Przebudowa układu komórek inicjalnych kambium a układ naczyń w drewnie wybranych gatunków roślin drzewiastych Cz. I [PDF]

Zitiervorschau

OGRÓD BOTANICZNY – CENTRUM ZACHOWANIA RÓZNORODNOSCI BIOLOGICZNEJ PAN w Warszawie I SZKOŁA GŁÓWNA GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO w Warszawie WYDZIAŁ OGRODNICTWA I ARCHITEKTURY KRAJOBRAZU

Anna Wilczek

Przebudowa układu komórek inicjalnych kambium a układ naczyń w drewnie wybranych gatunków roślin drzewiastych. The adjustment of cambial initials and vessel network in the wood of selected arborescent plant species.

Praca doktorska Doctoral Thesis

Praca doktorska wykonana pod kierunkiem Dr hab. Wiesław Włoch Ogród Botaniczny - CZRB PAN w Warszawie

Recenzenci Prof. dr hab. Anna Tomczyk Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Prof. dr hab. Marian Saniewski Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach Warszawa 2009

Oświadczenie promotora pracy

Oświadczam, Ŝe niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i stwierdzam, Ŝe spełnia ona warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie stopnia naukowego

Data……………………… Podpis promotora pracy

Oświadczenie autora pracy

Świadom odpowiedzialności prawnej oświadczam, Ŝe niniejsza praca doktorska została napisana przeze mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób niezgodny z obowiązującymi przepisami.

Oświadczam równieŜ, Ŝe przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem stopnia naukowego w wyŜszej uczelni.

Oświadczam ponadto, Ŝe niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączoną wersją elektroniczną.

Data………………………………Podpis autora

WyraŜam zgodę na udostępnienie mojej pracy czytelniach Biblioteki SGGW

Podpis

Przedstawiana rozprawa doktorska została sfinansowana ze środków własnych OB. –CZRB PAN.

Autor/ka pracy był(a) słuchaczem Niestacjonarnego Studium Doktoranckiego i Wydziału Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu SGGW i Ogrodu Botanicznego CZRB PAN w Warszawie. Numer albumu

1

Streszczenie Przebudowa układu komórek inicjalnych kambium a układ naczyń w drewnie wybranych gatunków roślin drzewiastych. Przeprowadzono obserwacje układu naczyń w drewnie wtórnym M. laurentii róŜnymi metodami, w tym przy pomocy igieł do akupunktury, przełupu promieniowego oraz przełupu stycznego. Dokonano oceny ilościowej i jakościowej wielkości nachylenia i orientacji badanych naczyń. Zaproponowano dwa etapy, w których tworzony jest układ naczyń w drewnie: pierwotny, tj. przebudowę układu inicjałów kambium; oraz wtórny, polegający na modyfikacji układu określonego przez układ inicjałów kambium i zachodzący w trakcie rozwoju członów naczyń. Obserwowano układ inicjałów kambium oraz przejawy zachodzącej przebudowy tego układu w kambium L. anagyroides. Porównano równieŜ układ komórek miękiszu osiowego oraz komórek kambium z układem członów naczyń u badanych gatunków. W modyfikacji układu naczyń w trakcie rozwoju członów naczyń zwrócono uwagę na znaczenie połoŜenia promieni łykodrzewnych zlokalizowanych w pobliŜu rosnących członów naczyń. Słowa kluczowe – kambium, drewno, naczynie, orientacja, wzrost intruzywny

Streszczenie Przebudowa układu komórek inicjalnych kambium a układ naczyń w drewnie wybranych gatunków roślin drzewiastych. There were performed the observations of vessel arrangement in the secondary xylem of M. laurentii, according to different methods, including the acupuncture needles insertion, radial breakage and tangential breakage. The inclination angle and orientation of vessels was measured and described. There were proposed two stages of vessels arrangement formation: first, meaning the rearrangement of cambial initials and second, meaning the modification of vessels’ arrangement, primary defined by cambial arrangement. There were performed also observations of cambial cells arrangement and the signs of their rearrangement in case of L. anagyroides. The arrangement of axial parenchyma and cambial cells was compared with the arrangement of vessels members in examined species. The attention was paid to importance of ray’s localization in the neighborhood to the growing vessel members. Słowa kluczowe – cambium, wood, vessel, orientation, intrusive growth

1

Składam serdeczne podziękowania mojemu promotorowi, Panu dr hab. Wiesławowi Włochowi za opiekę naukową, cierpliwość i nieocenioną pomoc udzieloną mi podczas przygotowania tej pracy.

Szczególne podziękowania składam Dyrektorowi Ogrodu Botanicznego Centrum Zachowania RóŜnorodności Biologicznej PAN Panu doc. dr hab. Jerzemu Puchalskiemu oraz Dyrektorowi ds. naukowych Panu prof. Janowi Rybczyńskiemu za umoŜliwienie mi napisanie rozprawy doktorskiej w Ogrodzie Botanicznym Centrum Zachowania RóŜnorodności Biologicznej PAN

Dziękuję równieŜ Panu prof. Władysławowi Golinowskiemu za cenne uwagi i wskazówki oraz Panu dr Pawłowi Kojsowi za inspirujące dyskusje.

SPIS TREŚCI 1. WSTĘP.............................................................................................................5 1.1. Ogólna budowa drewna wtórnego roślin dwuliściennych..................................5 1.2. Powstawanie drewna wtórnego roślin dwuliściennych.......................................8 1.2.1. Ogólny opis etapów powstawania drewna wtórnego................................8 1.2.2. Aktywność kambium.................................................................................8 1.2.3. Wzrost i róŜnicowanie komórek macierzystych drewna..........................9 1.3. Włóknistość drewna i sieć naczyń w drewnie......................................................9 1.4. Czynniki mające wpływ na powstawanie włóknistości w drewnie..................13 1.4.1. Geotropizm..............................................................................................13 1.4.2. Ruch obrotowy Ziemi..............................................................................13 1.4.3. Skład gleby..............................................................................................13 1.4.4. Przepływ protoplazmy.............................................................................14 1.4.5. Filotaksja.................................................................................................14 1.4.6. Wzrost komórek w czasie róŜnicowania.................................................14 1.4.7. NapręŜenia w drewnie i w kambium, ze szczególnym uwzględnieniem mechanicznego oddziaływania wiatru...................................................14 1.4.8. Auksyna...................................................................................................15 1.4.8.1. Rys historyczny.........................................................................15 1.4.8.2. Mechanizmy działania auksyny................................................17 1.5. Kambium a powstawanie włóknistości w drewnie............................................18 1.5.1. Ontogeneza kambium..............................................................................18 1.5.2. Definicja kambium..................................................................................18 1.5.3. Dynamiczna struktura kambium.............................................................20 1.5.4. Sezonowa aktywność kambium..............................................................30 1.5.5. Drewno wtórne jako tkanka zapisująca historię zdarzeń komórkowych zachodzących w kambium.............................................31 1.5.6. Związek zmiany układu komórek kambium z powstawaniem włóknistości w drewnie.........................................................................33

2. CELE PRACY..............................................................................................35

1

3. MATERIAŁY I METODY..........................................................................36 3.1. Kambium..............................................................................................................36 3.2. Drewno.................................................................................................................39 3.2.1. Opis anatomiczny drewna.......................................................................39 3.2.2. Obserwacja układu naczyń względem układu włóknistości przy pomocy igieł do akupunktury..............................................................................40 3.2.3. Obserwacja układu naczyń na powierzchniach stycznych drewna na tle układu komórek miękiszu osiowego.....................................................50 3.2.4. Obserwacja układu naczyń na tle układu komórek miękiszu osiowego z uwzględnieniem układu promieni widocznych na przekrojach stycznych drewna wtórnego M. laurentii..............................................51 3.2.5. Porównanie orientacji i wielkości nachylenia włóknistości i komórek miękiszu osiowego................................................................................52 3.3. Prezentacja wyników pracy................................................................................53

4. WYNIKI.........................................................................................................54 4.1. Anatomia kambium oraz róŜnicujących naczyń Laburnum anagyroides.......54 4.1.1. Obserwacja układu komórek wrzecionowatych w róŜnych latach aktywności kambium Laburnum anagyroides.......................................54 4.1.2. Porównanie długość komórek wrzecionowatych w róŜnych latach aktywności kambium Laburnum anagyroides.......................................55 4.1.3. Układ komórek kambium Laburnum anagyroides obserwowany na przekrojach poprzecznych................................................................58 4.1.4. Częstotliwość występowania podziałów antyklinalnych w komórkach wrzecionowatych kambium............................................64 4.1.5. Wzrost promieniowy komórek inicjalnych promieni w obrębie kambium Laburnum anagyroides..........................................................................66 4.1.6. Obserwacje rozwoju członów naczyń Laburnum anagyroides oraz Wisteria floribunda w sąsiedztwie komórek promieni i komórek wrzecionowatych...................................................................................66 4.1.7. Obserwacje orientacji rozwijających się członów naczyń Laburnum anagyroides oraz Wisteria floribunda w odniesieniu do orientacji komórek wrzecionowatych....................................................................67

2

4.2. Badanie układu naczyń w drewnie Milletia laurentii........................................69 4.2.1. Ogólna charakterystyka drewna M. laurentii..........................................69 4.2.2. Układ naczyń badany przy pomocy igieł do akupunktury......................70 4.2.3. Układ naczyń badany na powierzchniach stycznych drewna w porównaniu z układem komórek miękiszu osiowego oraz połoŜeniem promieni.....................................................................78 4.2.4. Układ naczyń badany na przekrojach stycznych drewna względem układu komórek miękiszu osiowego i połoŜenia promieni...................84 4.2.5. Dyslokacje połoŜenia granic pięter a układ naczyń badany na powierzchniach stycznych drewna...................................................86 4.2.6. Porównanie orientacji i wielkości nachylenia układu włóknistości i układu komórek miękiszu smugowego z uwzględnieniem układu wybranych fragmentów naczyń.............................................................86 4.2.7. Układ naczyń względem układu włóknistości oraz układu komórek miękiszu osiowego, w odniesieniu do wysokości badanych bloczków drewna...................................................................................90

5. DYSKUSJA....................................................................................................94 5.1. Wprowadzenie......................................................................................................94 5.2. Rozwój członów naczyń.......................................................................................96 5.3. Tworzenie się układu naczyń na przykładzie Milletia laurentii......................100 5.3.1. Wpływ układu inicjałów kambium na tworzenie się sieci naczyń w drewnie – mechanizm pierwotny.....................................................100 5.3.2. Czynniki modyfikujące nachylenie naczyń w drewnie – mechanizm wtórny............................................................................112 5.3.2.1. Udział dyslokacji połoŜenia pięter w modyfikacji nachylenia tworzącego się naczynia..........................................................114 5.3.2.2. Udział ukierunkowanego wyboru komórek macierzystych drewna rozwijających się w człony naczyń.............................116 5.3.2.3. Udział ukierunkowanego wzrostu intruzywnego rozwijającego się członu naczynia w zmianie wielkości nachylenia tworzącego się naczynia..........................................................117

3

5.3.2.4. Udział promieni łyko-drzewnych w modyfikacji nachylenia naczyń......................................................................................119 5.3.3. Uszkodzenia mechaniczne podczas wykonywania przełupów promieniowych drewna a układ włóknistości widoczny w postaci linii przełupu........................................................................................128 5.3.4. Porównanie układu badanych fragmentów naczyń zlokalizowanych w warstwach miękiszu osiowego z układem włóknistości w warstwach włókien drzewnych obserwowanym w postaci linii przełupu.............128 5.4. Tworzenie układu naczyń na tle hipotez dotyczących roli auksyny i układu napręŜeń..........................................................................................131

6. WNIOSKI 7. LITERATURA

4

1. WSTĘP 1.1. OGÓLNA BUDOWA DREWNA WTÓRNEGO ROŚLIN DWULIŚCIENNYCH Drewno (ksylem) roślin dwuliściennych jest tkanką przewodząco – wzmacniającą, transportującą wodę wraz z rozpuszczonymi w niej substancjami z podziemnych części rośliny do części nadziemnych. Ze względu na pochodzenie wyróŜnia się drewno pierwotne powstające w wyniku aktywności merystemu wierzchołkowego z prokambium podczas wzrostu wydłuŜeniowego pędu i korzenia oraz drewno wtórne powstające w wyniku aktywności merystemu wtórnego – kambium waskularnego. Kambium waskularne, w dalszej części pracy określane pojęciem „kambium”, rozpoczyna swoją aktywność po zakończeniu wzrostu wydłuŜeniowego i powoduje wzrost organu na grubość. Budowa drewna wtórnego roślin dwuliściennych jest złoŜona, występują w nim zarówno Ŝywe jak i martwe komórki, pełniące róŜne funkcje. Ogólnie wyróŜnia się w drewnie system przewodzenia osiowego oraz poprzecznego. W systemie osiowym występują elementy przewodzące (cewki, naczynia), komórki wzmacniające (włókna) oraz komórki miękiszu osiowego. System przewodzenia poprzecznego tworzą promienie, zbudowane przede wszystkim z komórek miękiszowych (Ye 2002; Carlsbecker, Helariutta 2005; Groover, Robischon 2006). Elementy przewodzące drewna wtórnego roślin dwuliściennych rosnących w umiarkowanej strefie klimatycznej, pod względem cech budowy takich jak średnica światła komórek oraz grubość ścian komórkowych, są zróŜnicowane na: •

wczesne – tworzone w okresie wiosennym

•

późne – tworzone w okresie letnim. Drewno wczesne, w porównaniu z drewnem późnym, zwykle charakteryzuje się

komórkami o większej średnicy światła komórek i mniejszej grubości ścian komórkowych. Pomiędzy ostatnią warstwą komórek drewna późnego, utworzoną w poprzednim sezonie wegetacyjnym, a pierwszą warstwą komórek drewna wczesnego, utworzoną po okresie spoczynku, widoczna jest ostra granica. Granice te wyznaczają przyrosty roczne drewna wtórnego, zwane słojami przyrostów rocznych (Chowdry 1936; Hejnowicz 1980 a; Zimmermann 1983; Ye 2002; Groover, Robischon 2006). Podstawową funkcją drewna jest przewodzenie wody wraz z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi oraz niektórymi hormonami i regulatorami wzrostu (na przykład kwas abscysynowy, auksyna czy cytokininy) a takŜe zwiększenie wytrzymałości mechanicznej pędu. Funkcje przewodzące pełnią głównie naczynia, zbudowane z członów naczyń. U niektórych prymitywnych roślin okrytonasiennych nie występują naczynia, funkcje 5

przewodzące pełnią wówczas wyłącznie cewki (Caspary 1862; Bailey 1944). Człony naczyń mają zróŜnicowane wymiary poprzeczne, ich średnica wynosi zwykle 15-500 µm a nawet 1000 µm, a ich wysokość zasadniczo jest równa wysokości komórek wrzecionowatych kambium (Hartig 1859; Bailey 1920; Butterfield 1973). Człon naczynia na końcu bazalnym i apikalnym zakończony jest płytą perforacyjną, utworzoną w wyniku częściowego lub całkowitego rozpuszczenia ściany komórkowej. Ściany są zgrubiałe, wysoce zlignifikowane, z licznymi jamkami lejkowatymi. Długość naczyń obserwowana u róŜnych gatunków jest bardzo zróŜnicowana i wynosi od zaledwie kilkudziesięciu centymetrów do kilkunastu metrów (Zimmermann 1983). Zaobserwowano, Ŝe w jednym osobniku zwykle występują naczynia o zróŜnicowanej długości (w wyŜej określonym zakresie), z przewagą liczebną krótszych naczyń. DłuŜsze i szerokie naczynia zapewniają szybki transport wody, natomiast krótsze i liczniejsze naczynia zapewniają większe bezpieczeństwo transportu, ze względu na ograniczony zasięg moŜliwych uszkodzeń. Obserwuje się większy udział krótszych naczyń w dolnych partiach pnia, gdzie panuje wyŜsze ciśnienie hydrostatyczne, natomiast w wyŜszych partiach drzewa, gdzie stwierdza się niŜsze ciśnienie hydrostatyczne, stwierdzono występowanie większego udziału dłuŜszych naczyń (Zimmermann, Potter 1982). Na podstawie rozmiarów oraz ułoŜenia naczyń wyróŜnia się dwa typy drewna: pierścieniowonaczyniowy, charakterystyczny dla drzew strefy umiarkowanej, występujący np. u dębu, jesionu, wiązu i robinii, oraz rozpierzchłonaczyniowy, występujący u drzew wszystkich stref klimatycznych, w tym u licznych gatunków strefy umiarkowanej jak np. brzoza, klon i topola. Naczynia występujące w drewnie rozpierzchłonaczyniowym mają długość zazwyczaj kilkudziesięciu centymetrów, natomiast w drewnie pierścieniowonaczyniowym naczynia są znacznie dłuŜsze, w tym przypadku zwyczajowo podaje się średnią długość naczyń wyraŜoną w procentach względem wysokości drzewa od kilku do niemal 100% (Zimmermann 1983). W drewnie roślin okrytonasiennych występują ponadto cewki, zróŜnicowane na: 1) naczyniowe o funkcjach i budowie zbliŜonej do naczyń, odróŜnia je jedynie brak płyty perforacyjnej, 2) wokół-naczyniowe występujące w pobliŜu duŜych naczyń oraz 3) włókniste, dłuŜsze od komórek wrzecionowatych kambium, o stosunkowo grubych ścianach. U niektórych drzew (np. topola) cewki włókniste stanowią główny składnik drewna (Chowdry 1936). NajwaŜniejszymi elementami pełniącymi funkcje wzmacniające w drewnie są włókna drzewne, o długości wielokrotnie przekraczającej długość komórek wrzecionowatych kambium. Średnia długość włókien u róŜnych gatunków wynosi 0,7 – 1,9 mm 6

(Hejnowicz 1980 a). W drewnie występuje ponadto miękisz, zbudowany z Ŝywych komórek, tworzący system podłuŜny i poprzeczny. W systemie podłuŜnym (osiowym) komórki miękiszu w trakcie róŜnicowania nie rosną na długość, mogą jednak ulegać jednemu lub kilku poprzecznym podziałom antyklinalnym tworząc miękisz szeregowy (słupowy – wg. Hejnowicz 1980 a). JeŜeli komórki miękiszu nie ulegają podziałom antyklinalnym poprzecznym w trakcie róŜnicowania, to zachowują długość komórek kambium, tworząc miękisz wrzecionowaty. Miękisz osiowy moŜe stanowić znaczną objętość drewna, u niektórych gatunków tropikalnych przekracza nawet 50% (Butterfield 1972; Metcalfe, Chalk 1983; Süss, Müller-Stoll 1984). Miękisz osiowy dzielimy ze względu na jego układ względem naczyń na: miękisz apotrachealny – rozmieszczony niezaleŜnie od naczyń, oraz paratrachealny – sąsiadujący bezpośrednio z naczyniami lub cewkami naczyniowymi. Miękisz apotrachealny został sklasyfikowany na: rozproszony, w wąskich pasmach, drabinkowy, w szerokich pasmach, pierścieniowy i terminalny. Miękisz paratrachealny został natomiast sklasyfikowany na: ubogi, wokółnaczyniowy z porami pojedynczymi, wokółnaczyniowy z porami wielokrotnymi, jednostronny, grupowy, smugowy, skrzydełkowy, skrzydełkowo – smugowy i skrzydełkowo – jednostronny (Hejnowicz 1980 a). W systemie poprzecznym miękisz tworzy promienie. Szerokość promieni obserwowana na przekroju stycznym u róŜnych gatunków jest bardzo zróŜnicowana, od promieni jednorzędowych np. u wierzby, do szerokich, wielorzędowych np. u dębu. RównieŜ wysokość promieni mierzona na przekrojach stycznych wzdłuŜ ich osi długiej, jest bardzo zmienna. Na jednym osobniku promienie mogą być bardzo zróŜnicowane, dla przykładu u lipy występują jednorzędowe promienie o wysokości niŜszej niŜ wysokość inicjałów wrzecionowatych oraz duŜe, wielorzędowe promienie, o wysokości wielokrotnie przekraczającej średnią wysokość inicjałów wrzecionowatych. Obserwowano gatunki pozbawione promieni oraz takie, u których łączna powierzchnia promieni wynosiła 90% powierzchni kambium (Bailey 1923; Butterfield 1972; Cattesson 1974; Włoch 1985; Ajmal i in. 1986; Włoch, Wawrzyniak 1990). Kluczowym momentem rozwoju filogenetycznego roślin lądowych było nabycie przez rośliny zdolności do lignifikacji ścian komórkowych oraz utworzenie drewna. Był to jeden z głównych czynników umoŜliwiających zasiedlenie większości środowisk lądowych (Zimmermann 1983; Scarpella, Meijer 2004). 7

1.2. POWSTAWANIE DREWNA WTÓRNEGO ROŚLIN DWULIŚCIENNYCH 1.2.1. Ogólny opis etapów powstawania drewna wtórnego Drewno wtórne powstaje w wyniku wzrostu podziałowego komórek kambium oraz róŜnicowania się komórek macierzystych drewna po opuszczeniu przez nie kambium. Proces ten dla większości komórek obejmuje następujące etapy (Wilson i in. 1966; Roberts, McCann 2000; Plomion i in. 2001; Ye 2002; Groover, Robischon 2006): •

Podziały peryklinalne w kambium

•

Wzrost wydłuŜeniowy komórek (w przypadku włókien i cewek) i / lub zwiększenie ich wymiarów poprzecznych, obserwowanych na przekroju stycznym (w przypadku członów naczyń i cewek)

•

Odkładanie ściany wtórnej

•

Zanik protoplastu. Czas trwania oraz intensywność tych procesów decydują o właściwościach drewna,

które są związane z określoną grubością ścian komórkowych oraz rozmiarami komórek (Bannan 1964). WyróŜniono anatomiczne strefy róŜnicowania komórek drewna wtórnego, obejmujące kolejno (Uggla i in. 1996): •

strefę kambium, gdzie zachodzą intensywne podziały peryklinalne komórek

•

strefę elongacji komórek

•

strefę odkładania ściany wtórnej

•

strefę zanikania protoplastu.

