрофотографии посредством публикаций в научных изданиях, в сети Интернет на различных площадках.
6. Представление России на Международных конкурсах научной фотографии.

На этой страничке я буду публиковать некоторые свои работы по фитоанатомии. Многие наши микрофотографии иллюстрируют статьи Википедии на разных языках! Многие наши микрофотографии являются Победителями или призёрами Международных и Всероссийских конкурсов научной фотографии, демонстрируются на выставках в научных учреждениях мира!
Под каждой фотографией есть информация, а также ссылки на странички конкурсов и т.п. Фотографии кликабельны.

Обратите внимание, некоторые микрофотографии объединяют науку и искусство! Иногда приходится изготовить сотни микропрепаратов, чтобы на них найти образ "ступни" или "сердечка". Иногда можно годами искать интересный сюжет, объединяющий науку и искусство. Изготовление микропрепаратов - это очень сложное направление, которое мы реализуем в нашей лаборатории "Микрокосмос", создав в Омске школу фитоанатомии. Но и практическая микрофотография - это сложное направление. Чтобы получить качественную микрофотографию, необходимо много времени и сил, а также знаний и практического опыта.

В конце 2019 года и в самом начале 2020 года (с 3 по 10 января) занимался разработкой авторской методики полихромной окраски тканей растений для люминесцентного микроскопа. Некоторые красители ранее никто не применял для полихромной окраски растений, поэтому это наше очередное достижение! До официальной публикации статьи пока не раскрываю секрет окраски и список красителей. Очень хотелось бы, чтобы в ультрафиолетовом свете (365 нм) ткани "светились" не одним цветом, а двумя-тремя. Некоторые первые результаты ( 6 микрофотографий) этой работы:

Поперечный срез побега Berberis vulgaris (Барбарис обыкновенный). Диаметр среза 3 мм. Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Поперечный срез побега Picea pungens 'Glauca' (Ель колючая 'Глаука', Голубая ель). Диаметр среза 4, 5 мм. Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Поперечный срез рахиса папоротника Davallia. Диаметр среза 1 мм. Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Поперечный срез листа (хвоинки) Pinus silvestris (Сосна обыкновенная). Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Поперечный срез хвоинки Pinus pinaster. Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Поперечный срез листовой пластинки Cycas revoluta. Люминесценция, спектр возбуждения 365 нм.

Далее работы с использованием методики полихромной окраски, которую я разработал в 2010-2011 гг., а опубликовал в 2012 году. Ссылка на методику. Эти микропрепараты можно изучать как в светлом поле, так и методом люминесценции (использованы некоторые красители-флуорохромы).

Рожь

Поперечный срез соломины и листовой пластинки Secale cereale (Рожь посевная). В красные оттенки окрасились лигнифицированные механические и проводящие ткани. Диаметр среза 3 мм, толщина - 30 мкм. Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).
Микрофотография - призёр Международного конкурса научных микрофотографий Nikon Small World 2019, призёр конкурса научных иллюстраций "Снимай науку - 2019", Победитель Международного конкурса научной фотографии Wiki Science Competition 2019

Княжик

Поперечный срез вегетативного побега Atragene sibirica (Княжик сибирский). Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.). Микрофотография - призёр конкурса научных иллюстраций "Снимай науку - 2019",, Победитель Международного конкурса научной фотографии Wiki Science Competition 2019

Калина

Поперечный срез вегетативного побега Viburnum opulus L. (Калина обыкновенная). Диаметр среза 5 мм, толщина среза - 50 мкм. Авторский постоянный препарат, полихромная окарска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.). Микрофотография - призёр конкурса научных иллюстраций "Снимай науку - 2019", Победитель Международного конкурса научной фотографии Wiki Science Competition 2019

"Пучок-паучок"

Проводящий пучок хвоинки сосны Pinus heldreichii 'Den Ouden'.

Полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.), авторский препарат. Использован метод люминесценции. В результате очень хорошо выявляются пояски Каспари. Это опробковевшие или одревесневшие участки радиальных стенок клеток эндодермы. На микрофотографии пояски Каспари светятся жёлтым цветом (овальный поясок). Микрофотография - призёр Международного конкурса научной микрофотографии Nikon Small World 2018, Победитель Всероссийского конкурса изображений микропрепаратов "Мир под Микроскопом" (2017 г.).
Также эта микрофотография демонстрировалась на выставке VI Общероссийского Фестиваля природы "Первозданная Россия", который посетило около 120000 (!) человек. Чуть ранее микрофотография была на выставке "Живая природа" в Зоологическом музее Зоологического института РАН России и т.д.

"Чей туфля?"

Проводящий пучок корневища папоротника Pteridium pinetorum ssp. sibiricum. Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).
В результате очень хорошо видны клетки проводящих тканей: крупные клетки, клеточные стенки которых окрашены в красновато-фиолетовый цвет, это клетки ксилемы. Вокруг ксилемы расположены клетки флоэмы - ткани, проводящей продукты фотосинтеза. Проводящий пучок ограничен клетками эндодермы. Между флоэмой и эндодермой хорошо видны клетки перицикла. Вокруг проводящего пучка расположены клетки паренхимы и склеренхимы (механическая ткань - коричневые клеточные оболочки)
Понадобилось много времени и срезов, чтобы найти такой проводящий пучок, похожий на ступню.

Микрофотография - призёр Конкурса научной иллюстрации "Снимай науку - 2018" в номинации "Микроизображения".

"По следам Аватара"

Этот же препарат (см. выше), но использован метод люминесценции. Да, наши препараты можно смотреть под люминесцентным микроскопом, так как в полихромной окраске тканей я использую флуорохром. Спектр возбуждения 450-490 нм, дихроичный фильтр 510 нм, эмиссия 515 нм.

Сосна корейская

Поперечный срез хвоинки Pinus koraiensis (Сосна корейская). Авторский препарат, полихромная окраска по Михальцову А.И. (2012 г.). Использован метод люминесценции.

"Пазлы"

Поперечный срез хвоинки Pinus heldreichii 'Den Ouden' (=Pinus leucodermis Den Ouden, Сосна Гельдрейха, Боснийская сосна).

Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей (4 красителя!) по Михальцову А.И. (2012 г.).
Фотография - результат сшивки панорамы из 4 снимков, каждый из которых - результат мультифокусного стекинга из 15-20 кадров!
Микрофотография - призёр Международного конкурса научной микрофотографии Nikon Small World 2018.

Поперечный срез более молодой хвоинки Pinus heldreichii 'Den Ouden'. Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012).

Пузыреплодник

Поперечный срез побега Physocarpus opulifolius (Пузыреплодник калинолистный). Ширина среза 3 мм, толщина - 30 мкм. Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Микрофотография - результат сшивки панорамы HDR из 32 кадров (каждый кадр - результат мультифокусного стекинга из 4-9 кадров).

Микрофотография - победитель Конкурса научных фотографий 2017 в номинации "Микроизображения".

"Калейдоскоп 2"

Поперечный срез соломины Hordeum sp. (Ячмень) в области узла. Микрофотография - результат сшивки панорамы HDR из 53 кадров! Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Орляк

Поперечный срез корневища папоротника Pteridium aquilinum (Орляк обыкновенный). Панорама HDR из 252 (!) кадров!
Авторский постоянный препарат, полихромная окраска тканей.

Иглица

Поперечный срез вегетативного побега Ruscus aculeatus (Иглица колючая). Диаметр среза 2 мм, толщина - 50 мкм. Панорама из 39 кадров.
Авторский постоянный препарат. Метод контрастирования: светлое поле.

Поперечный срез вегетативного побега Ruscus aculeatus (Иглица колючая). Диаметр среза 2 мм, толщина - 50 мкм. Авторский постоянный препарат. Панорама из 28 кадров. Метод контрастирования: люминесценция.

Сосна чёрная

Поперечный срез хвоинки Pinus nigra (Сосна чёрная). Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Сосна сибирская

Поперечный срез хвоинки Pinus sibirica (Сосна сибирская). Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Голубая ель

Поперечный срез вегетативного побега Piceae pungens 'Glauca' (Ель колючая Глаука или Ель голубая). Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.)

"Живое ископаемое"

Поперечный срез побега Ginkgo biloba (Гинкго билоба) - реликтовое голосеменное растение, часто называемое живым ископаемым. Растения класса гинкговых были широко распространены на Земле в мезозойскую эру. Побег срезан с растения, много лет растущего в оранжерее БОУ ДО г. Омска "Детский ЭкоЦентр".