1.2.2. Aktywność kambium Kambium (merystem boczny) występuje w łodygach i korzeniach w postaci cylindrycznego pokładu kilku – kilkunastu warstw niezróŜnicowanych komórek merystematycznych, otaczającego szczelnie drewno łodygi i korzenia. Podstawową aktywnością komórek kambium są podziały peryklinalne, powodujące odkładanie nowych warstw łyka na zewnątrz cylindra oraz drewna do wewnątrz cylindra. W wyniku podziałów peryklinalnych komórek kambium utworzone zostają rzędy promieniowe. Podziały peryklinalne występują zarówno komórce inicjalnej jak i w jej pochodnych – komórkach macierzystych drewna i łyka wtórnego. Wyjątkiem są komórki promieni, gdzie podziały peryklinalne występują zwykle w komórkach inicjalnych. W miarę odkładania nowych warstw drewna wtórnego do wewnątrz cylindra kambium, wzrasta promień walca drewna 8

wtórnego i powierzchnia kambium ulega powiększeniu (Bauer i Eschrich 1997). 1.2.3. Wzrost i róŜnicowanie komórek macierzystych drewna Po opuszczeniu kambium komórki macierzyste rozpoczynają swój rozwój. Proces ten obejmuje dwa etapy: wzrost oraz róŜnicowanie. W przypadku rozwoju włókien wzrost występuje w kierunku osiowym, w przypadku członów naczyń – w kierunku obwodowym oraz promieniowym. RóŜnicowanie komórek tworzących drewno wtórne u większości komórek charakteryzuje się: 1) odkładaniem się ściany wtórnej, co jest związane z nadaniem cech charakterystycznych komórkom określonego typu oraz 2) zanikiem protoplastu. 1.3. WŁÓKNISTOŚĆ DREWNA I SIEĆ NACZYŃ W DREWNIE Układ elementów drewna moŜe być zorientowany równolegle do osi organu, tworząc tzw. włóknistość prostą, lub być nachylony względem osi organu. Włóknistość wyznacza główny kierunek przepływu wody w drewnie oraz sposób pękania drewna podczas uszkodzeń mechanicznych. Orientacja osi długich elementów drewna oraz orientacja osi długiej organu tworzą nawzajem określony kąt (Mattheck, Kubler 1997). Ten kąt w kolejnych warstwach drewna moŜe mieć róŜną wielkość, co jest wyraźnie widoczne na przełupie promieniowym drewna. W zaleŜności od wyglądu uzyskanych powierzchni przełupu promieniowego moŜna wyróŜnić włóknistość spiralną, falistą i zaplecioną. Kąt nachylenia elementów drewna względem osi długiej organu moŜe być znaczny, spotyka się osobniki o kącie nachylenia włóknistości wynoszącym nawet ponad 45°. W młodych organach obserwuje się zwykle włóknistość prostą w drewnie, a następnie często zmianę typu włóknistości na spiralną, falistą lub zaplecioną (Koehler 1955; Krawczyszyn 1972, 1977; Pyszyński 1977; Zagórska-Marek 1975; 1995; Zagórska-Marek, Hejnowicz 1980; Zimmermann 1983; Włoch, Wawrzyniak 1990; Eklund, Säll 2000). Włóknistość drewna oznacza albo określony sposób ułoŜenia włókien względem osi organu (Ogata i in. 2003), albo ułoŜenie kaŜdego elementu drewna, w tym równieŜ naczyń. Według Zimmermanna (1983), włóknistość zapleciona (z ang. interlocked grain) jest makroskopowym przejawem odchylenia względem osi organu równieŜ naczyń, które zmieniają swój kąt nachylenia oraz orientację w kolejnych warstwach drewna wtórnego. Zrozumienie mechanizmów powstawania włóknistości w drewnie jest niezbędne dla analizy mechanizmów powstawania sieci naczyń w drewnie. W pracy niniejszej termin „włóknistość” odnosi się do wyglądu powierzchni uzyskanych w wyniku przełupu promieniowego drewna. W odniesieniu do naczyń uŜywany jest termin „sieć naczyń”. 9

Dobrze poznanym typem włóknistości jest włóknistość spiralna, obserwowana często u pojedynczych osobników rodzimych gatunków nagonasiennych oraz u eukaliptusów. Drewno o tej włóknistości trudno poddaje się obróbce technicznej oraz ulega znacznym odkształceniom podczas wysychania, dlatego nie jest wykorzystywane w przemyśle meblarskim i budowlanym. Zwrócono uwagę na specyficzny sposób formowania włóknistości spiralnej, mianowicie po upływie kilku do kilkunastu lat aktywności kambium, elementy drewna odkładane przez kambium w kolejnych warstwach drewna są stopniowo coraz bardziej nachylone w lewo. Po osiągnięciu maksymalnego nachylenia w lewo następuje stopniowe zmniejszanie kąta nachylenia, aŜ do utworzenia włóknistości prostej, po czym następuje nachylenie włóknistości w prawo. Jest to tak zwany typ włóknistości LR (z ang. left / right), który jest zwykle obserwowany u drzew rosnących na półkuli północnej Ziemi. Drzewa rosnące na półkuli południowej zwykle wykazują odwrotny typ włóknistości – RL (z ang. right / left). U licznych roślin występuje tylko pierwszy etap tego procesu, a więc włóknistość S lub Z (Harris 1989; Danborg 1994; Skatter, Kučera 1998; Eklund, Säll 2000). Wpływ występowania włóknistości spiralnej na własności mechaniczne drewna jest niejasny, dla przykładu w róŜnych badaniach drewna stwierdzono, Ŝe występowanie włóknistości spiralnej w drewnie nie zmniejsza wytrzymałości mechanicznej pnia drzew (Thunnel 1951), Ŝe do określonego stopnia nachylenia włóknistości własności mechaniczne drewna nie ulegają pogorszeniu, a powyŜej tego stopnia wytrzymałość drewna ulega zmniejszeniu (Leelavanichkul, Cherkaev 2004), lub nawet, Ŝe występowanie włóknistości spiralnej zwiększa elastyczność pnia, a zarazem wytrzymałość mechaniczną drzewa na napręŜenia torsyjne, wywołane na przykład wiatrem (Skater, Kučera 1997, 2000). U roślin wykazujących strukturę piętrową kambium występuje często włóknistość falista drewna, charakteryzująca się zmienną długością fal, widocznych na powierzchni przełupu promieniowego (Hejnowicz, Romberger 1979). Włóknistość zapleciona charakteryzuje się bardzo szybką zmianą nachylenia włóknistości, co jest widoczne w postaci zaplecenia kolejnych warstw drewna. Włóknistość taka występuje najczęściej u osobników rosnących w deszczowych lasach tropikalnych, szczególnie u drzew najwyŜszego piętra lasu tropikalnego (piętro drzew wynurzających się, z ang. emergent trees). Warto zwrócić uwagę na panujące w tropikalnych lasach deszczowych bezwietrzne warunki oraz wysoką konkurencję o światło, co stwarza specyficzne środowisko dla wzrostu drzew. Drzewa, które tworzą włóknistość zaplecioną w drewnie, rosną w sposób charakterystyczny a mianowicie najpierw następuje bardzo szybki wzrost wydłuŜeniowy pędu a następnie, po osiągnięciu pułapu korony lasu, intensywny przyrost pędu na grubość oraz rozrost korony. Drzewa 10

o włóknistości zaplecionej drewna osiągają większą wytrzymałość mechaniczną pnia, zatem mogą rosnąć na wysokość przy znacznie mniejszym wzroście promieniowym, niŜ obserwowany w przypadku drzew bez włóknistości zaplecionej (Iqbal i in. 2005). Powstawanie określonego typu włóknistości w drewnie jest warunkowane przez współdziałanie róŜnorodnych czynników. Między innymi jest to uwarunkowane genetycznie, poniewaŜ niektóre gatunki mogą wytworzyć włóknistość w drewnie, podczas gdy inne nie posiadają takiej moŜliwości. Jednak zdolność do wytworzenia włóknistości cechująca gatunek nie oznacza, Ŝe u danego osobnika na pewno zostanie ona wykształcona. Zaobserwowano, Ŝe na wykształcenie włóknistości mają wpływ takŜe czynniki środowiskowe takie jak klimat, nasilenie wiatru i inne (Pyszyński 1977; Harris 1989; Mattheck 1991; Eklund, Säll 2000). Zwrócono uwagę na fakt, iŜ włóknistość spiralna występuje tym częściej, im obszar występowania danej populacji połoŜony jest bliŜej bieguna, a dalej od równika. Ma to związek ze zwiększoną wytrzymałością rośliny o włóknistości spiralnej drewna na wiatr, a im zimniejszy klimat, tym silniejszy jest wpływ wiatru (Thunnel 1951). Włóknistość zapleciona natomiast charakterystyczna jest dla gatunków strefy międzyzwrotnikowej. Sieć naczyń w drewnie występuje w pewnym stopniu niezaleŜnie od obserwowanej włóknistości, dla przykładu w drewnie o włóknistości prostej obserwuje się zmianę orientacji i nachylenia naczyń, w sposób przypominający falowanie (Ryc. 1) (Zimmermann 1983). Taka struktura drewna zapewnia niewątpliwe korzyści dla rośliny, przede wszystkim stwarza alternatywne drogi transportu wody i substancji w niej rozpuszczonych z fragmentu korzenia do wielu pędów końcowych, co minimalizuje skutki ewentualnych uszkodzeń mechanicznych. Jamki łączące sąsiadujące ze sobą naczynia funkcjonują jak swego rodzaju zawory bezpieczeństwa, bowiem woda przepływa przez nie stosunkowo swobodnie, natomiast w razie wystąpienia kawitacji, wypełniające naczynie powietrze jest przez jamki zatrzymywane i nie przedostaje się do sąsiedniego naczynia (Zimmermann 1983; Skatter, Kučera 1998; Hacke, Sperry 2001; Kitin i in. 2004). Wykazano pewne cechy trójwymiarowej sieci naczyń obserwowanej w drewnie Fraxinus lanuginosa – naczynia zmieniały swoje nachylenie względem osi organu w płaszczyźnie stycznej oraz w niewielkim zakresie w płaszczyźnie promieniowej. Utworzona zostaje w ten sposób sieć naczyń, które kontaktują się ze sobą bocznymi jamkami (Hacke, Sperry 2001; Kitin i in. 2004).

11

Ryc. 1. Sieć naczyń w drewnie. Naczynia ponumerowano oraz przedstawiono na dwóch schematach. Wymiar osiowy próbki drewna został zmniejszony dziesięciokrotnie (Zimmermann 1983).

Naczynia zmieniają swoje nachylenie równieŜ w płaszczyźnie promieniowej, chociaŜ w ograniczonym zasięgu. W ten sposób naczynia z róŜnych warstw drewna kontaktują się z róŜnymi grupami naczyń na róŜnej ich długości, tworząc sieć. PoniewaŜ kontaktują się ze sobą jamkami, woda przepływa przez całą sieć (Zimmermann 1983; Hacke, Sperry 2001; Kitin i in. 2004). Według Kitina i współautorów (2004) sieć naczyń utworzona zostaje niezaleŜnie w drewnie wczesnym oraz w drewnie późnym. Zdaniem autorów wydaje się mieć to związek ze zmienną charakterystyką przepływu wody przez te naczynia w czasie sezonu wegetacyjnego. Zmiana nachylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej została powiązana ze zmianą układu inicjałów kambium, wskazano jednak na konieczność dalszych badań tego zagadnienia, w celu określenia udziału przebudowy układu komórek kambium oraz czynników modyfikujących układ naczyń w trakcie róŜnicowania (Zimmermann 1983). Badania sieci naczyń w drewnie Kalopanax pictus (Kitin i in. 2003) wykazały, Ŝe układ naczyń odpowiadał orientacji inicjałów kambium.

12

1.4. CZYNNIKI MAJĄCE WPŁYW NA POWSTAWANIE WŁÓKNISTOŚCI W DREWNIE Powstało wiele hipotez próbujących wytłumaczyć powstawanie włóknistości w drewnie. Hipotezy te wskazywały na róŜne czynniki, które mogą mieć związek z powstawaniem włóknistości. Są to między innymi: •

Geotropizm

•

Ruch obrotowy Ziemi

•

Skład gleby

•

Przepływ protoplazmy

•

Filotaksja

•

Wzrost komórek w czasie róŜnicowania

•

NapręŜenia mechaniczne, ze szczególnym uwzględnieniem mechanicznego oddziaływania wiatru

•

Auksyna Ponadto szczególną rolę w powstawaniu włóknistości w drewnie odgrywa zmiana

układu komórek inicjalnych kambium, co zostało omówione w rozdziale 1.5. 1.4.1 Geotropizm Champion (1925) zasugerował, Ŝe powstawanie włóknistości spiralnej moŜe mieć związek z geotropizmem. 1.4.2. Ruch obrotowy Ziemi Thunnel (1951) szukał przyczyny włóknistości spiralnej w ruchu obrotowym Ziemi. Pewne odniesienie do ruchu obrotowego Ziemi moŜna znaleźć równieŜ w badaniach Skattera i Kučery (1998), którzy stwierdzili wyraźną tendencję do występowania włóknistości spiralnej typu LR na półkuli północnej, oraz typu RL na półkuli południowej, ale próby uprawy drzew na innej półkuli nie spowodowały zmiany typu ich włóknistości, co sugeruje rolę czynnika genetycznego. Siły wytwarzane przez ruch obrotowy Ziemi według nich są raczej mechanizmem selekcyjnym niŜ sprawczym tego typu zróŜnicowania populacji. 1.4.3. Skład gleby Związek składu i jakości gleby z występowaniem włóknistości spiralnej zasugerowali Whyte i współpracownicy (1980) oraz Danborg (1994). RównieŜ Vité’a (1967) zasugerował związek między dostępnością wody i składników mineralnych z występowaniem włóknistości 13

spiralnej. Jednak wyniki eksperymentalne nie potwierdziły jednoznacznie tej moŜliwości. 1.4.4. Przepływ protoplazmy Wskazano na związek powstawania włóknistości w drewnie z występowaniem wewnętrznej i fundamentalnej siły organizmów, powodującej spiralny przepływ protoplazmy w komórkach. W związku z przepływem protoplazmy wyjaśniano takŜe inne skręcenia spiralne obserwowane w naturze, jak na przykład muszle ślimaków (Seifriz 1933). 1.4.5. Filotaksja Zaobserwowano związek układu włóknistości drewna z wzorem formowania się kolejnych liści na łodydze (Harris 1969; Krempl 1970, Krawczyczyn 1973, Włoch i in. 1992). Według Krawczyszyna (1973) i Włocha i in. (1992) orientacja włóknistości jest zgodna z kierunkiem wypływu auksyny powstającej w tworzących się zawiązkach liści na łodydze. 1.4.6. Wzrost komórek w czasie róŜnicowania Raatz (1892) sugerował, Ŝe ściana podziałowa w podziałach antyklinalnych jest poprzeczna, a jej skośne ustawienie jest wynikiem późniejszego wzrostu intruzywnego komórek potomnych. Wzrost ten jego zdaniem mógłby skutkować równieŜ powstaniem włóknistości spiralnej. Kalberlah (1898) w studiach nad tropikalną lianą Tetrastigmata scariosum zaobserwował związek powstawania włóknistości falistej z występowaniem długich naczyń, co zinterpretował jako wzrost „zaburzony” ograniczoną przestrzenią. Büsgen i Münch (1929) wskazali na przyczyny powstawania włóknistości spiralnej w skręcaniu rosnących włókien. 1.4.7. NapręŜenia w drewnie i w kambium, ze szczególnym uwzględnieniem mechanicznego oddziaływania wiatru Hartig (1895) badał włóknistość falistą u Alnus, Fagus, Populus i Quercus. Powstawanie włóknistości wiązał z lokalnym napręŜeniem wywieranym w wyniku skręcania organu przez łyko na kambium, a mającego wpływ na podziały komórkowe w kambium oraz rozwój elementów drewna. Podobne wyjaśnienie powstawania włóknistości falistej zaproponowali równieŜ Bosshard i Stahel (1969). Champion (1925), Cahn (1931), Wentworth (1931), Yeager (1931) oraz Howard (1932) wskazali na udział wiatru w formowaniu włóknistości, nie uwzględniali jednak roli napręŜeń mechanicznych występujących w tkankach. RównieŜ Thunnel (1951) zasugerował, Ŝe powstawanie włóknistości spiralnej 14

jest adaptacją ułatwiającą przetrwanie roślin naraŜonych na działanie śniegu i wiatru. Związek powstawania włóknistości spiralnej z wiatrem zaproponowali równieŜ Pyszyński (1977, 1990), Skatter, Kučera. (1998) oraz Eklud i Säll (2000). Szczególne znaczenie miało tworzenie asymetrycznej korony drzewa oraz napręŜenia wywołane przez wiatry powodujące skręcenia pnia. Wskazano równieŜ na moŜliwy związek występowania takich napręŜeń mechanicznych z aktywnością kambium. 1.4.8. Auksyna 1.4.8.1. Rys historyczny Historia badań auksyny rozpoczęła się ponad 100 lat temu, kiedy Karol Darwin przewidział istnienie substancji transportowanej w kierunku bazypetalnym i stymulującej wzrost roślin. UwaŜał, Ŝe substancja ta umoŜliwia ruchy tropowe roślin, takie jak fototropizm i geotropizm. Badania tej substancji, nazwanej auksyną, rozpoczęły się po jej wyizolowaniu, 50 lat później (Friml, Palme 2002; Baluška i in. 2003). Auksyna (kwas 3-indolilooctowy – IAA) jest hormonem roślinnym produkowanym przez merystemy wierzchołkowe pędów oraz dojrzewające pączki i młode liście, transportowanym aktywnie w kierunku bazypetalnym (Zimmermann 1936; Sachs 1969, 1984; Gersani 1987; Uggla i in. 1996; Leyser 1999; Muday, DeLong 2001; Friml, Palme 2002; Baluška i in. 2003; Scarpella, Meijer 2004). Jest ona jednym z niezbędnych czynników warunkujących występowanie podziałów komórkowych (Priestley, Scott 1936; Wareing 1950, 1951; Muday, DeLong 2001), odgrywa równieŜ znaczącą rolę w geotropizmie i fototropizmie (Berleth, Mattsson 2000; Berleth, Sachs 2001; Firml, Palme 2002; Yamamoto 2003). Jest zaangaŜowana w tworzenie prokambium, tkanek waskularnych (równieŜ w kulturach in vitro) oraz utrzymanie struktury i aktywności kambium (Little, Wareing 1981; Savidge 1983; Aloni 1987; Sundberg, Little 1990; Little, Sundberg 1991; Uggla i in. 1996; Chaffey 1999; Berleth i in. 2000; Berleth, Sachs 2001; Ye 2002; Scarpella, Meijer 2004). Zwrócono jednak uwagę na prawdopodobne występowanie dodatkowych sygnałów, poza stęŜeniem auksyny, zaangaŜowanych w system regulacji tych procesów, co moŜna wnioskować m. in. z faktu wysokiego stęŜenia auksyny w kambium nieaktywnym, pomimo braku aktywności podziałowej (Uggla i in. 1996) lub odmiennej reakcji na podaŜ auksyny w przypadku róŜnych genotypów (Berleth i in. 2000). Auksyna jest jednym z waŜnych sygnałów w rozwoju roślin, zaangaŜowanym w tworzenie i utrzymanie merystemów oraz definiowanie polarności rośliny (Sachs 1981; Zajączkowski i in. 1984; Leyser 1999; Berleth, Sachs 2001; Muday, DeLong 2001; Schrader 15

i in. 2003 Scarpella, Meijer 2004). Stwierdzono występowanie gradientu stęŜenia auksyny w kambium i w sąsiadujących z nim tkankach przewodzących, maksymalne jej stęŜenie występuje zawsze w kambium. Szerokość strefy, w której stęŜenie auksyny przekracza wartość progową określa szerokość strefy podziałów peryklinalnych komórek kambium i wpływa na zasięg przyrostu promieniowego oraz na parametry powstających elementów trachealnych (Uggla i in. 1996; Plomion 2001; Groover, Robischon 2006). ZauwaŜono związek pomiędzy wykształcaniem drewna wczesnego (wiosennego) oraz późnego (letniego) a zmienną szerokością strefy gdzie stęŜenie auksyny przekracza wartość progową: w przypadku drewna wczesnego strefa ta jest szersza, w przypadku drewna późnego – węŜsza, jednak o wyŜszym stęŜeniu maksymalnym (Uggla i in. 2001). WyróŜniono dwie drogi powstawania i utrzymywania gradientu stęŜenia auksyny w strefie kambium: transport osiowy zachodzący w strefie kambium oraz transport promieniowy (Uggla i in. 1996; Schrader i in. 2003). Transport bazypetalny auksyny przebiega głównie w kambium (Went, Thiemann 1937; Nix, Wodzicki 1974; Morris, Thomas 1978; Lachaud, Bonnemain 1984; Uggla i in. 1996, 1998). Odkrycie w błonie komórkowej białek transportujących auksynę umoŜliwiło przedstawienie modelu symplastycznego transportu auksyny związanego ze specyficznymi przenośnikami błonowymi (Rubery, Sheldrake 1974; Raven 1975; Leyser 1999; Berleth i in. 2000; Berleth, Mattsson 2000; Roberts, McCann 2000; Muday, DeLong 2001; Groover, Robischon 2006). Szczególne znaczenie w transporcie auksyny mają zlokalizowane w plazmalemmie białka PIN, powstających w wyniku aktywności rodziny genów PIN (Leyser 1999; Berleth, Mattsson 2000; Muday, DeLong 2001; Friml, Palme 2002). Pełni ono funkcję przenośnika auksyny z cytoplazmy do apoplastu. Innym białkiem, produktem genu AUX1, jest białko pełniące funkcję przenośnika auksyny z apoplastu do cytoplazmy (Berleth, Mattsson 2000; Muday, DeLong 2001; Friml, Palme 2002). Zaproponowano mechanizm transportu, polegający na opłaszczeniu auksyny pęcherzykiem i przeniesieniu go do przeciwległego bieguna komórki, gdzie następuje wydalenie auksyny do apoplastu. Interesujący jest fakt zlokalizowania białek PIN nie tylko w plazmalemmie, ale równieŜ w pęcherzykach endosomalnych na terenie cytoplazmy (Baluška i in. 2003). Jest to szczególna forma transportu pęcherzykowego, przypominającego proces endo- i egzocytozy, prawdopodobnie powiązana funkcjonalnie z cytoszkieletem komórki, co potwierdza zaobserwowane zaburzenie transportu auksyny po depolimeryzacji filamentów aktynowych, jednak ta hipoteza wymaga dalszych, szczegółowych badań. Szczególne znaczenie ma wpływ, jaki depolimeryzacja filamentów aktynowych wywiera na badane komórki – białka PIN, które 16

przed traktowaniem substancjami zaburzającymi polimeryzację filamentów aktynowych, wykazują określoną, niezwykle specyficzną lokalizację w plazmalemmie, po traktowaniu – ulegają rozproszeniu. Transport auksyny jest prawdopodobnie kontrolowany na poziomie lokalizacji przenośników auksyny do i z cytoplazmy, co umoŜliwia wyznaczenie określonego kierunku transportu wewnątrzkomórkowego auksyny. Mutacje genów białek transportujących auksynę wywołują zaburzenia jej transportu (Muday, DeLong 2001). Aktywność ekspresji genów tych białek jest wyraźnie niŜsza w czasie spoczynku kambium, co jest równieŜ związane z obniŜeniem wydajności transportu auksyny (Groover, Robischon 2006). Aktywność białek transportujących auksynę jest kontrolowana przez fosforylację (Muday, DeLong 2001; Schrader i in. 2003), obserwowano teŜ zwiększenie ich aktywności w obecności auksyny (Schrader i in. 2003), co pozostaje w zgodzie z hipotezą kanalizacji auksyny. 1.4.8.2. Mechanizmy działania auksyny Sachs (1984) stwierdził, Ŝe róŜnicowanie tkanek przewodzących oraz formowanie się włóknistości związane są z przepływem auksyny. Savidge i Farrar (1984) zasugerowali, Ŝe w definiowaniu miejsca powstawania ściany podziałowej zachodzi interakcja przepływu auksyny z udziałem sił mechanicznych – napręŜeniami stycznymi i promieniowymi, występującymi w obrębie kambium. Jednym z istotnych sygnałów morfogenetycznych jest fala koncentracji auksyny, opisana przez polskich autorów w kambium pni róŜnych gatunków drzew (Zajączkowski, Wodzicki 1978; Zajączkowski i in. 1984; Wodzicki i in. 1987). Zwrócono uwagę na moŜliwą zaleŜność pomiędzy falowym transportem auksyny a orientacją zdarzeń zachodzących w kambium, takich jak skośne podziały antyklinalne (Zajączkowski, Wodzicki 1978; Catesson 1984). W innych badaniach zaobserwowano jednak, iŜ przepływ auksyny był zorientowany skośnie względem osi organu, w sposób porównywalny, zarówno przed jak i po wystąpieniu podziałów antyklinalnych w komórkach kambium, w związku z czym zasugerowano istnienie dodatkowych czynników definiujących orientację ściany podziałowej, zakładanej w czasie podziałów antyklinalnych (Thair, Steeves 1976; Savidge Farrar 1984).

17

1.5. KAMBIUM A POWSTAWANIE WŁÓKNISTOŚCI W DREWNIE 1.5.1. Ontogeneza kambium W rozwoju ontogenetycznym kambium powstaje z prokambium, znajdującego się w wiązkach przewodzących, pomiędzy łykiem a drewnem pierwotnym (kambium wiązkowe), a takŜe komórek parenchymy i perycyklu, znajdujących się pomiędzy wiązkami przewodzącymi (kambium międzywiązkowe). Ma to ścisły związek z nieco odmienną budową komorek i realizowaniem innej funkcji: •

kambium wiązkowe odkłada w wyniku podziałów peryklinalnych komórki systemu przewodzenia podłuŜnego – łyko oraz drewno, komórki inicjalne tego typu kambium są wydłuŜone w kierunku osiowym, silnie spłaszczone w kierunku promieniowym (komórki wrzecionowate). W dalszym etapie wzrostu organu na grubość powstają nowe promienie, niekontaktujące się w rdzeniem, co oznacza, Ŝe komórki kambium wiązkowego mogą przekształcać się w komórki promieni;

•

kambium międzywiązkowe, którego pochodne tworzą system transportu poprzecznego – rdzeniowe promienie łykodrzewne, komórki tego typu kambium są izodiametryczne lub wydłuŜone w kierunku promieniowym.

1.5.2. Definicja kambium Pojęcie kambium moŜe być rozumiane w szerokim lub wąskim znaczeniu. W wąskim znaczeniu kambium jest to pojedyncza warstwa komórek inicjalnych, którą trudno jest wyróŜnić metodami anatomicznymi, w tym znaczeniu komórka kambium jest jednocześnie komórką inicjalną (Wilson i in. 1966; Mahmood 1968; Murmanis 1970, 1977; Wodzicki, Brown 1973; Schmid 1976; Catesson 1980; Włoch 1981, 1988; Zagórska Marek 1981). W szerokim znaczeniu kambium jest rozumiane jako pokład niezróŜnicowanych i dzielących się peryklinalnie komórek, odkładających swoje pochodne na stronę drewna i łyka. Pomimo, Ŝe w rzędzie promieniowym kilka komórek ulega podziałom peryklinalnym, w kaŜdym rzędzie promieniowym występuje tylko jedna komórka inicjalna (Raatz 1892; Bannan 1957, 1964, 1968; Cumbie 1963, 1967; Wilson i in. 1966; Srivastava, O’Brien 1968; Evert, Deshpande 1970; Catesson 1974, 1980; Butterfield 1975; Timell 1980; Włoch i in. 2001). W szerokiej definicji pod pojęciem „kambium” określa się zarówno komórki inicjalne jak równieŜ ich pochodne zachowujące aktywność podziałową, niezróŜnicowane, ale juŜ zdeterminowane na stronę łyka i drewna (Schmid 1976; Catesson 1980; Hejnowicz 1980 a; Włoch 1981; Zagórska Marek 1981). RozbieŜności w sposobach definiowania kambium w wąskim i szerokim znaczeniu ujęłam w tabeli 1 (cz. II), wykonanej na podstawie Schmida 18

(1976) oraz Wilsona i in. (1966). Wąska definicja wprowadza wyobraŜenie, Ŝe kambium tworzy jedną warstwę komórek inicjalnych (na kształt cylindra utworzonego z kartki papieru), a zdarzenia zachodzące w kambium są zlokalizowane w płaszczyźnie dwuwymiarowej bez uwzględnienia wymiaru promieniowego tej tkanki. Szeroka definicja pozwala na stworzenie trójwymiarowego modelu kambium. Według niektórych autorów kambium oraz otaczające je łyko i drewno wtórne tworzą dynamiczną strukturę przestrzenną, gdzie dodatkowym, czwartym wymiarem jest czas, bowiem układ komórek kambium jest zmienny w czasie (Chaffey 1999). W wąskiej definicji stosuje się dodatkowo pojęcie strefy kambium, które obejmuje zarówno warstwę komórek inicjalnych (rozumianą w tej definicji jako kambium) jak teŜ warstwy dzielących się peryklinalnie pochodnych kambium (Bannan 1957, 1967, 1968; Wilson i in. 1966; Schmid 1976). Pojęcie „kambium” w wąskim ujęciu oznacza dokładnie to samo, co pojęcie „warstwa inicjalna”, a pojęcie „komórka kambium” oznacza to samo, co pojęcie „komórka inicjalna kambium”. Hejnowicz (1973 a; 1980 a) zauwaŜył, Ŝe wprowadzanie kilku pojęć o tej samej treści jest bezcelowe i zastosowanie słowa kambium w odniesieniu do wyróŜnialnej anatomicznie strefy komórek merystematycznych jest rozwiązaniem logicznym i uŜytecznym. Ja równieŜ zgadzam się z jego opinią i w pracy mojej definiowałam kambium zgodnie z szeroką definicją. Kolejną przyczyną, dla której szeroka definicja kambium jest bardziej uŜyteczna są trudności w zidentyfikowaniu komórki inicjalnej w rzędzie promieniowym. Srivastava i O'Brien (1969) donieśli o trudnościach wyróŜnienia komórki inicjalnej w trakcie badań ultrastrukturalnych kambium Pinus strobus. Rao i Dave (1983) stwierdzili nawet, iŜ rozróŜnienie komórek inicjalnych na podstawie ich budowy ultrastrukturalnej jest niemoŜliwe. Zagórska–Marek (1981) stwierdziła, Ŝe komórki inicjalne nie róŜnią się morfologicznie od sąsiadujących z nimi komórek macierzystych drewna lub łyka. Murmanis (1977) zasugerowała nawet, Ŝe nie jest moŜliwe wyróŜnienie pojedynczej komórki inicjalnej w obrębie czwórki Sanio, poniewaŜ kaŜda z nich moŜe zostać komórką inicjalną. Catesson (1980) stwierdziła, Ŝe moŜe nastąpić przemieszczenie statusu komórki inicjalnej na inną dzielącą się komórkę w tym samym rzędzie promieniowym. Komórkę inicjalną kambium próbowano wyróŜnić na podstawie wielu kryteriów (Bannan 1950, 1968; Wilson i in. 1966; Murmanis 1970, 1977; Schmid 1976; Catesson 1980; Timell 1980; Włoch, Zagórska-Marek 1982; Włoch 1988; Larson 1994). Jednym z kryteriów wyróŜnienia komórki inicjalnej jest róŜna grubość ścian komórkowych w obrębie pakietu 19

komórek tzw. czwórki Sanio, powstałego w wyniku trzech kolejnych podziałów peryklinalnych: a) pierwszego podziału peryklinalnego komórki inicjalnej (z ang. initial cell), na komórkę inicjalną oraz pierwszą komórkę macierzystą (z ang. mother cell), b) następującego po nim drugiego podziału komórki inicjalnej na komórkę inicjalną i drugą komórkę macierzystą oraz jednoczesnego podziału peryklinalnego pierwszej komórki macierzystej na dwie komórki pochodne (z ang. daughter cells) (Timell 1980). Innym kryterium wyróŜnienia komórki inicjalnej jest występowanie podziału antyklinalnego (Philipson i in. 1971; Schmid 1976). Stwierdzono jednak, Ŝe podziały antyklinalne mogą występować równieŜ w komórkach macierzystych drewna lub łyka, chociaŜ nie jest to zjawisko częste (stanowią one zwykle do kilku procent ogólnej liczby zachodzących podziałów antyklinalnych i stwierdzono równieŜ znaczne wahania częstości ich występowania w przypadku róŜnych gatunków, osobników a nawet róŜnych organów tego samego osobnika) (Bannan 1957, 1964, 1968; Catesson 1964). Innym kryterium wyróŜnienia komórki inicjalnej w rzędzie promieniowym komórek kambium jest występowanie wzrostu intruzywnego tylko w komórce inicjalnej (Włoch 1988). PoniewaŜ komórki kambium nie tworzą warstwy ułoŜonej w jednej płaszczyźnie (Cumbie 1963; Bannan 1968; Murmanis 1970; Timell 1980), a ich ściany styczne krzyŜują się w niektórych miejscach, nie powinniśmy w ogóle uŜywać pojęcia warstwy komórek inicjalnych, ale mówić o ich trójwymiarowej sieci (Włoch 1981; Włoch i in. 2001). W miejsce pojęcia „warstwa komórek inicjalnych” wprowadzono pojęcie „powierzchni inicjalnej”, gdzie ma miejsce wzrost intruzywny oraz zdecydowana większość podziałów antyklinalnych inicjałów (Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2001; Karczewska i in. 2009; Włoch i in. 2009). 1.5.3. Dynamiczna struktura kambium W kambium występują dwa typy komórek: komórki wrzecionowate oraz komórki promieni (Ajmal i in. 1986; Wodzicki, Brown 1973; Catesson 1980; Ghouse i in. 1980; Zagórska-Marek 1981; Cumbie 1984; Larson 1994). Komórki wrzecionowate kambium są wydłuŜone w kierunku osiowym, spłaszczone w kierunku promieniowym. Powstają one w rozwoju ontogenetycznym z prokambium, znajdującego się w wiązkach przewodzących (kambium wiązkowe). Ich pochodne tworzą elementy transportu podłuŜnego drewna i łyka wtórnego (Zagórska-Marek 1981). Rozmiary komórek wrzecionowatych roślin okrytonasiennych wykazują wysoką zmienność: wg Ghouse i in. (1980) mają zmienną długość od 186 do 649 µm i szerokość od 15 do 30 µm, wg Larsona 20

(1994) mają długość od 138 do 535 µm (wyj. 1084 µm u Pterygota aiata) i szerokość od 15 do 38 µm. Ściany promieniowe komórek wrzecionowatych są wyraźnie grubsze od ścian stycznych, szczególnie wyraźnie jest to widoczne w kambium spoczynkowym (Iqbal, Ghouse 1986). Komórki inicjalne promieni, w przypadku promieni rdzeniowych powstają z kambium międzywiązkowego, są izodiametryczne lub lekko wydłuŜone w kierunku promieniowym. Tworzą one wraz z ich pochodnymi system transportu poprzecznego, czyli komórki miękiszu promieniowego, zorganizowane w promienie łyko–drzewne, nazywane promieniami rdzeniowymi, bowiem pozostają w kontakcie z miękiszem rdzeniowym. W trakcie przyrostu organu na grubość powstają nowe promienie łyko–drzewne, niekontaktujące się z miękiszem rdzeniowym w procesie transformacji komórek wrzecionowatych pochodzących z kambium wiązkowego w komórki inicjalne promieni (Cumbie 1967, 1984; Wodzicki, Brown 1973; Zagórska-Marek 1981). Promienie wykazują duŜą zmienność pod względem rozmiarów, zarówno pomiędzy gatunkami oraz w obrębie gatunku, a nawet w obrębie jednego osobnika moŜna znaleźć promienie o bardzo róŜnych wymiarach. Na przekroju stycznym promienie maja kształt soczewki, gdzie szerokość promienia w najszerszym jego miejscu mierzona jest liczbą komórek promieni (rzędowość). Na tej podstawie wyróŜniono promienie jednorzędowe, dwurzędowe oraz wielorzędowe. W obrębie gatunku oraz w obrębie jednego osobnika obok siebie często występują promienie jedno-, dwu- i wielorzędowe (np. Tilia sp.) (Włoch, Szendera 1989). Wysokość promieni zawsze jest większa od ich szerokości. Wysokość, rzędowość promieni, ich sposób rozmieszczenia i procentowy udział powierzchni promieni na powierzchni cylindra kambium jest względnie stały w trakcie Ŝycia osobniczego (jednak według Ajmala i in. [1986] obserwowano równieŜ wahania udziału promieni na powierzchni stycznej kambium), a jednocześnie wysoce zmienny pomiędzy gatunkami (Butterfield 1972; Ghouse i in. 1980). Zaobserwowano ponadto przebudowę układu promieni obserwowanego na przekrojach stycznych w kolejnych latach aktywności kambium, przejawiającą się łączeniem i rozdzielaniem promieni (Krawczyszyn 1972). Komórki inicjalne promieni ulegają podziałom antyklinalnym oraz peryklinalnym (Bannan 1957). Na wskutek podziałów peryklinalnych, które dominują częstotliwością nad antyklinalnymi, powstają komórki róŜnicujące po stronie ksylemu w promieniowy miękisz drzewny, a po stronie łyka – w promieniowy miękisz łykowy. Komórki inicjalne promieni pomiędzy kolejnymi podziałami peryklinalnymi rosną w kierunku promieniowym i w efekcie często są wydłuŜone w tym kierunku. Podziały peryklinalne komórek inicjalnych 21

promieni charakteryzują się asymetrią a mianowicie komórka inicjalna dzieli się na dwie komórki potomne o nierównym wymiarze promieniowym, większa komórka znajduje się poza kambium i traci status inicjału, mniejsza natomiast pozostaje w kambium i zachowuje status komórki inicjalnej. Komórki macierzyste utworzone w wyniku podziałów peryklinalnych komórek inicjalnych promieni zwykle nie ulegają dalszym podziałom peryklinalnym, podczas gdy macierzyste komórki wrzecionowate ulegają dalszym podziałom peryklinalnym. Uwzględniając wzrost promieniowy komórek kambium, niŜsza niŜ w przypadku komórek wrzecionowatych częstotliwość podziałów peryklinalnych inicjałów promieni przejawia się wydłuŜonym w kierunku promieniowym kształtem komórek promieni (Wodzicki, Brown 1973). W trakcie przebudowy układu inicjałów kambium obserwuje się przemianę komórek wrzecionowatych w komórki promieni na wskutek podziałów poprzecznych lub bocznych komórki macierzystej lub eliminację fragmentu komórki wrzecionowatej oraz przemianę komórek promieni w komórki wrzecionowate na wskutek wzrostu intruzywnego (Srivastava, O'Brien 1969; Rao, Dave 1983). Kambium nie jest tkanką statyczną i wykazuje przebudowę, polegającą na zmianie wzajemnego ułoŜenia komórek. Procesy mające wpływ na układ komórek kambium nazywamy zdarzeniami komórkowymi. Aby zmiana układu komórek kambium była trwale zapisana w drewnie i łyku wtórnym zdarzenie musi zajść w komórkach inicjalnych. Efekty zdarzeń, które zaszły w komórkach macierzystych drewna i łyka są krótkotrwałe, dotyczą zaledwie kilku warstw komórek drewna lub łyka. Zdarzenia komórkowe zachodzące w inicjałach moŜemy podzielić na kilka typów (Cumbie 1963; Bannan 1968; Rao, Dave 1985; Włoch 1988) a mianowicie: 1. Wzrost intruzywny pomiędzy ściany komórek wrzecionowatych i pomiędzy ściany komórek promieni. 2. Podziały komórkowe, które na podstawie orientacji ściany podziałowej dzielimy na: peryklinalne, antyklinalne podłuŜne, antyklinalne skośne, antyklinalne boczne i podziały ze skręconą ścianą podziałową. 3. Eliminacje komórek wrzecionowatych. 4. Tworzenie się, rozrost i eliminacja promieni oraz łączenie i dzielenie się promieni. Pierwsze hipotezy próbujące opisać zjawisko przemieszczania się komórek kambium względem siebie mówią o wzajemnym ślizganiu się powierzchni ścian komórkowych (Sanio 1872; Krabbe 1886; Bailey 1923), czemu miałoby towarzyszyć np. rozrywanie się plasmodesm. Innym sposobem opisywania wzrostu inicjałów kambium jest teoria wzrostu 22

symplastycznego (Priestley 1930), która tłumaczy zmiany kontaktów, występujące między komórkami w kambium, bardzo duŜą plastycznością ścian komórkowych. Obecnie wzrost symplastyczny opisuje się jako zwiększanie powierzchni ścian kontaktujących się ze sobą komórek w sposób niezmieniający ich kontaktów. Nie moŜna jednak tylko wzrostem symplastycznym wyjaśnić zmian kontaktów komórek kambium. Obecnie wzrost inicjałów kambium prowadzący do zmian kontaktów między komórkami określa się pojęciem „wzrost intruzywny”. Według teorii wzrostu intruzywnego (Sinott, Bloch 1939) powierzchnie ścian komórkowych sąsiadujących ze sobą komórek nie przemieszczają się względem siebie, a jednak komórki zmieniają swoje kontakty. Dzieje się tak dlatego, Ŝe poślizg ścian komórek rosnących intruzywnie jest ograniczony jedynie do szczytowego wycinka krawędzi komórki. W wyniku wzrostu intruzywnego rosnąca komórka tworzy rodzaj „wypustki” na jednej ze swoich krawędzi, wrastającej pomiędzy ściany sąsiednich komórek kambium. Wzrostowi intruzywnemu towarzyszy rozpuszczanie blaszki środkowej znajdującej się przed rosnącym końcem komórki (Majumdar 1941; Meeuse 1942; Whalley 1950; Hejnowicz 1961, 1963 b, 1980 b; Jones 1963; Zagórska-Marek 1981). Wykazano, Ŝe wzrost intruzywny występuje z równym prawdopodobieństwem na górnym i na dolnym końcu komórki, jednak moŜna załoŜyć, Ŝe w danym momencie występuje on tylko na jednym z końców (Hejnowicz 1961, 1963 b; Włoch 1976). ZauwaŜono równieŜ, Ŝe wzrost intruzywny w kambium zlokalizowany jest przede wszystkim w komórkach inicjalnych (Włoch, Połap 1994; Kojs i in. 2004 a, b). Wzrost intruzywny i inne zdarzenia komórkowe, takie jak skośne podziały antyklinalne występują w określonej konfiguracji S (na lewo) lub Z (na prawo) w obszarach powierzchni kambium zwanych domenami. Tak ukierunkowany wzrost intruzywny w kambium niepiętrowym występuje głównie po podziale antyklinalnym skośnym (pseudotranswersalnym) lub w związku z eliminacją komórek inicjalnych i jest czynnikiem wpływającym na wielkość nachylenia i zmianę orientacji inicjałów kambium, a w efekcie na przebudowę układu komórek kambium (Bannan 1955; Hejnowicz 1961, 1975; Wilson i in. 1966; Krawczyszyn 1973; Catesson 1974, 1984). W kambium piętrowym ukierunkowany wzrost intruzywny występuje w pobliŜu granic pięter, powodując zmianę ułoŜenia inicjałów kambium względem siebie, co równieŜ prowadzi do zmiany orientacji oraz wielkości nachylenia komórek kambium. W kambium piętrowym obserwowano równieŜ podziały antyklinalne skośne, po których wzrost intruzywny prowadzi do wyrównania długości komórek potomnych i dopasowanie ich do wysokości piętra (Hejnowicz, Zagórska-Marek 1974; Włoch 1981; Zagórska-Marek 1984; Kojs 2004 a, b). 23