Поперечный срез шириной 4 мм, толщина - 30 мкм, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Изображение является сшивкой снятых отдельно 17 секторов поперечного среза.

Микрофотография - победитель российского этапа Панъевропейского научного конкурса фотографий и визуализации ESPS - 2015.

Проводящий пучок орляка

Проводящий пучок корневища папоротника Pteridium aquilinum (Орляк обыкновенный). Крупные клетки, клеточные стенки которых окрашены в красный цвет, это клетки ксилемы. Проводящий пучок ограничен клетками эндодермы (с красным внутри). Вокруг проводящего пучка видны клетки паренхимы, в которых видны амилопласты, в которых запасается крахмал.

Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012 г.).

Микрофотография - призёр Международного конкурса научной микрофотографии Nikon Small World 2015.

Калейдоскоп

Поперечный срез вегетативного побега древнего двудольного растения Casuarina equisetifolia (Казуарина хвощелистная). Это вечнозелёное дерево, произрастающее в Австралии и на островах западной Океании. Членистые вегетативные побеги напоминают хвощи. Листья чешуевидные, в мутовках.

Данный препарат особенно ценен тем, что наконец-то удолось сделать срез таким образом, чтобы одновременно показать ткани членистого побега и чешуевидных листьев. Диаметр среза 1 мм, толщина среза 20 мкм, авторская методика полихромной окраски тканей. Микрофотография - результат сшивки (панорама) 6 отдельных секторов среза, а каждый сектор - результат мультифокусного стекинга из 14-16 снимков. Микрофотография - призёр Международного конкурса научной микрофотографии Nikon Small World 2014.

"Сердце папоротника"

На микрофотографии стела (проводящий пучок рахиса папоротника Davallia canariensis (Даваллия канарская). Авторский микропрепарат. Микрофотография - Победитель конкурса научных фотографий "Наука - это красиво!" (2013 год).

Условные обозначения:

Кс - ксилема (проводящая ткань, проводит воду с растворёнными в ней минеральными соединениями);

Фл - флоэма (проводящая ткань, проводит продукты фотосинтеза);

ППП - паренхима проводящего пучка (из этих клеток дифференцируются клетки флоэмы и ксилемы);

Эн - эндодерма (внутренний слой клеток первичной коры рахиса, граничит с проводящим пучком).

Поперечный срез рахиса Davallia canariensis, диаметр 1,23 мм. Толщина среза 50 микрометров. Полихромная окраска тканей тремя красителями, авторский микропрепарат.

На фото вайя папоротника Davalia canariensis. Красная линия - место поперечного среза рахиса.

Ковыль

Поперечный срез листовой пластинки Stipa sp. (Ковыль). Склеренхима, ксилема окрасились в красно-розовые оттенки, флоэма - в синий, основная паренхима в зеленоватый цвет.
Авторский препарат, полихромная окраска тканей по Михальцову А.И. (2012).

Агава стрикта

Поперечный срез листа Agave stricta. Авторский препарат.

Метаксилема орляка

Крупные клетки, клеточные оболочки которых окрашены в красные оттенки, это метаксилема корневища папоротника Pteridium aquilinum (Орляк обыкновенный).

Таннины

Идиобласт с таннинами в листовой пластинке суккулента Titanopsis hugo-schlechteri. Авторский постоянный препарат.

Алоэ

Фрагменты анатомического строения листа Aloe melanacantha var. erinacea.

Алоиновые клетки

Поперечный срез листа Aloe melanacantha var. erinacea, полихромная окраска тканей. Удалось так окрасить ткани, что тонкостенные алоиновые клетки чётко выделены. По нашим сведениям, подобная окраска алоиновых клеток проведена впервые, поэтому данная микрофотография стала призёром Международного конкурса микрофотографий Olympus BioScapes 2012.

Монстера

Фрагмент поперечного среза воздушного корня Monstera deliciosa (Монстера лакомая). Авторский постоянный препарат, полихромная окраска по Михальцову А.И. (2012 г.).
Условные обозначения: ПК - паренхима коры, СКл - склеренхима, Эн - эндодерма, Пе - перицикл, ПФл - протофлоэма, МФл - метафлоэма, ПКс - протоксилема, МКс - метаксилема.

Фитоанатомия