Jak rosnąca komórka znajduje przestrzeń dla wzrostu? Do niedawna powszechnie uznawano, Ŝe wzrost intruzywny występuje pomiędzy ścianami promieniowymi sąsiednich inicjałów. Tłumaczono to istniejącym w kambium napręŜeniem rozciągającym w kierunku obwodowym i w konsekwencji powstawaniem mikroprzestrzeni. Wzrost intruzywny rosnących inicjałów wypełniał te mikroprzestrzenie. Aktualne wyniki badań wskazują na lokalizację wzrostu intruzywnego pomiędzy ścianami stycznymi sąsiedniej komórki inicjalnej i jej najbliŜszej pochodnej (Włoch 1976, 1981, 1988; Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2001; Kojs 2004 a, b; Jura i in. 2006). W czasie wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne komórek sąsiedniego rzędu promieniowego, fragmenty dwóch komórek inicjalnych połoŜone są w tym samym miejscu na powierzchni kambium. Powoduje to występowanie w nich nierównych podziałów peryklinalnych w taki sposób, Ŝe rosnąca komórka inicjalna dzieli się dłuŜszą komórkę inicjalną potomną oraz komórkę macierzystą pierwotnej długości, a komórka inicjalna sąsiedniego rzędu promieniowego, nierosnąca intruzywnie dzieli się na krótszą komórkę inicjalną potomną oraz komórkę macierzystą pierwotnej długości (Włoch 1976, 1981, 1988; Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2001, Kojs i in. 2004 a, b; Jura i in. 2006). W wyniku takiego wzrostu intruzywnego ściany styczne ulegają stopniowemu odchyleniu tak, Ŝe stopniowo stają się zorientowanie skośnie, na przekrojach poprzecznych kambium w takich miejscach widoczne są charakterystyczne skosy (Włoch, Połap 1994; Jura i in. 2006). Savidge i Farrar (1984) zaobserwowali „niedoskonałe podziały peryklinalne” występujące w miejscach o szybkiej zmianie układu komórek kambium. MoŜna sądzić, Ŝe podziały te są nierównymi podziałami peryklinalnymi. Zjawisko eliminacji komórek inicjalnych z powierzchni kambium występuje powszechnie i moŜe dotyczyć całego inicjału (eliminacja całkowita) jak równieŜ fragmentu komórki (eliminacja częściowa) (Whalley 1950; Bannan 1957, 1962 b, 1965; Hejnowicz 1961; Cumbie 1967; Bannan, Bindra 1970; Zagórska-Marek 1981, 1984; Kojs i in. 2004 a, b). MoŜna zauwaŜyć, Ŝe w przypadku kambium łodyg starszych eliminacja całkowita komórek inicjalnych występuje znacznie częściej niŜ w przypadku kambium łodyg młodszych, co wydaje się wynikać z bardzo małego przyrostu względnego powierzchni kambium w organach starszych, o większym promieniu cylindra kambium. Ze zjawiskiem eliminacji całkowitej wiąŜe się przerwanie ciągłości rzędów promieniowych. ZauwaŜono, Ŝe w kambium o budowie niepiętrowej eliminacja całkowita występuje stosunkowo często, natomiast w kambium piętrowym występuje ona raczej sporadycznie. W młodym kambium 24

obserwuje się eliminację całych pakietów komórek w trakcie tworzenia się struktury piętrowej (Kojs, Włoch 2001; Kojs i in. 2004 a, b). Według hipotezy wzrostu intruzywnego zachodzącego pomiędzy ściany styczne pojęcie eliminacji zostało zdefiniowane w nowy sposób. Komórka inicjalna znajdująca się na drodze rosnącego intruzywnie inicjału dzieli się nierównym podziałem peryklinalnym tak, Ŝe potomna komórka inicjalna jest krótsza niŜ komórka inicjalna przed podziałem. Warto podkreślić, iŜ w koncepcji wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany peryklinalne eliminacja i wzrost są nierozerwalnie ze sobą związane, moŜna wręcz powiedzieć, Ŝe są dwiema stronami tej samej monety, poniewaŜ wzrost jednej komórki inicjalnej zawsze związany jest z eliminacją częściową sąsiedniej komórki inicjalnej na powierzchni inicjalnej. Wzrost intruzywny, zgodnie z hipotezą o wzroście inicjałów pomiędzy ściany styczne, nie powoduje zwiększenia powierzchni kambium, bowiem wzrost jednej komórki inicjalnej jest nierozerwalnie związany z eliminacją częściową innej komórki. Tak opisany wzrost intruzywny jest niezaleŜny od występowania podziałów antyklinalnych i umoŜliwia szybką przebudowę układu inicjałów kambium w organach o duŜym promieniu, gdzie stosunek względny przyrost powierzchni kambium do intensywności wzrostu promieniowego jest niewielki lub wręcz znikomy (Włoch 1976, 1981, 1988; Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2001, Kojs i in. 2004 a, b; Jura i in. 2006). Wzrost intruzywny i eliminacja to kluczowy proces w przebudowie układu inicjałów kambium, który prowadzi do utraty istniejących kontaktów komórkowych i wytworzenia nowych, a w rezultacie do zmiany orientacji i wielkości nachylenia komórek inicjalnych. Kambium niepiętrowe oraz piętrowe moŜna wyróŜnić ze względu na ułoŜenie komórek wrzecionowatych w płaszczyźnie stycznej (Ryc. 2). Komórki wrzecionowate kambium niepiętrowego ułoŜone są w taki sposób, Ŝe końce sąsiednich inicjałów są przesunięte względem siebie w osi organu, podczas gdy komórki wrzecionowate kambium piętrowego tworzą poziome szeregi zwane piętrami a ich zakończenia tworzą horyzontalne granice pięter (Ryc. 2) (Cumbie 1963, 1967; Bannan 1968; Krawczyszyn 1977; ZagórskaMarek 1981, 1984; Rao, Dave 1985; Włoch 1988; Włoch, Połap 1994; Rao, Rajput 2001). WyróŜniono równieŜ tzw. piętrowość przejściową, w której obok obszarów o budowie niepiętrowej występują pakiety komórek ułoŜonych piętrowo, jak na przykład u Fraxinus excelsior L. (Krawczyszyn 1977) (Ryc. 2). W przypadku, gdy promienie ułoŜone są piętrowo, czyli mieszczą się w granicach pięter, mówimy o podwójnej piętrowości. Jest ona charakterystyczna przede wszystkim dla rodzin Fabaceae, Meliaceae, Sterculiaceae (Record 1919; Carlquist 1988) (Ryc. 2). 25

Dotychczas uwaŜano, Ŝe w przypadku kambium o budowie niepiętrowej podstawowym mechanizmem zwiększenia jego powierzchni są skośne podziały antyklinalne i występujący po nich wzrost intruzywny komórek (Whalley 1950; Hejnowicz 1961; Bannan 1965; Cumbie 1967; Bannan, Bindra 1970; Krawczyszyn 1977; Zagórska-Marek 1981; Savidge, Farrar 1984; Włoch 1985). Według hipotezy wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne wzrost obwodu kambium następuje głównie dzięki podziałom antyklinalnym oraz wzrostowi symplastycznemu (Włoch, Połap 1994; Kojs i in. 2004 a b; Jura i in. 2006). Kambium piętrowe powstaje zwykle w rozwoju ontogenetycznym z kambium o budowie niepiętrowej (Klinken 1914; Bejier 1927, Record 1919), ale zdarza się takŜe, Ŝe z prokambium piętrowego powstaje kambium o budowie niepiętrowej (Carlquist 1988). Pierwsze hipotezy wyjaśniające powstawanie struktury piętrowej kambium wskazywały na brak wzrostu intruzywnego inicjałów (Klinken 1914). Jednak w kambium piętrowym zaobserwowano występowanie ograniczonego co do zasięgu wzrostu intruzywnego końców inicjałów wrzecionowatych, co prowadzi do zmiany kontaktów komórkowych na granicach pięter i zmiany nachylenia inicjałów względem osi organu (Hejnowicz, Zagórska-Marek 1974; Włoch 1976, 1981, 1985; Cumbie 1984; Zagórska-Marek 1984). Podziały antyklinalne są w kambium piętrowym w przewaŜającej części podłuŜne (Butterfield 1972; Krawczyszyn 1977; Ajmal i in. 1986), prowadzące do zwiększenia liczby komórek w piętrze, jednakŜe zaznaczyć naleŜy, Ŝe ogólnie podziały antyklinalne są tutaj mniej liczne niŜ w kambium niepiętrowym (Włoch, Połap 1994). Jednocześnie obserwowany jest wysoki stosunek procentowy długości ściany podziałowej do długości komórki macierzystej: powyŜej 50% w przypadku kambium przejściowego i powyŜej 75% w przypadku kambium o regularnej piętrowości. RównieŜ średnia długość komórek wrzecionowatych jest cechą róŜniącą kambium piętrowe od niepiętrowego. Inicjały wrzecionowate są w przypadku kambium piętrowego wyraźnie krótsze (od około 0,2 mm do 0,5 mm) od inicjałów wrzecionowatych kambium niepiętrowego (powyŜej 0,5 mm) (Bannan 1968; Bannan, Bindra 1970; Butterfield 1972; Krawczyszyn 1977; Zagórska-Marek 1981). Zwrócono uwagę na zmiany wymiarów komórek wrzecionowatych kambium następujące wraz z wiekiem kambium. Zmiany te dotyczą zwłaszcza wymiaru osiowego komórek wrzecionowatych (długość). Zaobserwowano, Ŝe w kambium o budowie piętrowej wraz z wiekiem następuje lekkie zwiększenie się, a następnie zmniejszenie długości komórek wrzecionowatych (Butterfield 1972; Ajmal i in. 1986). W przypadku kambium o budowie niepiętrowej obserwuje się natomiast zwiększenie długości komórek wrzecionowatych wraz z wiekiem kambium (Bailey 1923; Bannan, Bindra 1970). 26

Ryc. 2. Struktura kambium wybranych gatunków drzew, widoczne na przekrojach stycznych (Bailey 1923) 1) Pinus strobus L. – kambium niepiętrowe rośliny nagonasiennej, widoczne są długie komórki wrzecionowate oraz promienie (X110); 2) Myristica philippensis Lam. – kambium niepiętrowe rośliny dwuliściennej (X110); 3) Fraxinus americana L. – kambium wykazujące piętrowość przejściową (X110); 4) Robinia pseudoacacia L. – kambium piętrowe, widoczne poziome piętra (X110); 5) Heritiera littoralis Dryand. – róŜnicujące łyko, widoczne piętrowe ułoŜenie elementów łyka (X110); 6) Diospyros virginicana L. – kambium piętrowe, widoczny podział antyklinalny podłuŜny (X110); 7) Diospyros virginicana L. – widoczny fragment pod większym powiększeniem. W komórkach oznaczonych A i B wystąpił podział antyklinalny podłuŜny (X 148); 8) Liquidambar styraciflua L. – kambium niepiętrowe, widoczny podział antyklinalny skośny inicjału wrzecionowatego (X 450); 9) Liquidambar styraciflua L. – podział antyklinalny skośny. 27

Struktura piętrowa kambium moŜe zostać utrwalona w piętrowym ułoŜeniu elementów drewna, dotyczy to ułoŜenia takich elementów jak komórki miękiszu osiowego, włókna, człony naczyń, promienie. Piętrowe ułoŜenie wszystkich elementów drewna jest szczególnie częste w przypadku rodzin Zygophyllaceae, Bignoniaceae i Fabaceae (Record 1919; Carlquist 1988). W rozwoju ontogenetycznym struktura piętrowa kambium zwykle powstaje po osiągnięciu pewnej grubości pędu. Zazwyczaj następuje to po osiągnięciu przez pęd kilku, kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu lat Ŝycia, co oznacza równieŜ znaczną jego grubość oraz promień cylindra kambium. Jednak pędach niektórych przedstawicieli rodzin Fabaceae i Zygophyllaceae stwierdzono obecność kambium piętrowego juŜ w drugim roku funkcjonowania kambium, chociaŜ takie przypadki stanowią wyjątki. Kambium piętrowe jest młodsze ewolucyjnie od kambium niepiętrowego. W strefie umiarkowanej występuje ono stosunkowo rzadko (np.: Tilia cordata MILL., Tilia platyphyllos SCOP, Robinia pseudacacia L, Hippophae rhamnoides L.) a większość przypadków występowania kambium piętrowego i podwójnie piętrowego dotyczy drzew tropikalnych (Record 1919). W przypadku kambium piętrowego oraz podwójnie piętrowego jako główny mechanizm zwiększenia powierzchni cylindra kambium wskazywano występowanie podłuŜnych podziałów antyklinalnych i zwiększenie wymiarów stycznych inicjałów w wyniku wzrostu symplastycznego (Majumdar 1941; Hejnowicz 1961, 1963 a, 1973 a; Cumbie 1963; Jones 1963; Bannan 1964; Bannan, Bindra 1970; Butterfield 1972; ZagórskaMarek 1981; Rao, Dave 1985; Larson 1994). W literaturze panował pogląd, Ŝe piętrowość powstaje w wyniku kolejnych podziałów antyklinalnych podłuŜnych inicjałów wrzecionowatych (takie piętra określa się mianem homogennych). W nowszych publikacjach stwierdzono heterogenną naturę badanych pięter. Włoch i Zagórska-Marek (1982) donieśli o występowaniu długich komórek „gwoździ”, których wysokość dwukrotnie przekraczała wysokość jednego piętra tak, Ŝe jedna komórka „gwóźdź” znajdowała się w dwóch piętrach równocześnie. Zagórska-Marek (1984) stwierdziła ponadto, Ŝe kambium piętrowe zachowuje regularną, piętrową strukturę pomimo występowania wzrostu intruzywnego, wykraczającego poza granice pięter. Wskazała ona na trzy mechanizmy utrzymania struktury piętrowej: 1) skośne podziały antyklinalne komórek „olbrzymich” (z ang. giant cells), będących odpowiednikiem opisanych wcześniej komórek „gwoździ”, 2) skracanie (w mojej pracy nazywam takie zjawisko eliminacją częściową) lub eliminacja całkowita inicjałów oraz 3) wydłuŜanie na jednym końcu (na wskutek wzrostu intruzywnego) oraz skracanie (t. j. eliminacja częściowa) inicjałów na drugim końcu, co skutkuje „przesuwaniem się” inicjałów z piętra do piętra. 28

Według hipotezy wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne moŜliwe jest dostosowanie połoŜenia końców całego pakietu komórek do połoŜenia końców komórek sąsiednich pakietów, co prowadzi do utworzenia regularnej piętrowości (Włoch i in. 2001, Kojs i in. 2004 a i b; Jura i in. 2006). Tworzenie się piętrowego układu inicjałów kambium umoŜliwia osiągnięcie tzw. funkcjonalnej piętrowości, która z kolei pozwala na szybką przebudowę poziomą inicjałów, prowadzącą do zmiany ich nachylenia (Ryc. 3) (Kojs i in. 2002). W trakcie przebudowy poziomej inicjały wrzecionowate tworzące piętra równocześnie zmieniają swoje nachylenie na wskutek ukierunkowanego wzrostu intruzywnego, tracąc kontakt z komórkami w sąsiednich piętrach, z którymi dotychczas pozostawały w kontakcie i nawiązując kontakty z komórkami, z którymi dotychczas nie kontaktowały się. Na wskutek cyklicznych zmian nachylenia inicjałów wrzecionowatych kolejnych pięter, powstaje drewno wtórne charakteryzujące się włóknistością falistą i zaplecioną (Kojs, Włoch 2001; Kojs i in. 2002; Kojs i in. 2004 a, b).

Ryc. 3. Schemat zmiany nachylenia i orientacji inicjałów kambium tworzących piętrowość funkcjonalną, na wskutek przebudowy poziomej szerokich pakietów komórek (Kojs i in. 2002). Komórki zaznaczone takimi samymi kolorami ilustrują połoŜenie i orientację pakietów homogennych komórek, w wybranych momentach cyklicznej zmiany nachylenia i orientacji inicjałów. W jednym piętrze widoczne są dwa pakiety homogenne, co wskazuje na heterogenną naturę tych pięter. Wybrane inicjały wyróŜniono białym wypełnieniem i oznaczone literami, w celu podkreślenia zmian kontaktów między komórkami. A) Orientacja inicjałów nachylona w prawo (Z) B) Orientacja inicjałów równoległa do osi organu C) Orientacja inicjałów nachylona w lewo (S)

29

1.5.4. Sezonowa aktywność kambium W klimacie umiarkowanym kambium wykazuje sezonową (roczną) zmianę aktywności podziałowej. W okresie późnego lata lub wczesną jesienią komórki kambium zaprzestają podziałów komórkowych i wchodzą w stan uśpienia, który wiosną jest przerwany i jednocześnie zostają wznowione podziały komórkowe. PrzybliŜona data aktywacji oraz wejścia w stan uśpienia kambium jest zmienna gatunkowo oraz zaleŜy od warunków klimatycznych regionu. Komórki kambium aktywnego i spoczynkowego wykazują ponadto charakterystyczne róŜnice w budowie ultrastrukturalnej. W czasie sezonu wegetacyjnego komórki inicjalne kambium wykazują zmienną aktywność podziałową. Są one szczególnie aktywne w porze przełomu wiosny i lata. Intensywność odkładania komórek pochodnych na stronę drewna oraz łyka wykazuje zaleŜność od pory roku. Pierwszymi odkładanymi pochodnymi są w większości przypadków komórki macierzyste łyka, które ulegają sporadycznie dalszym podziałom peryklinalnym, następnie zaś odkładane są głównie komórki macierzyste drewna, które licznie dzielą się peryklinalnie. W związku z tym charakterystycznym zjawiskiem jest znacząco bardziej intensywny przyrost promieniowy na stronę drewna niŜ na stronę łyka (Larson 1994), a komórki inicjalne kambium są z reguły zlokalizowane bliŜej łyka wtórnego niŜ drewna wtórnego (Włoch, Połap 1994). Warto zaznaczyć, iŜ komórki inicjalne zaprzestają podziałów wcześnie, jeszcze w pełni lataa dalsze podziały zachodzą w komórkach macierzystych drewna, pozostających nadal w strefie kambium. Kambium drzew rosnących w klimacie tropikalnym wykazuje inny cykl zmian aktywności w trakcie roku. Obserwuje się dostosowanie okresu maksymalnej aktywności kambium oraz okresu spoczynku do warunków środowiskowych, zupełnie odmiennych niŜ panujące w klimacie umiarkowanym. Badania prowadzone w lasach Indii wykazały wzrost aktywności kambium w czasie deszczy monsunowych i spadek lub zahamowanie aktywności w czasie okresów suszy. Sugeruje to, Ŝe w przypadku drzew rosnących w klimacie podzwrotnikowym (gdzie nie obserwuje się pór roku i zimy, ale pory okresowej suszy oraz dostępności wody) czynnikiem ograniczającym aktywność kambium jest dostępność wody, w przeciwieństwie do drzew klimatu umiarkowanego, gdzie czynnikiem ograniczającym jest temperatura (Rao, Rajput 2001). W przypadku drzew deszczowych lasów tropikalnych, gdzie nie występują ani pory roku, ani okresowe susze, obserwowano często u badanych gatunków stałą aktywność kambium w ciągu roku.

30

1.5.5. Drewno wtórne jako tkanka zapisująca historię zdarzeń komórkowych zachodzących w kambium Odkładane kolejno warstwy komórek macierzystych drewna wtórnego są odzwierciedleniem budowy kambium istniejącej w danym momencie, dlatego moŜna powiedzieć, Ŝe kambium w kolejnych pokładach drewna wtórnego zapisuje historię zdarzeń komórkowych. U roślin nagonasiennych historia ta moŜe być w łatwy sposób odczytana, poniewaŜ róŜnicujące elementy drewna nie zmieniają w znaczącym stopniu swoich rozmiarów i kształtów. U roślin okrytonasiennych analiza historii zdarzeń jest znacznie utrudniona, ze względu na zmiany rozmiarów i kształtów komórek rozwijające się w róŜne elementy drewna wtórnego, co zmienia układ komórek w stopniu uniemoŜliwiającym odtworzenie układu inicjałów kambium na podstawie budowy dojrzałego drewna. Jednak w pewnych przypadkach moŜliwe jest odczytanie historii zdarzeń komórkowych zachodzących w kambium, na podstawie układu komórek miękiszu terminalnego, powstałego pod koniec aktywności sezonowej kambium. Warstwa terminalna to ostatnia w danym sezonie warstwa komórek odłoŜonych na stronę drewna u drzew rosnących w klimacie umiarkowanym, która stanowi odzwierciedlenie układu inicjałów kambium istniejącego w momencie odkładania tej warstwy komórek. Analiza kolejnych warstw miękiszu terminalnego umoŜliwia porównanie zmian dokonywanych w kambium w kolejnych latach, ale poniewaŜ w jednym roku odkładana jest tylko cienka warstwa komórek stanowiąca warstwę terminalną to moŜliwe jest jedynie porównanie układu inicjałów kambium w rocznych odstępach a nie odtworzenie kolejnych zdarzeń zachodzących w ciągu sezonu (Chowdry 1936; Cumbie 1967; Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Zagórska-Marek 1975; Krawczyszyn 1977; Włoch 1985, 1987, 1988; Włoch, Bilczewska 1987). Wyjątek stanowi część gatunków rosnących w strefie tropikalnej, u których nie występuje warstwa terminalna np. Magnifera indica (Rao, Dave 1985). W drewnie roślin okrytonasiennych rosnących w strefie tropikalnej występuje często miękisz osiowy, którego komórki ułoŜone są w styczne pokłady. Komórki miękiszu osiowego nie zmieniają kształtu w czasie rozwoju i odzwierciedlają układ komórek kambium. MoŜliwe jest zatem poprzez porównywanie kolejnych warstw tego miękiszu zbadanie historii zdarzeń, które zachodziły w kambium w dłuŜszym okresie. Badanie historii zdarzeń zachodzących w kambium w dłuŜszym czasie na podstawie analizy warstw miękiszu wykazały, Ŝe zdarzenia zachodzące w kambium wykazują jedną z dwóch konfiguracji: lewą (S) lub prawą (Z). Zaobserwowano istnienie obszarów, w których 31

zachodzą zdarzenia zorientowane w określonej konfiguracji (S lub Z), obszary takie nazwano domenami. Domeny wykazują zmienne rozmiary oraz kształty (Hejnowicz 1961, 1973 b, 1975; Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Krawczyszyn 1972, 1977; Hejnowicz, Romberger 1973; Włoch 1976; Pyszyński 1977; Zagórska-Marek 1981, 1984, 1995; Rao, Dave 1985; Włoch i in. 1993). Obserwowano bardzo zmienną wysokość domen – od kilku milimetrów (Hejnowicz, Romberger 1973) do wysokości drzewa (Detienne 1979). Charakterystyczną cechą domen jest ich ciągłe przesuwanie się względem komórek kambium (Krawczyszyn 1972; Hejnowicz 1976; Włoch, Wawrzyniak 1990; Włoch i in. 1993). Przesuwanie się domen ma charakter falowy i określane jest jako fala morfogenetyczna, którą moŜna scharakteryzować: długością fali, jej prędkością oraz okresem. ZaleŜność pomiędzy tymi parametrami opisuje wzór: λ= v * T

(gdzie λ - długość fali, v - prędkość fali i T - okres fali)

Znamienną własnością fali morfogenetycznej jest względnie stały okres, wynoszący zwykle od 8 do 20 lat w przypadku drzew charakteryzujących się kambium o budowie niepiętrowej, w kambium drzew liściastych okres fali wynosi zwykle około 10 lat (Hejnowicz 1976; Włoch i in. 1993). Obserwowano jednakŜe występowanie fal morfogenetycznych o innym okresie: 6 lat (Włoch, Zagórska-Marek 1982), 2 do 15 lat (Włoch 1985, 1988), 2 do 4 lat (Włoch 1987; Włoch, Bilczewska 1987) a nawet poniŜej 2 lat (Włoch, Wawrzyniak 1990). Pozostałe parametry fali morfogenetycznej są wysoce zmienne, przy czym istnieje wyraźna korelacja wzrostu szybkości przemieszczania się fali i jednoczesnego wzrostu jej długości (Hejnowicz 1976; (Hejnowicz, Romberger 1973)Włoch, Wawrzyniak 1990; Włoch i in. 1993). JeŜeli częstotliwość zdarzeń komórkowych jest duŜa to równieŜ amplituda fali morfogenetycznej jest duŜa, co widoczne jest na powierzchni przełupu promieniowego drewna w postaci określonego wzoru włóknistości (Jones 1963; Hejnowicz 1976; Hejnowicz, Romberger 1973; Zagórska-Marek 1984; Włoch, Wawrzyniak 1990). Drewno o włóknistości zaplecionej charakteryzuje się niezwykle wysokimi domenami i bardzo szybkim przemieszczaniem się fali morfogenetycznej i co niezwykle charakterystyczne – bardzo krótkim okresem fali. W takim przypadku cykliczna zmiana orientacji komórek wrzecionowatych kambium moŜe być częstsza, niŜ co dwa lata (Hejnowicz 1973 a).

32

1.5.6. Związek zmiany układu komórek kambium z powstawaniem włóknistości w drewnie Braun (1854) był pierwszym, który wiązał powstawanie włóknistości spiralnej z aktywnością kambium. Podkreślił, Ŝe włóknistość nie powstaje jako efekt skręcania organu, lecz jest związana z procesem odkładania kolejnych warstw drewna, a mianowicie komórki macierzyste drewna w procesie róŜnicowania we włókna drzewne przerastają między sobą pod określonym kątem, tworząc włóknistość. Sanio (1873) zaproponował wyjaśnienie powstawania włóknistości spiralnej jako wynik zwiększenia długości komórek kambium następującej wraz z wiekiem kambium. Neef (1920) stwierdził, Ŝe przyczyn powstawania włóknistości spiralnej naleŜy szukać ułoŜeniu komórek inicjalnych kambium. Bannan (1962 a) potwierdził, Ŝe przyczyną powstawania włóknistości spiralnej jest zmiana orientacji komórek kambium. Zwrócił on uwagę na obserwowane w drewnie oraz w łyku wtórnym lustrzane odbicia nachylenia włóknistości. Zaproponowano związek powstawania włóknistości spiralnej z orientacją ściany podziałowej w skośnych podziałach antyklinalnych inicjałów wrzecionowatych (Kohl 1933; Newman 1956; Hejnowicz 1961, 1967; Bannan 1966; Hejnowicz, Romberger 1979). Korelację pomiędzy wielkością i szybkością zmiany nachylenia i orientacji włóknistości, a występowaniem skośnych podziałów antyklinalnych o określonej orientacji ściany podziałowej zauwaŜył juŜ Hartig (1895). Jones (1963) zwrócił uwagę na róŜną częstotliwość podziałów antyklinalnych skośnych o orientacji ściany podziałowej S i Z zachodzących w komórkach wrzecionowatych kambium drzew o włóknistości spiralnej. Podczas badań kambium oraz drewna Liquidambar styraciflua stwierdzono ponadto zgodność orientacji płaszczyzny podziałowej podziałów antyklinalnych zachodzących w komórkach inicjalnych kambium z orientacją włóknistości w drewnie, ale jednocześnie zwrócono uwagę, Ŝe nie jest to wystarczający czynnik do wystąpienia obserwowanej szybkości zmiany wielkości nachylenia włóknistości (Webb 1967). W badaniach historii zdarzeń zachodzących w kambium Pinus cordata Dougl. zaobserwowano zmianę wielkości nachylenia komórek wrzecionowatych kambium przy braku podziałów antyklinalnych oraz wzrostu wydłuŜeniowego komórek, w związku z czym zasugerowano istnienie innego mechanizmu tej zmiany, a mianowicie występowania niedoskonałych (z ang. imperfect) podziałów peryklinalnych (Savidge, Farrar 1984). Związek powstawania włóknistości spiralnej z występowaniem ukierunkowanej orientacji zdarzeń komórkowych zachodzących w kambium w obrębie domen zaproponowali 33

Bannan (1964), Hejnowicz (1964) oraz Hejnowicz i Romberger (1973). Hejnowicz (1968) zwrócił uwagę na korelację częstotliwości podziałów antyklinalnych w kambium z szybkością zmiany nachylenia włóknistości. Ponadto zaobserwowano związek szybkości ruchu domeny i jej wysokości z powstawaniem włóknistości zaplecionej (Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Włoch, Wawrzyniak 1990). Harris (1969, 1973), Kirschner i in.(1971) oraz Zagórska-Marek i Little (1986) udowodnili, Ŝe zmiana nachylenia włóknistości w drewnie następuje w wyniku ukierunkowanego wzrostu intruzywnego komórek inicjalnych kambium, prowadzącego do zmiany ich nachylenia. Włoch (1976) badając drewno tumorowe zwrócił uwagę na szybką zmianę ułoŜenia elementów trachealnych, wiąŜąc ją ze wzrostem intruzywnym pomiędzy ściany styczne i promieniowe sąsiednich komórek kambium. Zimmermann (1983) definiując włóknistość występującą w drewnie scharakteryzował ją równieŜ jako orientację naczyń tworzących określony kąt z osią organu, zmienny w kolejnych warstwach drewna wtórnego. Zwrócił uwagę na dwa moŜliwe mechanizmy powstawania sieci naczyń: przepływ auksyny oraz domenową aktywność kambium. Badanie układu naczyń w drewnie Kalopanax pictus wykazało Ŝe orientacja naczyń odzwierciedla układ inicjałów kambium (Kitin i in 2003).

34

2. CELE PRACY Cel

Problem

Hipoteza robocza

badawczy Weryfikacja hipotezy

Czy zmiana układu

Zakładam, Ŝe układ naczyń tworzy się

mówiącej, Ŝe

inicjałów kambium

w wyniku odkładania kolejnych warstw

za układ naczyń

jest zapisywana

drewna, które zapisują zmiany układu

odpowiada układ

w układzie naczyń? inicjałów kambium.

inicjałów kambium. Zbadanie wpływu

W jakim stopniu

Zakładam duŜy wpływ zmiany układu

zmiany układu

zmiana układu

inicjałów kambium na zmianę układu naczyń.

inicjałów kambium

inicjałów kambium

na zmianę układu

wpływa na zmianę

naczyń.

układu naczyń?

Zbadanie, czy

Jakie mogą być

Zakładam, iŜ w procesie tworzenia się układu

istnieją inne czynniki

inne czynniki

naczyń szczególnie zaangaŜowane

wpływające na układ

wpływające na

są ukierunkowany wzrost intruzywny

naczyń w drewnie.

układ naczyń

oraz układ promieni łyko-drzewnych.

w drewnie? Zbadanie roli

Jaki udział ma

Zakładam, Ŝe wzrost intruzywny

wzrostu

wzrost intruzywny

uczestniczący w tworzeniu układu naczyń

intruzywnego

w tworzeniu układu poprzez występowanie:

w tworzeniu się

naczyń?

układu naczyń.

1) w warstwie komórek inicjalnych kambium; 2) w warstwach róŜnicującego drewna wtórnego.

Zbadanie roli

Jaki udział ma

Zakładam, Ŝe promienie znajdujące się

rozmieszczenia

rozmieszczenie

w bezpośrednim sąsiedztwie rosnących

promieni

promieni

członów naczyń powodują lokalne, znaczące

w tworzeniu się

w tworzeniu układu zmiany ich orientacji.

układu naczyń.

naczyń?

35

3. MATERIAŁY I METODY 3.1. KAMBIUM Układ inicjałów kambium zmienia się w czasie i jest odwzorowany w układzie komórek macierzystych drewna, a więc równieŜ z układem komórek macierzystych naczyń w drewnie. Z drugiej strony nawet w drewnie o prostej włóknistości obserwuje się występowanie sieci naczyń, co wskazuje na fakt, Ŝe udział kambium w determinacji orientacji naczyń nie jest wyłączny. Hipotezą odpowiadającą tym spostrzeŜeniom, jest hipoteza o dwóch etapach tworzenia układu naczyń: 1) etap związany z wzrostem intruzywnym inicjałów kambium, doprowadzającym do przebudowy układu komórek kambium; 2) etap związany z wzrostem członów naczyń w dojrzewającym drewnie wtórnym. Określenie udziału przebudowy układu inicjałów kambium w tworzeniu układu naczyń w kolejnych warstwach drewna wtórnego wymaga zrozumienia mechanizmów tej przebudowy. RóŜna struktura kambium oraz związana z tym róŜna szybkość przebudowy układu inicjałów moŜe mieć związek z tworzonym układem naczyń. Dlatego do badań anatomicznych kambium oraz róŜnicujących członów naczyń wybrałam gatunek charakteryzujący się szybką przebudową układu inicjałów, złotokap zwyczajny (Laburnum anagyroides Medik.). Jest to niskie drzewo lub wysoki krzew naleŜący do rodziny Fabaceae (Ryc. 4; cz. II). Próbki łodyg do badań pobrałam w okresie aktywności podziałowej kambium (maj 2005 oraz lipiec 2005) z terenu Mikołowa. Obserwacje rosnących członów naczyń przeprowadziłam takŜe na gatunku charakteryzującym się podwójną piętrowością kambium, glicynia kwiecista (Wisteria floribunda (WILD) DC.).Jest to ozdobne pnącze, naleŜące do rodziny Fabaceae (Ryc. 5; cz. II)). Próbki łodyg pobrałam w lipcu 2005 z terenu Raciborza. Oba gatunki cechują się bardzo szybkim powstaniem regularnej struktury piętrowej kambium, począwszy od drugiego przyrostu rocznego. PoniewaŜ przebudowa inicjałów kambium W. floribunda została szczegółowo opisana (Kojs i in. 2004 b), ograniczyłam obserwacje do rozwoju członów naczyń. Z bloczków zatopionych w eponie sporządziłam preparaty i obserwowałam zmiany układu komórek kambium. Do takiej analizy wykorzystałam: •

przekroje styczne oraz poprzeczne kambium wraz z róŜnicującym drewnem łodyg L. anagyroides:

1. Jednorocznych

– materiał pobrano w części bazalnej pędu, w maju 2005.

2. Jednorocznych

– materiał pobrano w części środkowej pędu, w maju 2005.

3. Jednorocznych

– materiał pobrano w części środkowej w lipcu 2005. 36

4. Dwuletnich

– materiał pobrano w części środkowej w maju 2005.

5. Dwuletnich

– materiał pobrano w części środkowej w lipcu 2005.

6. Dwudziestoletnich – materiał pobrano w maju 2005. 7. Dwudziestoletnich – materiał pobrano w lipcu 2005. •

oraz przekroje styczne i poprzeczne kambium wraz z róŜnicującym drewnem łodyg W. floribunda w lipcu 2005: 1. Jednorocznego. 2. Trzyletniego. Przygotowanie materiału do analizy obejmowało następujące czynności:

•

Pobranie próbek materiału:

Metoda pobrania róŜniła się w zaleŜności od grubości pędu. W przypadku pędów cieńszych (jednorocznych i dwuletnich), wycięłam fragmenty międzywęźli o długości około 5 mm, które następnie podzieliłam na 4 – 6 części (Ryc. 6 A). W starszych pędach wycięłam bloczki o wymiarach 10x5 mm, które podzieliłam wzdłuŜ osi organu na części o wymiarach około 2 – 3 mm x 5mm (Ryc. 6 C).

Ryc. 6. Pobieranie próbek kambium z pędów L. anagyroides i W. floribunda. PołoŜenie rdzenia zaznaczono linią przerywaną. Strzałki ilustrują kierunek przekroju. A) Sposób podzielenia fragmentów międzywęźli kilkuletnich pędów na cylindry. B) Sposób podzielenia cylindrów na mniejsze części. C) Sposób pobrania próbek kambium z pędu wieloletniego, około 20-letniego.

37

Pobrany bloczek podzielono na mniejsze fragmenty. •

Przygotowanie bloczków eponowych:

1. Utrwalenie w 2-4% aldehydzie glutarowym zbuforowanym 0,2 M. buforem fosforanowym, o pH 7,3 przez 8 godzin lub dłuŜej w temperaturze 4oC; 2. Płukanie w 0,2 M. buforze fosforanowym o pH 7,0 w temperaturze 4oC ( 3 * 15 minut). 3. Odwadnianie w szeregu acetonowym: 5% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 10% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 15% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 20% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 25% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 30% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 40% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 50% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 60% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 70% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 80% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; 90% aceton w wodzie destylowanej – 15 minut; aceton cz. d. a. – 30 minut; aceton cz. d. a. – 15 minut; aceton cz. d. a. + tlenek propylenu (1:1) – 2 * 15 minut; 4. Płukanie w tlenku propylenu – 2 * 15 minut; 5. Wysycanie mieszanką Ŝywicy eponowej w tlenku propylenu z dodatkiem DMP-30: 25% mieszanka (5 ml mieszanki Ŝywicy eponowej + 15 ml tlenku propylenu + 3 krople DMP-30) -1 godzina 50% mieszanka (10 ml mieszanki Ŝywicy eponowej + 10 ml tlenku propylenu + 6 kropel DMP-30) - 1 godzina 75% mieszanka (15 ml Ŝywicy mieszanki eponowej + 5 ml tlenku propylenu + 9 kropel DMP-30) - 12 godzin 100% mieszanka + 3 krople DMP-30 na kaŜde 5 ml mieszanki Ŝywicy eponowej – 24 godziny 6. Następnie materiał umieściłam w uprzednio przygotowanych kapsułkach wypełnionych 100% mieszanką Ŝywicy eponowej, przygotowanej w proporcjach: epon 812 – 8,86 ml; DDSA – 6,23 ml; MNA – 3,0 ml, i poddałam polimeryzacji termicznej w temperaturach: 38

35oC, 45oC i 60oC zmienianych co 24 godziny. • Powstałe kapsułki eponowe wraz z zawartym materiałem następnie wykorzystałam do wykonania preparatów stycznych oraz poprzecznych, o grubości około 3 µm, na ultramikrotomie firmy Tesla. Preparaty umieściłam na szkiełku podstawowym, pokrytym lepikiem Haupta (1 g Ŝelatyny, 15 ml gliceryny, 1 g fenolu, 100 ml wody destylowanej). •

Barwienie preparatów:

0,5% kwas nadjodowy – 1,5 godziny; woda bieŜąca (płukanie) – 5 minut; woda destylowana (płukanie) – 3 * 5 minut; odczynnik Schiffa – 1,5 godziny; woda siarkowa (płukanie) – 1do 2 minut błękit toluidyny – barwienie; płukanie w wodzie destylowanej; odwadnianie szeregiem alkoholowym: alkohol etylowy 20%, 40%, 60%, 80%, 100%, izopropanol czysty; •

Zatapianie preparatów w euparalu.

Euparal daje duŜą ostrość obrazu, ze względu na dogodny współczynnik załamania światła. Na przekrojach stycznych róŜnych wiekowo próbek kambium dokonałam pomiaru długości komórek wrzecionowatych L. anagyroides. Ponadto przeprowadziłam u obu badanych gatunków obserwacje układu rosnących członów naczyń, w odniesieniu do układu inicjałów wrzecionowatych kambium. Na przekrojach poprzecznych, na podstawie kilku kryteriów: grubości ścian komórkowych (Timell 1980), występowania podziałów antyklinalnych (Bannan 1957; Phillipson 1971; Schmid 1976), zasięgu wzrostu intruzywnego (Włoch 1988; Jura i in. 2006), dokonałam identyfikacji najbardziej prawdopodobnego połoŜenia komórek inicjalnych w kambium. 3.2. DREWNO 3.2.1. Opis anatomiczny drewna W badaniach układu naczyń wykorzystałam próbki drewna Milletia laurentii De Wild. Drewno drzew rodzaju Milletia znane jest w przemyśle stolarskim jako drewno Wenge, cenione z powodu niezwykle atrakcyjnej kolorystyki i faktury (Ryc. 7; cz. II). Występuje w naturze w najwyŜszych piętrach deszczowych lasów tropikalnych Zairu, Kamerunu, Gabonu, południowej Tanzanii, Mozambiku oraz Kongo. Wybór tego gatunku do moich 39

badań uzasadniony jest jego specyficznymi cechami, dotyczącymi budowy drewna oraz kambium: 1. Strukturą podwójnie piętrową kambium, co umoŜliwia bardzo szybką zmianę nachylenia i orientacji włóknistości w drewnie (włóknistość zapleciona). 2. Członami naczyń o prostej płycie perforacyjnej i średnicy światła często większej od średnicy wykorzystywanych przeze mnie igieł do akupunktury. 3. Naczyniami widocznymi na przekrojach poprzecznych pojedynczo lub w grupach do czterech naczyń. 4. Miękiszem drzewnym typu paratrachealnego smugowego (z ang. confluent). 5. DuŜą twardością drewna. Deskę, wyciętą z pnia (o obwodzie około 3 m) drzewa M. laurentii, zorientowaną w kierunku promieniowym, podzieliłam na poprzeczne bloczki o wymiarach 25 mm (szerokość) x 20 mm (wysokość) x 150 mm (grubość) (Ryc. 8). Otrzymane w ten sposób 23 bloczki drewna obejmowały pokład bieli o grubości około 30 mm. Pozostałą część kaŜdego bloczka stanowiła twardziel. Bloczki ponumerowałam w kierunku od apikalnej części organu do części bazalnej. 3.2.2. Obserwacja układu naczyń względem układu włóknistości, przy pomocy igieł do akupunktury Metoda badania orientacji wybranych elementów drewna przy wykorzystaniu róŜnego rodzaju cienkich drucików była wcześniej wykorzystywana przez Knigge’a i Schulza (1959), którzy wprowadzali cienkie druciki do świateł włókien oraz Kanai i współautorów (1996), którzy badali w ten sposób układ naczyń. Ja wybrałam do tej obserwacji igły do akupunktury, o grubości 150 µm. Wykorzystując przygotowane bloczki drewna, wprowadziłam igły do akupunktury do światła duŜych naczyń, których średnica światła wynosiła nawet więcej niŜ około 250 µm. Wprowadzając igłę do światła naczyń, wybrałam te, przez które igła przechodziła przez całą grubość bloczka, co umoŜliwiło mi wyznaczenie przebiegu naczyń na całej wysokości bloczków (Ryc. 8). Na wskutek duŜej twardości drewna wprowadzona do światła naczynia elastyczna igła przebiega dokładnie przez naczynie, nie przebijając bocznych ścian członów naczyń (Ryc. 9; cz. II).

40

Ryc. 8. Wykonanie bloczków drewna i wprowadzenie igieł do światła naczyń w bloczku. Strzałka ilustruje kierunek przyłoŜenia noŜa w trakcie wykonywania przełupu promieniowego. Linia narysowana na powierzchni apikalnej bloczka, wyznaczyła miejsce przyłoŜenia noŜa i jest zgodna z kierunkiem promieniowym.

Igły wprowadzałam wielokrotnie do światła tych samych naczyń, za kaŜdym razem na powierzchni bazalnej bloczka wierzchołek igły wynurzał się w tym samym naczyniu a orientacja igły była taka sama (Ryc. 10; cz. II). Naczynia, przez których światło udało się przeprowadzić igłę na całej wysokości bloczka, zaznaczyłam krzyŜykiem zarówno na powierzchni poprzecznej apikalnej jak i bazalnej bloczków oraz opatrzyłam kolejnym numerem (Ryc. 11; cz. II). Dla kaŜdego bloczka drewna wyznaczyłam zgodnie z układem promieni dwie linie w płaszczyźnie promieniowej odpowiednio na apikalnej i bazalnej powierzchni poprzecznej. Obie linie znajdowały się dokładnie na jednej płaszczyźnie promieniowej bloczków. Następnie wykonałam pary zdjęć przedstawiających rozmieszczenie naczyń widocznych na obu powierzchniach poprzecznych kaŜdego bloczka. Otrzymane pary zdjęć, przedstawiające rozmieszczenie naczyń na powierzchni apikalnej i bazalnej bloczków, nałoŜyłam na siebie przy pomocy programu do komputerowej obróbki graficznej obrazu. Aby nałoŜenie tych par zdjęć było dokładne, wykorzystałam takie markery połoŜenia jak kontur bloczka, wyróŜniające się grubością lub kształtem pokłady miękiszu osiowego i włókien, często tworzące na powierzchni poprzecznej drewna charakterystyczny wzór. Po wykonaniu zdjęć powierzchni bloczków z zaznaczonym połoŜeniem badanych naczyń, wykonałam przełupy promieniowe tych bloczków, naciskając ostrzem noŜa na linię 41

wyznaczoną dla płaszczyzny promieniowej na powierzchni apikalnej. W rezultacie po przełupaniu bloczka, na powierzchni bazalnej otrzymałam falistą linię przełupu, obrazującą zapleciony układ włóknistości w drewnie. Następnie wykonałam zdjęcia powierzchni bazalnej z widoczną falistą linią przełupu, które nałoŜyłam na wykonane uprzednio i nałoŜone na siebie pary zdjęć z widocznym układem naczyń badanych przy pomocy igieł do akupunktury. Wykorzystałam w tym celu te same co poprzednio markery połoŜenia. Na podstawie zdjęć wykonałam następnie schematy ilustrujące połoŜenie badanych naczyń na powierzchni apikalnej i bazalnej bloczków, połoŜenie i kształt linii przełupu. Zgodnie z wyznaczoną wcześniej dla płaszczyzny promieniowej linią, wyznaczyłam oś promieniową oraz prostopadłą do niej oś styczną (w płaszczyźnie stycznej). Równolegle do tak wyznaczonych osi wykonałam siatkę prowadnic. Aby zilustrować połoŜenie badanych naczyń oznaczyłam je kolorami: naczynia na powierzchni apikalnej – kolorem niebieskim a na bazalnej – kolorem czerwonym (Ryc. 11; cz. II). Następnie opisałam kolejnymi numerami kaŜdą parę punktów oznaczających połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej (kolor czerwony) i połoŜenie naczyń na powierzchni apikalnej (kolor niebieski). Wykonane schematy (Ryc. 12) posłuŜyły mi do obserwacji odchylenia badanych naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (Analiza 1), odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej (Analiza 2) oraz odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu (Analiza 3 i 4).

42

Ryc. 12. Schemat rozmieszczenia naczyń na powierzchni apikalnej oraz bazalnej bloczka drewna. Kolor niebieski – połoŜenie naczynia na powierzchni apikalnej bloczka Kolor czerwony - połoŜenie naczynia na powierzchni bazalnej bloczka Pogrubiona pionowa linia – wyznaczona oś promieniowa, miejsce przyłoŜenia noŜa w czasie wykonywania przełupu promieniowego. Falista linia – linia przełupu obserwowana na powierzchni bazalnej.

Analiza 1. Odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej. W celu przedstawienia metody postępowania, wybrałam jedną parę punktów zaznaczonych kolorem niebieskim i czerwonym (Ryc. 13 A). W pierwszej kolejności przeniosłam punkt czerwony równolegle do osi promieniowej (wyróŜniona w siatce prowadnic linia w kolorze niebieskim), tak, aby znalazł się w tym samym połoŜeniu co punkt niebieski względem tej osi. W ten sposób odchylenie naczynia w płaszczyźnie promieniowej 43

nie było brane pod uwagę w tej analizie (Ryc. 13 B). Następnie ta para punktów została przeniesiona równolegle do osi stycznej (wyróŜniona linia w siatce prowadnic w kolorze czerwonym) z zachowaniem odległości między nimi, w taki sposób, aby punkt niebieski umieszczony został na osi promieniowej (w kolorze niebieskim). Wtedy punkt czerwony przedstawia odchylenie badanego naczynia w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (Ryc. 13 C). Postępując tak samo przeniosłam kolejne pary punktów, tak Ŝe wyznaczona oś promieniowa stanowiła odniesienie dla kaŜdego badanego fragmentu naczynia. W efekcie otrzymałam wykres odchyleń dla wszystkich badanych naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej. PołoŜenie czerwonych punktów ilustruje więc zarówno wielkość odchyleń badanych naczyń w płaszczyźnie stycznej, jak i zmianę ich orientacji (Ryc. 37 i 38). Wartość średniej wielkości odchylenia w płaszczyźnie stycznej, względem wyznaczonej osi promieniowej, dla wszystkich badanych naczyń, przyjęłam za 100%, jako odniesienie do dalszych porównań.

Ryc.13. Sposób przedstawienia odchylenia w płaszczyźnie stycznej względem płaszczyzny promieniowej wybranej pary punktów wyznaczających połoŜenie jednego naczynia. Linia niebieska – wyznaczona oś promieniowa; linia czerwona – wyznaczona oś styczna A) Punkty zaznaczone kolorem niebieskim przedstawiają połoŜenie naczynia na powierzchni apikalnej, a kolorem czerwonym – połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej. B) Punkt czerwony (połoŜenie naczynia na powierzchni bazalnej) przemieszczono równolegle do osi promieniowej w taki sposób, Ŝe względem osi promieniowej znalazł się w tym samym połoŜeniu co punkt niebieski. C) Para punktów została przemieszczona z zachowaniem odległości między nimi, równolegle do osi stycznej w taki sposób, Ŝe niebieski punkt znajduje się bezpośrednio na wyznaczonej osi promieniowej (linia niebieska). 44

Analiza 2. Odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej. Naczynia ulegają odchyleniu w niewielkim zakresie równieŜ w płaszczyźnie promieniowej (Kitin i in. 2003, 2004). Wzięłam pod uwagę moŜliwość odchylenia naczyń zarówno w kierunku na zewnątrz jak i do wewnątrz cylindra odkładanego drewna. W celu przedstawienia metody postępowania, podobnie jak poprzednio, wybrałam jedną parę punktów oznaczonych kolorem niebieskim i czerwonym (Ryc. 14 A). W pierwszej kolejności przeniosłam równolegle do osi stycznej (wyróŜniona linia w siatce prowadnic w kolorze czerwonym) punkt czerwony tej pary punktów, tak, aby punkt czerwony znalazł się względem osi stycznej w tym samym połoŜeniu co punkt niebieski. W ten sposób odchylenie naczynia w płaszczyźnie stycznej nie jest brane pod uwagę (Ryc. 14 B).

Ryc.14. Sposób przedstawienia odchylenia w płaszczyźnie promieniowej względem płaszczyzny stycznej wybranej pary punktów wyznaczających połoŜenie jednego naczynia. Linia niebieska – wyznaczona oś promieniowa; Linia czerwona – wyznaczona oś styczna A) Punkty zaznaczone kolorem niebieskim przedstawiają połoŜenie naczynia na powierzchni apikalnej, a kolorem czerwonym – połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej. B) Punkt czerwony (połoŜenie naczynia na powierzchni bazalnej) przemieszczono równolegle do osi stycznej w taki sposób, Ŝe względem osi stycznej znalazł się w tym samym połoŜeniu co punkt niebieski. C) Para punktów została przemieszczona z zachowaniem odległości między nimi, równolegle do osi promieniowej w taki sposób, Ŝe niebieski punkt znajduje się bezpośrednio na wyznaczonej osi promieniowej (linia niebieska).

45

Następnie tą parę punktów przeniosłam równolegle do osi promieniowej (wyróŜniona linia w siatce prowadnic w kolorze niebieskim) z zachowaniem odległości między nimi, w taki sposób, aby punkt niebieski umieszczony został na osi stycznej (w kolorze czerwonym). Wtedy punkt czerwony przedstawia odchylenie badanego naczynia w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej (Ryc. 14 C). Postępując tak samo przeniosłam kolejne pary punktów, tak, Ŝe wyznaczona oś styczna stanowiła odniesienie dla kaŜdego badanego fragmentu naczynia. W efekcie otrzymałam wykres odchyleń dla wszystkich badanych naczyń w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej. PołoŜenie czerwonych punktów ilustruje więc zarówno wielkość odchyleń badanych naczyń w płaszczyźnie promieniowej, jak i kierunek ich odchylenia względem cylindra tworzonego drewna (Ryc. 39). Wartość średniej wielkości odchylenia w płaszczyźnie promieniowej dla wszystkich badanych naczyń porównałam z wartością przyjętą wcześniej za 100% dla średniej wielkości odchylenia badanych naczyń w płaszczyźnie stycznej. Układ włóknistości widoczny na przełupie promieniowym nie ma związku ze zmianą orientacji naczyń w płaszczyźnie promieniowej, w związku z tym w tej analizie nie brałam pod uwagę układu włóknistości widocznego na przełupie promieniowym. Analiza 3. Odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu promieniowego. Wykorzystując schematy wykonane w analizie 1, zmierzyłam wielkość odchylenia fragmentów badanych naczyń (punkty czerwone) względem linii przełupu dla kaŜdej pary punktów (Ryc. 37 i 38). Wyznaczyłam średnie odchylenie wszystkich badanych naczyń od linii przełupu odpowiadającej nachyleniu oraz orientacji włóknistości w badanych warstwach drewna. Wartość średniej wielkości tych odchyleń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu dla wszystkich badanych naczyń porównałam z wartością przyjętą wcześniej za 100% dla średniej wielkości odchylenia badanych naczyń w płaszczyźnie stycznej. Analiza 4. Odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu promieniowego z uwzględnieniem przebiegu granic pokładów miękiszu osiowego i włókien. Zwróciłam uwagę na moŜliwość powstania błędu w analizie 3, spowodowaną sprowadzeniem kolejnych przyrostów drewna do linii prostych w siatce prowadnic, prostopadłych do płaszczyzny promieniowej. W rzeczywistości przyrosty drewna są w przybliŜeniu okręgami, a fragmenty przyrostów obserwowane na wykonanych przeze mnie 46

zdjęciach stanowią wycinek takich okręgów. Metoda zastosowana w analizie 3, w przypadku drewna o szybko zmieniającym się nachyleniu i orientacji włóknistości (szczególnie w przypadku włóknistości zaplecionej), moŜe skutkować znaczącym błędem pomiarowym. Dlatego przeprowadziłam kolejną analizę, przemieszczając pary naczyń wzdłuŜ linii narysowanych zgodnie z układem granic pokładów miękiszu i włókien, zamiast wzdłuŜ prowadnic prostopadłych do płaszczyzny promieniowej (Ryc. 15; cz. II). Podkreślić naleŜy, iŜ drewno M. laurentii charakteryzuje się tak szybką przebudową układu inicjałów kambium oraz tak gwałtowną zmianą orientacji i nachylenia włóknistości w drewnie, Ŝe przesunięcie badanych par naczyń w kierunku promieniowym nawet o jeden milimetr mogło spowodować znaczącą zmianę wyniku pomiaru. Uzyskane wyniki odchylenia badanych naczyń w tych 4 analizach przedstawiłam w tabeli, uwzględniając równieŜ średnią wielkość odchylenia naczyń w kolejnych analizach. Wprowadziłam dwie klasyfikacje badanych naczyń w oparciu o wyniki analizy 4: I klasyfikacja oparta na róŜnicy kąta nachylenia naczynia względem kąta nachylenia włóknistości, dzieląca badane naczynia na: 1) naczynia o kącie nachylenia identycznym z kątem nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. 2) naczynia o kącie nachylenia większym od kąta nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. 3) naczynia o kącie nachylenia mniejszym od kąta nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. oraz II klasyfikacja: 1) naczynia o kącie nachylenia identycznym z kątem nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. 2) naczynia nachylone w stronę lewą względem kąta nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. 3) naczynia nachylone w stronę prawą względem kąta nachylenia włóknistości w tym przyroście drewna. Charakterystyka metody wzajemnego porównania włóknistości drewna i układu naczyń w drewnie przy wykorzystaniu igieł do akupunktury Metoda wprowadzenia cienkich igieł do światła naczyń wydaje się być interesującym sposobem pozyskania informacji o układzie naczyń w drewnie. Przede wszystkim waŜna jest moŜliwość pozyskania danych o układzie naczyń występujących w badanej próbce drewna bez zniszczenia tej próbki. Nie znalazłam w literaturze innej wiarygodnej metody, która 47

umoŜliwiłaby otrzymanie danych o układzie naczyń w drewnie przy zachowaniu próbki drewna do dalszych badań. Stosowana przez niektórych autorów metoda wpuszczania do światła naczyń płynu z barwnikiem jest obarczona duŜym błędem, poniewaŜ płyn ten moŜe przenikać do sąsiadujących naczyń (Zimmermann 1983). Metoda polegająca na porównywaniu kolejnych zdjęć przekrojów poprzecznych pozwala na uzyskanie bardzo szczegółowych danych, ale nierozerwalnie związana jest ze zniszczeniem próbki drewna a więc niemoŜliwością wykonania innych badań. Przede wszystkim metoda taka nie daje moŜliwości porównania układu naczyń z układem włóknistości. Porównanie średniej wielkości odchylenie naczyń w płaszczyźnie stycznej względem płaszczyzny promieniowej (Analiza 1) ze średnim odchyleniem naczyń względem linii przełupu (Analiza 3 i 4) umoŜliwia określenie stopnia zgodności pomiędzy włóknistością a układem naczyń. PoniewaŜ włóknistość jest powszechnie uwaŜana za odzwierciedlenie orientacji układu inicjałów kambium (Hejnowicz 1968; Hejnowicz, Romberger 1973; Harris 1989; Zagórska-Marek 1995), zastosowana przeze mnie metoda umoŜliwia takŜe pośrednio zbadanie związku między układem inicjałów kambium a układem naczyń. NajwaŜniejsze zalety zastosowanej przeze mnie metody moŜna podsumować następująco: 1.

Pozyskanie wzoru układu naczyń na powierzchni apikalnej i bazalnej próbki drewna

bez zniszczenia próbki, którą moŜna następnie poddać dalszej analizie. Jest to największa moim zdaniem zaleta umoŜliwiająca pozyskanie róŜnych danych, które następnie moŜna odnieść do tej samej próbki, przez co otrzymuje się dane dotyczące róŜnych wybranych elementów drewna, we wzajemnej ich korelacji. 2.

Wysoka dokładność. Analizując powierzchnie styczne otrzymane w wyniku przełupów

stycznych na których widoczne były naczynia (często rozłupane) uzyskałam potwierdzenie, Ŝe igła do akupunktury przechodzi przez światło naczynia. Nie zaobserwowałam przypadku przebicia się igły do sąsiedniego naczynia ani tym bardziej do komórek miękiszowych. Po wprowadzeniu igieł do akupunktury do świateł badanych naczyń i zaznaczeniu połoŜenia tych naczyń na powierzchni apikalnej i bazalnej bloczków, wielokrotnie wyjmowałam i wprowadzałam igły do świateł tych naczyń, igła wynurzała się na powierzchni bazalnej za kaŜdym razem dokładnie w tym samym miejscu. Interesującą obserwacją jest równieŜ próba wbicia igły do miękiszu osiowego. Drewno M. laurentii jest drewnem bardzo twardym i próby wbicia igły w warstwy komórek miękiszowych zakończyły się niepowodzeniem, igła zanurzała się na mniej niŜ 1 mm. 3.

Niski koszt badań. Metoda ta oparta jest na niezwykle tanim warsztacie, wymaga 48

zastosowania igieł do akupunktury, wykonaniu zdjęć powierzchni badanych próbek pod mikroskopem stereoskopowym, a następnie obróbce zdjęć cyfrowych przy wykorzystaniu odpowiedniego programu. Metoda ta nie wymaga zastosowania drogich odczynników ani specjalistycznych urządzeń analitycznych. Igły do akupunktury okazały się w moim przypadku idealnym rozwiązaniem, z powodu łatwej ich dostępności i niskiej ceny. Metoda wprowadzenia igieł do akupunktury do światła naczyń ma takŜe wady, które w oparciu o moje doświadczenie określiłam jako: 1.

Ograniczenie doboru materiału. Metodę wprowadzenia igieł moŜna przeprowadzić

jedynie w przypadku badania drewna charakteryzującego się duŜym światłem pojedynczych naczyń (co jest charakterystyczne dla większości wysokich deszczowego drzew lasu tropikalnego, do których naleŜy M. laurentii). Najcieńsze igły, jakie są dostępne w obrocie handlowym mają grubość 150 µm a więc światło badanych naczyń musi mieć odpowiednio większą średnicę. 2.

Ograniczenie wieku drewna. W przypadku drewna M. laurentii wprowadzenie igły

do światła naczynia było moŜliwe prawie wyłącznie w obrębie bieli. Jak sądzę spowodowane jest to niedroŜnością naczyń w starszym drewnie, np. wypełnieniem ich światła przez wcistki miękiszowe. 3.

Ograniczenie wysokości próbek drewna. Jest to ograniczenie spowodowane przede

wszystkim długością igieł do akupunktury. Podzielenie drewna na próbki o wysokości 20 mm było spowodowane tym, iŜ igły do akupunktury powszechnie dostępne mają długość 20-25 mm, ale warto rozwaŜyć zastosowanie igieł lub innego rodzaju drucików o większej długości, co da moŜliwość wykorzystania próbek o większej wysokości. Niemniej jednak moŜna napotkać na trudności w manualnym wprowadzeniu igieł do światła naczyń w przypadku zastosowania zbyt długich i zbyt cienkich igieł. 4.

Ograniczenie wybiórczości badania. Wprowadzenie igły do światła naczynia było

w przypadku drewna M. laurentii jedynie w przypadku duŜych naczyń, co oznacza, iŜ większa część naczyń badanego drewna nie była dostępna dla tej metody. Pozyskanie cieńszych igieł moŜe zwiększyć moŜliwość zastosowania tej metody w przypadku naczyń o mniejszej średnicy, wprowadzenie manualne tak cienkich igieł byłoby jednak trudne do wykonania, ze względu na ich delikatność i łatwość wyginania się. W takim przypadku rozwiązaniem moŜe być zaprojektowanie urządzenia wsuwającego igły automatycznie. 5.

Ograniczenie precyzyjności badania. Tym terminem określam pewną trudność, którą

moŜna napotkać podczas analizy pewnych typów drewna. W przypadku badania drewna o bardzo szybkiej przebudowie, badanie musi być wykonane ze szczególną precyzją, 49

poniewaŜ nawet niewielkie przesunięcie zdjęć nakładanych na siebie moŜe spowodować powstanie znaczącego błędu. Zastosowanie zdjęć wykonywanych pod duŜym powiększeniem ułatwia wykonanie wiarygodnej analizy materiału. Podkreślam, iŜ metoda ta moŜe być znacznie prostsza w przypadku drewna o mniej intensywnej przebudowie układu komórek kambium. Pomimo ograniczeń zastosowanej przeze mnie metody, daje ona moŜliwość porównania kilku, do tej pory niezaleŜnych wyników badań i skorelowania ich ze sobą. 3.2.3. Obserwacja układu naczyń na powierzchniach stycznych drewna na tle układu komórek miękiszu osiowego, z uwzględnieniem połoŜenia promieni oraz połoŜenia granic pięter Wykonałam wielokrotne przełupy styczne badanych bloczków drewna, co umoŜliwiło obserwację układu elementów drewna w róŜnych warstwach przyrostu wtórnego. W ten sposób mogłam obserwować nie tylko orientację elementów drewna w jednej warstwie drewna wtórnego, ale równieŜ zmianę tej orientacji w czasie, porównując kolejne powierzchnie przełupów ze sobą. Wykonując przełupy styczne drewna, przykładałam ostrze noŜa do apikalnej powierzchni poprzecznej bloczków drewna, równolegle do pokładów miękiszu osiowego typu smugowego. Pod wpływem nacisku ostrza noŜa stosunkowo łatwo otrzymywałam przełupy styczne na całej powierzchni badanych bloczków idealnie przez warstwy komórek miękiszu osiowego. PoniewaŜ badane bloczki w kierunku promieniowym miały największy wymiar, moŜliwe było równieŜ przełamanie bloczków w rękach, idealnie stycznie do warstw komórek miękiszu osiowego. Otrzymane w wyniku przełupów stycznych powierzchnie sfotografowałam, następnie na wykonanych zdjęciach przeprowadziłam obserwacje przebiegu naczyń widocznych na tle układu komórek miękiszu osiowego. Szczególną uwagę zwróciłam na: •

to, czy igły do akupunktury przebiegały w świetle naczyń;

•

orientację naczyń względem osi organu oraz komórek miękiszu osiowego;

•

układ komórek miękiszu osiowego w miejscach sąsiadujących z naczyniami, ze szczególnym uwzględnieniem miejsc, w których przebieg naczynia był nieregularny, np. orientacja naczynia była inna od orientacji komórek miękiszu osiowego lub kształt naczynia był nietypowy;

•

układ promieni w bezpośrednim sąsiedztwie naczyń;

•

układ granic pięter w pobliŜu naczyń. 50

PoniewaŜ układ komórek miękiszu osiowego odzwierciedla układ komórek inicjalnych kambium istniejący w chwili tworzenia tej warstwy drewna (Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Włoch 1985, 1987, 1988) porównanie układu naczyń z układem komórek miękiszu osiowego jest zarazem porównaniem układu naczyń z układem inicjałów kambium. Na podstawie fotografii powierzchni stycznych drewna wyznaczyłam orientację komórek miękiszu osiowego, zaznaczając kolorem czerwonym w kolejnych piętrach światło komórek kontaktujących się ze sobą (Ryc. 42 i 43; cz. II). Zgodnie z orientacją tak zaznaczonych komórek, narysowałam tuŜ obok linię prostą w kolorze czerwonym. Zaznaczyłam równieŜ przebieg naczyń krzywą w kolorze zielonym, zgodnie ze środkiem światła naczyń widocznych na zdjęciach powierzchni stycznych. Następnie porównałam tak otrzymane linie (Ryc. 42 i 43; cz. II). Aby zbadać czy odchylenia naczyń od orientacji komórek miękiszu osiowego mają charakter liniowy, wyznaczyłam dla wszystkich 16 badanych naczyń (Ryc. 42; cz. II) 7 punktów dzielących otrzymane wcześniej pary linii (zielona – orientacja naczynia, czerwona – orientacja komórek miękiszu osiowego) na odcinki o równej długości. Punkt pierwszy, w którym zawsze badane pary linii nakładały się, nazwałam „punktem zerowym” i punkt ten pominęłam w dalszym badaniu. W pozostałych sześciu wyznaczonych punktach zmierzyłam wielkość odchylenia naczynia od orientacji komórek miękiszu osiowego. Zwracałam przy tym uwagę na orientację tego odchylenia. Następnie wyznaczyłam średnią wielkość odchylenia naczyń od orientacji komórek miękiszu osiowego odpowiednio dla punktu 1, 2, 3, 4, 5, 6. Na innych zdjęciach powierzchni stycznych, wykonanych w większym powiększeniu, zaznaczyłam kolorem niebieskim połoŜenie najbliŜszych promieni sąsiadujących z członami naczyniami w kolejnych piętrach (jak na ryc. 44; cz. II). Promienie występujące w pobliŜu obserwowanych wygięć członów naczyń wyróŜniłam czerwoną strzałką. W przypadku wystąpienia dyslokacji połoŜenia pięter w pobliŜu naczyń, zaznaczyłam układ granic pięter czerwonymi liniami. Miejsce wystąpienia dyslokacji wyróŜniłam fioletową elipsą (Ryc. 56; cz. II). 3.2.4. Obserwacja układu naczyń na tle układu komórek miękiszu osiowego z uwzględnieniem układu promieni widocznych na przekrojach stycznych drewna wtórnego M. laurentii Surowy bloczek drewna pocięłam na skrawki styczne, o grubości około 30 µm., na mikrotomie saneczkowym. Skrawki umieściłam na szkiełku podstawowym, pokrytym 51

lepikiem Haupta (1 g Ŝelatyny, 15 ml gliceryny, 1 g fenolu, 100 ml wody destylowanej), następnie suszyłam przez 5 tygodni. Przewiązałam skrawki nicią krawiecką, aby zapobiec ich odklejeniu się od szkiełka podstawowego, po czym, w celu usunięcia powietrza, czterokrotnie poddałam je gotowaniu w alkoholu etylowym na łaźni wodnej, co 5 minut przenosząc je do zimnego alkoholu. Następnie umieściłam szkiełka ze skrawkami drewna w ksylenie na 7 dni, po czym zamknęłam skrawki w balsamie kanadyjskim i przykryłam szkiełkiem nakrywkowym. Tak przygotowane preparaty sfotografowałam pod mikroskopem Olimpus BX41. Wykonane zdjęcia cyfrowe posłuŜyły do dalszej analizy. Zwróciłam szczególną uwagę na połoŜenie promieni w pobliŜu widocznych członów naczyń. Wykonałam następnie porównanie układu komórek miękiszu osiowego z układem członów naczyń, widocznych na kolejnych przekrojach stycznych drewna wtórnego. 3.2.5. Porównanie orientacji i wielkości nachylenia włóknistości i komórek miękiszu osiowego W celu zbadania zaleŜności między zmianą nachylenia układu włóknistości a zmianą nachylenia układu komórek miękiszu osiowego, wykonałam zdjęcia powierzchni poprzecznej apikalnej badanych bloczków, z widoczną wyznaczoną wcześniej linią dla powierzchni promieniowej, oraz zdjęcia powierzchni poprzecznej bazalnej z widoczną falistą linią przełupu promieniowego i wyznaczoną wcześniej linią dla powierzchni promieniowej. Wykonałam następnie przełupy styczne tych samych bloczków, przykładając ostrze noŜa na powierzchni apikalnej bloczków, równolegle do warstw miękiszu osiowego. Miejsce wykonania przełupów stycznych zaznaczyłam na zdjęciach poprzecznych powierzchni bloczków z zaznaczoną linią przełupu. Na zdjęciach powierzchni stycznych drewna przeprowadziłam linię prostą, której orientacja jest zgodna z orientacją długich osi komórek miękiszu osiowego (linia ciągła na rycinie 16; cz. II). Prostą tą następnie przyrównałam do prostej, której orientacja jest zgodna z osią organu (linia przerywana na rycinie 16). Długość tej prostej (linia przerywana) odpowiada 20 mm, a więc tyle, ile wynosi wysokość bloczków drewna i zarazem odległość pomiędzy powierzchnią apikalną i bazalną bloczków drewna. W odległości 20 mm wzdłuŜ osi organu od punktu nałoŜenia obu linii (na powierzchni apikalnej) wyznaczyłam odcinek „A” pod kątem prostym do prostej zgodnej z osią organu (linia przerywana). Jeden koniec odcinka A jest ograniczony połoŜeniem prostej zgodnej z osią organu a drugi – połoŜeniem prostej zgodnej z orientacją komórek miękiszu osiowego (linia ciągła). PołoŜenie odcinka odpowiada połoŜeniu powierzchni bazalnej bloczka. Odcinek ten obrazuje wielkość nachylenia komórek miękiszu względem osi organu 52

obserwowaną w badanym bloczku (Ryc. 16; cz. II). Uzyskane dla kolejnych zdjęć powierzchni stycznych taką metodą odcinki naniosłam dokładnie w miejscu wykonania przełupów stycznych, z zachowaniem właściwej skali na zdjęcia wykonane w analizie 4, co umoŜliwiło porównanie nachylenia komórek miękiszu osiowego obserwowanego na powierzchniach stycznych, z nachyleniem włóknistości obserwowanym na przełupie promieniowym tego samego bloczka drewna. 3.3. PREZENTACJA WYNIKÓW W PRACY Praca niniejsza jest podzielona na dwie niezaleŜne części, część I zawiera treść oraz rysunki pomocnicze, część II zawiera zdjęcia wydrukowane na papierze fotograficznym. W części II przedstawiłam ponadto uzyskane wyniki pomiarów w formie tabel. Wykonane przeze mnie schematy, w tym równieŜ schematy wykonane na podstawie zdjęć mikroskopowych, ale niezawierające elementów wymagających druku o wysokiej rozdzielczości, przedstawiłam w treści opracowania, w części I. Wykonałam łącznie 40 serii przekrojów kambium i róŜnicującego drewna wtórnego L. anagyroides oraz W. floribunda, kaŜda seria obejmowała więcej niŜ 50 przekrojów mikroskopowych. Łączna liczba wykonanych przeze mnie fotografii dotyczących tej części badań, wynosi 90, z czego wybrałam 28 zdjęć, które, przedstawiłam w części II niniejszej pracy. Podczas badania bloczków drewna wtórnego M. laurentii wykonałam łącznie około 400 fotografii, wybrałam 60 zdjęć, które przedstawiłam w części II tej pracy. Na podstawie 69 zdjęć powierzchni poprzecznych bloczków wykonałam 23 schematy, słuŜące do pomiarów obserwowanych w wykonanych analizach (1, 2, 3 i 4) odchyleń naczyń. W pracy mojej wykorzystałam zarówno zdjęcia czarno-białe jak i kolorowe.

53

4. WYNIKI 4.1. ANATOMIA KAMBIUM ORAZ RÓśNICUJĄCYCH NACZYŃ LABURNUM ANAGYROIDES I WISTERIA FLORIBUNDA 4.1.1. Obserwacja układu komórek wrzecionowatych w róŜnych latach aktywności kambium Laburnum anagyroides Obserwacja przekrojów stycznych kambium L. anagyroides w pierwszych dwóch latach jego aktywności oraz starszego, wieloletniego (około 20 lat), wykazała tendencję do tworzenia się struktury piętrowej, w obecności wysokich, wielorzędowych promieni (Ryc. 17). Promienie mają zróŜnicowaną budowę, a mianowicie wstępują zarówno niskie, jednorzędowe promienie, jak i wysokie na wiele pięter, wielorzędowe promienie. Obserwowałam częste przypadki utrzymania ciągłości połoŜenia granic pięter po obu stronach wysokich, wielorzędowych promieni. Końce komórek wrzecionowatych układają się wówczas horyzontalnie, po obu stronach promienia, na tej samej wysokości w osi organu. Tak zbudowane piętra, którego granice utrzymują ciągłość po obu stronach wysokich, wielorzędowych promieni, są heterogenne.

Ryc. 17. Porównanie układu komórek kambium. A – pierwszy rok aktywności kambium. B – drugi rok aktywności kambium C – dwudziesty rok aktywności kambium Grupy komórek wrzecionowatych, których końce znajdują się w przybliŜeniu na tej samej wysokości w osi pnia zaznaczone są kolorami. Promienie zaznaczone są czarno-białą kratą. 54

W pierwszym roku aktywności kambium obserwowałam na przekroju stycznym komórki wrzecionowate ułoŜone w niewielkie grupy komórek, których końce znajdują się w przybliŜeniu na tej samej wysokości w osi pnia. Grupy te w pierwszym roku aktywności kambium złoŜone są zaledwie z kilku komórek (najliczniej prezentowane są grupy złoŜone z 2 – 4 komórek, sporadycznie występują grupy złoŜone z 5 – 6 komórek). RóŜne grupy nie tworzą regularnych pięter, ale ułoŜone są nieregularnie na powierzchni kambium i tworzą mozaikę. Często są to grupy komórek o wspólnym pochodzeniu, powstałe z jednej komórki prokambium w wyniku kolejnych podziałów antyklinalnych podłuŜnych. Względny przyrost powierzchni kambium pomiędzy pierwszym a drugim rokiem aktywności badanego kambium wyniósł około 85%. Piętrowość w pierwszym roku aktywności kambium jest słabo zaznaczona, natomiast w drugim roku aktywności kambium układ komórek wrzecionowatych wykazuje juŜ wyraźną piętrowość. Wtedy widoczne są juŜ szerokie grupy, zbudowane najczęściej z kilkunastu komórek, których końce połoŜone są na podobnej wysokości. MoŜna stwierdzić, Ŝe konsekwencją dalszego poszerzania takich grup komórek, których końce połoŜone są na tej samej wysokości, jest utworzenie regularnych pięter. Końce komórek wrzecionowatych w takich grupach, w kambium dwuletnim tworzą zygzakowate linie, ułoŜone horyzontalnie lub często ukośnie względem osi organu. W przypadku kambium starszego (dwudziestoletniego) gdzie obwód pnia wynosi około 40 cm, układ komórek wrzecionowatych tworzy regularną strukturę piętrową. Piętra, utworzone są juŜ z co najmniej kilkudziesięciu komórek wrzecionowatych i tworzą regularne, horyzontalne granice, równieŜ zachowujące ciągłość po obu stronach wysokich, wielorzędowych promieni. Wynika z tego, Ŝe wysokie, wielorzędowe promienie nie stanowią przeszkody do utworzenia się regularnych, szerokich pięter. 4.1.2. Porównanie długość komórek wrzecionowatych w róŜnych latach aktywności kambium Laburnum anagyroides Porównanie średniej długości komórek wrzecionowatych w badanych latach aktywności kambium L. anagyroides wykazało zmiany średniej długości tych komórek (Ryc. 18), jednak porównanie średniej długości komórek wrzecionowatych w próbkach pobranych w maju i w lipcu nie wykazało znaczących róŜnic pomiędzy tymi próbkami ale w obrębie tego samego roku aktywności kambium. W dalszym toku pracy omawiam wyłącznie róŜnice pomiędzy pierwszym, drugim a dwudziestym rokiem aktywności kambium. Okazało się, Ŝe średnia długość komórek wrzecionowatych pomiędzy pierwszym a drugim rokiem aktywności kambium uległa zwiększeniu z 211,8 µm do 232,2 µm. PoniewaŜ w kambium 55

dwudziestoletnim, gdzie występuje regularna piętrowość co oznacza zarazem, Ŝe długość komórek jest ustabilizowana, średnia długość komórek wynosi 190,5 µm (czyli komórki wrzecionowate są wyraźnie krótsze), to moŜna powiedzieć, Ŝe wzrost średniej długości komórek wrzecionowatych pomiędzy pierwszym a drugim rokiem aktywności kambium ma charakter przejściowy.

Ryc. 18. Porównanie średniej długości komórek wrzecionowatych kambium L. anagyroides w 3 badanych latach aktywności kambium. Na osi X przedstawiono wyniki dla trzech wybranych lat funkcjonowania kambium: I – kambium jednoroczne, II – kambium dwuletnie, XX – kambium dwudziestoletnie. Wysokość słupków odpowiada średniej wysokości komórek wrzecionowatych odpowiednio w pierwszym, drugim oraz w dwudziestym roku funkcjonowania kambium.

Na podstawie pomiaru najdłuŜszej i najkrótszej obserwowanej komórki wrzecionowatej wyznaczyłam sześć przedziałów długości komórek wrzecionowatych i określiłam liczbę obserwowanych komórek wrzecionowatych w kaŜdym przedziale długości (Ryc. 19). W pierwszym roku aktywności kambium występuje duŜe zróŜnicowanie długości komórek wrzecionowatych, obserwowałam zarówno bardzo krótkie (120 – 150 µm) jak 56

i długie (241 – 270 µm) komórki wrzecionowate. MoŜna wyróŜnić dwa przedziały długości: jeden od 181 do 210 µm oraz drugi od 211 do 240 µm, w których komórki wrzecionowate występują liczniej niŜ w pozostałych. Średnia długość komórek wrzecionowatych (Ryc. 18) naleŜy do przedziału, w którym występuje najwięcej komórek. W drugim roku aktywności kambium występuje wyraźne zmniejszenie zróŜnicowania długości komórek wrzecionowatych, komórki zdecydowanie liczniej występują w przedziale 211 – 240 µm, niŜ w pozostałych przedziałach długości. W tym wieku kambium nie występują juŜ najkrótsze komórki, z przedziału 120 – 150 µm, występują natomiast komórki bardzo długie (271 – 300 µm), jakich nie obserwowałam w kambium jednorocznym. Średnia długość komórek wrzecionowatych (Ryc. 18) równieŜ naleŜy do tego przedziału, w którym występuje najwięcej komórek.

Ryc. 19 Liczba komórek wrzecionowatych kambium L. anagyroides w wyznaczonych przedziałach długości. Na osi X przedstawiono zgrupowane wyniki dla trzech wybranych lat funkcjonowania kambium: I – kambium jednoroczne, II – kambium dwuletnie, XX – kambium dwudziestoletnie. W obrębie kaŜdej grupy przedstawiono liczbę komórek naleŜących do wyznaczonych sześciu przedziałów długości komórek wrzecionowatych, oznaczone kolorami. Na osi Y przedstawiono procentowy udział komórek o róŜnej długości, naleŜących do wyznaczonych przedziałów. 57

W kambium dwudziestoletnim zróŜnicowanie długości komórek wrzecionowatych jest znacznie mniejsze. Nie występują zarówno komórki bardzo krótkie (w przedziale 120 – 150 µm) jak i bardzo długie (w przedziałach 271 – 300 µm). Na podstawie tej obserwacji stwierdziłam, Ŝe wraz w kolejnych latach aktywności kambium doszło do wyrównania długości komórek wrzecionowatych, co wydaje się być logiczną konsekwencją powstawania regularnej struktury piętrowej. W tym wieku kambium najliczniej występują komórki naleŜące do przedziału 181 – 210 µm (60%), a zatem najliczniejsze są komórki krótsze, niŜ w przypadku kambium dwuletniego. Średnia długość komórek wrzecionowatych (Ryc. 18) w kambium dwudziestoletnim naleŜy do przedziału, w którym występuje najwięcej komórek. Jest to związane ze zmniejszeniem się średniej długości komórek wrzecionowatych pomiędzy drugim a dwudziestym rokiem aktywności kambium co wiąŜe się równieŜ z mniejszą wysokością pięter. NaleŜy tutaj podkreślić, Ŝe pomimo zmiany wysokości pięter nie jest moŜliwe zmniejszanie się wysokości kambium, a zatem zmniejszanie się wysokości pięter oznacza jednocześnie zmianę liczby pięter na tym samym odcinku wysokości kambium. Taka zmiana musi być związana z intensywną przebudową pionową połoŜenia nawet bardzo duŜych grup komórek wrzecionowatych. 4.1.3. Układ komórek kambium Laburnum anagyroides obserwowany na przekrojach poprzecznych Porównywanie układu komórek wrzecionowatych, widocznego na kolejnych przekrojach poprzecznych, umoŜliwia dokładną obserwację szczegółów przebudowy, które zapisywane są w kolejnych warstwach stycznych komórek kambium i róŜnicującego drewna i łyka wtórnego. Na rycinie 20 przedstawiono serię zdjęć kolejnych przekrojów poprzecznych kambium L. anagyroides. Komórki tworzące poszczególne rzędy promieniowe, których komórki inicjalne uległy eliminacji częściowej lub wzrostowi intruzywnemu, zaznaczyłam tymi samymi kolorami, aby ułatwić ich identyfikację. W kolejnych warstwach komórek kambium widoczna jest stopniowa zmiana połoŜenia ścian komórkowych oraz rozmiarów stycznych komórek, pomimo Ŝe łączny wymiar styczny komórek tych trzech badanych rzędów promieniowych nie uległ zmianie. Wykonałam dodatkowo nałoŜenie wybranych zdjęć przedstawionych na rycinie 21 (Ryc. 22), jak równieŜ rekonstrukcję styczną ułoŜenia komórek kambium w tych trzech badanych rzędach promieniowych (Ryc. 23), na podstawie dwóch wybranych powierzchni stycznych, których lokalizację zaznaczyłam na rycinie 20 58

liniami ponumerowanymi 1 i 2. Na podstawie prawdopodobnego połoŜenia powierzchni inicjalnej, lokalizację linii nr 1 przypisałam połoŜeniu komórek inicjalnych, a lokalizację linii nr 2 – połoŜeniu komórek macierzystych drewna. Analizując losy komórek w rzędzie promieniowym zaznaczonym kolorem Ŝółtym, obserwujemy stopniowe zmniejszenie się ich długości oraz szerokości. Jednocześnie komórki naleŜące do rzędów promieniowych zaznaczonych kolorem niebieskim i róŜowym zwiększyły swoje wymiary „zastępując” eliminowaną komórkę na powierzchni inicjalnej.

Ryc. 20. A – H. Seria przekrojów poprzecznych kambium L. anagyroides. 1 – miejsce wykonania rekonstrukcji stycznej układu komórek, w warstwie komórek macierzystych drewna 2 – miejsce wykonania rekonstrukcji stycznej układu komórek, w warstwie komórek z największym prawdopodobieństwem znajdujących się na powierzchni inicjalnej Kolorami: niebieskim, róŜowym i Ŝółtym zaznaczono komórki naleŜące do trzech wyróŜnionych rzędów promieniowych.

Aby zilustrować bardziej szczegółowo obserwowaną przebudowę układu komórek widoczną na rycinie 20, wybrane zdjęcia (A, D, G) z przekrojów poprzecznych kambium, przedstawionych na rycinie 20 nałoŜyłam na siebie w parach A+D i D+G (Ryc. 21). Dla większej przejrzystości wykonałam ponadto rysunek przedstawiający układ ścian 59

komórkowych na wybranych przekrojach poprzecznych nałoŜonych na siebie (Ryc. 22).

Ryc. 21. Porównanie układu komórek kambium na podstawie przekrojów poprzecznych kambium oraz schematu układu ścian komórkowych komórek przedstawionych na rycinie 20 A + D - porównanie układu komórek przedstawionych na przekroju A oraz D. Na schemacie obok: linia ciągła oznacza układ komórek przedstawiony na przekroju A. Linia przerywana oznacza układ komórek przedstawiony na przekroju D. D + G - porównanie układu komórek przedstawionych na przekroju D oraz G. Na schemacie obok: linia ciągła oznacza układ komórek przedstawiony na przekroju A. Linia przerywana oznacza układ komórek przedstawiony na przekroju D.

Poprzez nałoŜenie wykonanej rekonstrukcji stycznej układu komórek inicjalnych (ryc. 22 B) na rekonstrukcję styczną układu komórek macierzystych drewna (ryc. 22 A), co przedstawia rycina 22 C, widać, Ŝe łączny wymiar styczny tych trzech rzędów promieniowych, nie zmienił się. Świadczy to, Ŝe eliminacja komórki inicjalnej rzędu promieniowego zaznaczonego kolorem Ŝółtym jest równowaŜona równoczesnym wzrostem intruzywnym sąsiadujących z nią komórek inicjalnych. Nie dochodzi zatem do „przesunięcia się” komórek sąsiadujących z eliminowaną komórką nawzajem w kierunku do siebie, a ich zbliŜanie następuje w wyniku zwiększenia ich wymiaru stycznego, następującego na wskutek wzrostu intruzywnego towarzyszącego eliminacji.

60

Ryc. 22. Porównanie rekonstrukcji stycznych układu komórek inicjalnych oraz układu komórek macierzystych drewna, wykonanych na podstawie serii przekrojów poprzecznych przedstawionych na ryc. 20. A) Komórki z największym prawdopodobieństwem znajdujące się w warstwie komórek inicjalnych drewna, w warstwie komórek oznaczonej numerem 1 na rycinie 20, zaznaczono linią ciągłą B) Komórki znajdujące się w warstwie komórek macierzystych drewna, w warstwie komórek oznaczonej numerem 2 na rycinie 20, zaznaczono linią przerywaną A+B) NałoŜenie na siebie układu komórek widocznych na rycinie A i B.

Przykład stosunkowo intensywnej przebudowy układu inicjałów kambium zaprezentowałam na serii przekrojów poprzecznych przedstawionych na rycinie 23. Postępując podobnie jak w przypadku wcześniejszej serii przekrojów, komórki naleŜące do czterech wybranych rzędów promieniowych zaznaczyłam kolorami. Zaobserwować moŜna intensywną przebudowę połoŜenia końców komórek wrzecionowatych w obrębie prezentowanych czterech rzędów promieniowych, skutkującą zmianą wymiarów stycznych komórek w kolejnych warstwach kambium.

61

Ryc. 23. A – G. Seria przekrojów poprzecznych kambium L. anagyroides. 1 – miejsce wykonania rekonstrukcji stycznej układu komórek, w warstwie komórek macierzystych drewna 2 – miejsce wykonania rekonstrukcji stycznej układu komórek, w warstwie komórek z największym prawdopodobieństwem znajdujących się na powierzchni inicjalnej Kolorami: fioletowym, niebieskim, Ŝółtym i czerwonym zaznaczono komórki tworzące wyróŜnione 4 rzędy promieniowe.

Aby zilustrować bardziej szczegółowo obserwowaną przebudowę układu komórek, wybrane zdjęcia (A, D, G) z przekrojów poprzecznych kambium, przedstawionych na rycinie 23 nałoŜyłam na siebie w parach A+D i D+G. Dla większej przejrzystości wykonałam ponadto rysunek przedstawiający układ ścian komórkowych na wybranych przekrojach poprzecznych nałoŜonych na siebie (Ryc. 24). Jak widać, w przypadku przedstawionym na tych rycinach układ ścian promieniowych komórek, naleŜących do widocznych czterech rzędów promieniowych nie uległ zmianie. Komórka inicjalna rzędu promieniowego zaznaczonego kolorem fioletowym rośnie intruzywnie, co widoczne jest w kolejnych warstwach kambium, w postaci stopniowej zmiany rozmiarów stycznych komórek tego rzędu promieniowego. Jednocześnie komórki inicjalne rzędów promieniowych zaznaczonych odpowiednio kolorem niebieskim i czerwonym ulegają stopniowej eliminacji.

62

Ryc. 24. Porównanie układu komórek kambium na wybranych przekrojach serii przekrojów poprzecznych przedstawionych na ryc. 23. A + D - porównanie układu komórek przedstawionych na przekroju A oraz D. D + G - porównanie układu komórek przedstawionych na przekroju D oraz G.

Wykonałam rekonstrukcję styczną ułoŜenia komórek kambium, których lokalizacja zaznaczona została na rycinie 23 liniami ponumerowanymi 1 i 2. Na podstawie prawdopodobnego połoŜenia powierzchni inicjalnej, wyznaczającej połoŜenie komórek inicjalnych na powierzchni kambium, przypisałam lokalizację nr 1 komórkom inicjalnym, a lokalizację nr 2 – komórkom macierzystym drewna. NałoŜyłam te dwa schematy na siebie (Ryc. 25). W przypadku komórki zaznaczonej kolorem czerwonym widać, iŜ uległa ona częściowej eliminacji. Komórka oznaczona kolorem niebieskim urosła intruzywnie, co związane było z eliminacją częściową komórki fioletowej i Ŝółtej. PołoŜenie ścian promieniowych obserwowanych komórek (poza obszarem występowania wzrostu intruzywnego) nie uległo zmianie. 63

Ryc. 25. Porównanie układu komórek inicjalnych oraz układu komórek macierzystych, na schematach wyprowadzonych na podstawie serii przekrojów poprzecznych przedstawionych na ryc. 23. A – układ komórek na powierzchni stycznej, w miejscu oznaczonym na rycinie 23 linią 2 (w prawdopodobnym połoŜeniu powierzchni inicjalnej) zaznaczono linią ciągłą. B - układ komórek na powierzchni stycznej, w miejscu oznaczonym na rycinie 23 linią 1 (w warstwie komórek macierzystych drewna) zaznaczono linią przerywaną. A+B – porównanie układu komórek w obu warstwach.

RównieŜ na rycinie 28 A, B, C i E w dalszej części pracy moŜna zauwaŜyć jest charakterystyczne, skośne ustawienie ścian komórkowych, co wskazuje na przebudowę końców komórek inicjalnych, przejawiającą się róŜnymi wymiarami stycznymi komórek w sąsiednich rzędach promieniowych. Takie skośne ściany komórkowe zaznaczyłam na rycinie 28 literą E. 4.1.4. Częstotliwość występowania podziałów antyklinalnych w komórkach wrzecionowatych kambium Laburnum anagyroides w badanych latach aktywności Na przekrojach poprzecznych kambium L. anagyroides obserwowałam występowanie podziałów antyklinalnych, których przykłady przedstawiłam na rycinie 26 (cz. II). Częstotliwość występowania podziałów antyklinalnych w pierwszym roku funkcjonowania kambium wynosiła około 5 podziałów na 100 rzędów promieniowych (na podstawie przekrojów poprzecznych). W kambium dwuletnim częstotliwość podziałów antyklinalnych była niŜsza, zaobserwowałam średnio dwa podziały na 100 rzędów promieniowych. W kambium dwudziestoletnim podziały antyklinalne były rzadsze niŜ 1 podział na 100 rzędów 64

promieniowych, występował średnio jeden podział na 400 rzędów promieniowych dlatego w tym przypadku zwiększyłam liczbę badanych rzędów promieniowych, a następnie wyznaczyłam średnią liczbę podziałów na 100 rzędów promieniowych (Ryc. 27). Zmniejszenie częstotliwości podziałów antyklinalnych moŜna wyjaśnić w oparciu o geometrię cylindra, bowiem stałe tempo przyrostu promieniowego (czyli zwiększanie obwodu cylindra kambium o stały przyrost promienia tego cylindra w określonym czasie) związane jest ze zmniejszającym się przyrostem względnym powierzchni tego cylindra, wyraŜonym przez stosunek zmiany obwodu kambium do jego całkowitego obwodu (∆L/L). Zmiana częstotliwości występowania podziałów antyklinalnych przedstawiona na wykresie w badanych latach aktywności kambium odpowiada wykresowi zmiany względnego przyrostu obwodu cylindra do zmiany obwodu tego cylindra.

Ryc. 27. Wykres ilustrujący częstotliwość podziałów antyklinalnych w kambium L. anagyroides w róŜnym wieku. Na osi X przedstawiono w postaci słupków wyniki dla trzech wybranych lat funkcjonowania kambium: kambium jednorocznego, dwuletniego i dwudziestoletniego, a w postaci linii – wykres teoretycznego względnego przyrostu obwodu kambium ∆L/L, w kolejnych przyrostach drewna wtórnego, przy zachowaniu stałej wielkości przyrostu promienia (pominięto jednostkę) 65

4.1.5. Wzrost promieniowy komórek inicjalnych promieni w obrębie kambium Laburnum anagyroides Rycina 28 (cz. II) przedstawia zdjęcia przekrojów poprzecznych kambium wraz z najbliŜszymi warstwami komórek róŜnicującego drewna oraz łyka. Jednym z kryteriów wyróŜnienia komórki inicjalnej promienia jest występowanie podziału antyklinalnego w sąsiadującej z nią komórce wrzecionowatej, która znajduje się w tej samej warstwie komórek. Taką sytuację, gdzie w sąsiedniej komórce wrzecionowatej wystąpił podział antyklinalny, zaznaczyłam literą C na rycinie 28 A. Innym kryterium wyróŜnienia komórki inicjalnej promienia jest jej najmniejsza grubość (wymiar w kierunku promieniowym). Komórki, które wyróŜniłam na podstawie ich najmniejszej grubości zaznaczyłam literą B na kolejnych zdjęciach na rycinie 28. Komórki inicjalne promieni zlokalizowane są w tej samej warstwie, co komórki inicjalne wrzecionowate (litera A na rycinie 28). Komórki promieni poza powierzchnią inicjalną mają znacznie wydłuŜony wymiar promieniowy. 4.1.6. Obserwacje rozwoju członów naczyń Laburnum anagyroides oraz Wisteria floribunda w sąsiedztwie komórek promieni i komórek wrzecionowatych Rycina 29 (cz. II) przedstawia człon naczynia w pobliŜu kambium w warstwie dojrzewającego drewna wtórnego L. anagyroides, widoczny na przekroju poprzecznym. Człon naczynia wyróŜniłam na podstawie wymiarów poprzecznych tej komórki, znacznie większych od wymiarów poprzecznych komórek sąsiednich, jego średnica stanowi trójkrotność wymiaru stycznego komórek wrzecionowatych kambium. Widoczne są rzędy promieniowe po obu stronach róŜnicującego członu naczynia. Na wskutek wzrostu komórek drewna, szczególnie róŜnicujących włókien (po prawej stronie zdjęcia), układ rzędów promieniowych w obrębie dojrzałego drewna nie jest regularny, ale nadal rozpoznawalny. Widoczne rzędy promieniowe zaznaczyłam czerwoną linią. Rząd promieniowy, w obrębie którego powstał ten człon naczynia, zaznaczyłam przerywaną linią. Na rycinie 30 A (cz. II) przedstawiłam rosnący człon naczynia widoczny na przekroju poprzecznym róŜnicującego drewna W. floribunda. Średnica tego członu osiągnęła ośmiokrotność wymiaru stycznego komórek wrzecionowatych kambium (ma szerokość w wymiarze stycznym równą ośmiu rzędom promieniowym). W przypadku tego członu nastąpiło wyraźne przerwanie ciągłości kilku rzędów promieniowych komórek wrzecionowatych, które w obrębie członu naczynia zaznaczyłam liniami przerywanymi. Człon w trakcie wzrostu, przerywając ciągłość kolejnych rzędów promieniowych komórek wrzecionowatych, dotarł do komórek promienia widocznego w dolnej części zdjęcia. 66

WydłuŜone w kierunku promieniowym komórki promienia stanowiły barierę dla dalszego rozrastania się członu naczynia w tym kierunku. Widoczne jest wyraźne odchylenie komórek tego promienia, ponadto w górnej części zdjęcia widoczne jest lekkie odchylenie drugiego widocznego promienia, niekontaktującego się bezpośrednio z członem naczynia. Na rycinie 30 B (cz. II) widoczny jest rosnący człon naczynia W. floribunda, którego średnica stanowi w przybliŜeniu trójkrotność wymiaru stycznego komórek wrzecionowatych kambium. Trzy rzędy promieniowe w bezpośrednim sąsiedztwie członu naczynia zaznaczyłam czerwonymi liniami. Na podstawie połoŜenia i kształtu tego członu oraz układu komórek w jego bezpośrednim sąsiedztwie, moŜna wnioskować, Ŝe komórka macierzysta, z której powstał ten człon przed rozpoczęciem wzrostu, znajdowała się w środkowym z trzech wyznaczonych rzędów promieniowych. Ten rząd promieniowy w obrębie światła członu naczynia wyróŜniłam linią przerywaną. Rosnący człon naczynia wrasta w kierunku stycznym pomiędzy ściany sąsiadujących z nim komórek. Zdjęcia na rycinie 31 (cz. II) przedstawiają wybrane przykłady przekrojów poprzecznych dojrzałego drewna wtórnego L. anagyroides. Pomimo występowania w bezpośrednim sąsiedztwie promieni wielu członów naczyń, w Ŝadnym z promieni nie została przerwana ciągłość komórek, natomiast często obserwowałam przerwanie przez róŜnicujące człony naczyń ciągłości rzędów promieniowych komórek wrzecionowatych. W przypadku niektórych członów naczyń, o duŜej średnicy, widoczne jest lekkie odchylenie od swojej osi (zgodnej z osią promieniową organu) promieni znajdujących się w ich sąsiedztwie (Ryc. 31 C i G). Podczas obserwacji licznych przekrojów poprzecznych drewna badanych gatunków i zbadaniu kilkuset członów naczyń, nie stwierdziłam ani jednego przypadku przerwania ciągłości promieni przez człon naczynia bezpośrednio z nim sąsiadujący. Większość z badanych członów naczyń przerwała ciągłość przynajmniej jednego a często kilku rzędów promieniowych komórek wrzecionowatych. 4.1.7. Obserwacje orientacji rozwijających się członów naczyń Laburnum anagyroides oraz Wisteria floribunda w odniesieniu do orientacji komórek wrzecionowatych Na przekrojach stycznych rozwijających się komórek macierzystych drewna wtórnego L. anagyroides obserwowałam rosnące człony naczyń, rozpoznawalne dzięki charakterystycznemu zwiększeniu wymiaru stycznego światła tych komórek. Komórki te kontaktują się ze sobą w kolejnych piętrach, tworząc jedno naczynie. Zaobserwowałam, 67

Ŝe orientacja tych komórek nie róŜniła się od orientacji komórek sąsiadujących z nimi, które nadal zachowały kształt zbliŜony do kształtu komórki wrzecionowatej kambium (Ryc. 32 A i B; cz. II). Na rycinie 32 C (cz. II) wybrałam trzy grupy komórek, kontaktujących się ze sobą w kolejnych piętrach. Komórki tworzące te grupy wybrałam losowo, ich wymiary styczne nie róŜniły się od wymiarów komórek sąsiednich. W ten sposób zaznaczyłam trzy fragmenty „hipotetycznych naczyń”, które powstałyby, gdyby komórki te rozwijały się w człony naczyń. Orientację komórek tworzących te trzy grupy zaznaczyłam liniami zgodnymi z osiami długimi tych komórek. Pomimo tego, Ŝe układ piętrowości obserwowanych komórek jest regularny, jedna z trzech naszkicowanych linii ma odmienny od pozostałych dwóch linii kształt. Ta linia została narysowana w bezpośrednim sąsiedztwie dwóch promieni. Zatem orientacja i nachylenie komórek wrzecionowatych kambium, pomimo regularnej piętrowości, moŜe być modyfikowana na przykład bezpośrednim sąsiedztwem promieni. Na rycinie 33 A i B (cz. II) przedstawiłam układ komórek widoczny na dwóch wybranych przekrojach stycznych obejmujących kambium i tworzące się drewno wtórne W. floribunda. Na podstawie układu promieni widocznych na obu przekrojach określiłam połoŜenie komórek naleŜących do tych samych rzędów promieniowych. Człon naczynia zaznaczony na rycinie 33 B gwiazdką powstał z komórki, która naleŜała do tego samego rzędu promieniowego, co komórka wskazana gwiazdką na rycinie 33 A. Stwierdziłam to na podstawie lokalizacji względem układu promieni obu komórek zaznaczonych gwiazdką. Na rycinie 33 C widoczne jest wyraźne odchylenie promienia nr 2 w stronę lewą oraz niewielkie odchylenie promienia nr 4 w stronę prawą. Orientacja komórek kambium zaznaczonych kolorami oraz wyróŜnionych członów naczyń jest bardzo zbliŜona do siebie (Ryc. 33 D). Na rycinie 34 (cz. II) przedstawiłam dojrzewające drewno wtórne W. floribunda. Widoczny jest fragment naczynia, tworzący silne wygięcie. W bezpośrednim sąsiedztwie wygiętych członów naczyń znajdują się promienie. PoniewaŜ przypadek ten jest szczególnie skomplikowany, przeprowadziłam analizę układu komórek tego dojrzewającego drewna w odniesieniu do układu komórek kambium, przez porównanie dwóch przekrojów stycznych tego samego miejsca (Ryc. 35; cz. II). Lokalizację komórek naleŜących do tych samych rzędów promieniowych, widocznych na tych dwóch przekrojach stycznych, ustaliłam na podstawie połoŜenia i kształtu promieni. Porównałam ze sobą dwa przekroje styczne, gdzie rycina 35 A przedstawia układ komórek kambium, rycina 35 B – układ komórek dojrzewającego drewna wtórnego, a rycina 35 A+B - porównanie tych dwóch układów komórek. Ustaliłam, Ŝe człony naczynia powstały z komórek połoŜonych pomiędzy 68

promieniami o numerach 2, 7, 12 i 15 z prawej strony naczynia oraz 6 i 9 z jego lewej strony. Zwróciła moją uwagę nietypowa liczba członów w miejscu wygięcia widocznego fragmentu naczynia, większa od liczby pięter komórek wrzecionowatych w sąsiedztwie tego fragmentu naczynia. MoŜe to wskazywać na transformację w człony naczyń kilku komórek wrzecionowatych w obrębie jednego piętra. Orientacja komórek wrzecionowatych kambium jest w tym miejscu zgodna z osią organu, pomimo występującej w tym miejscu dyslokacji połoŜenia granic pięter. Widoczne jest silne odchylenie promienia o numerze 6 od członów naczyń. W przypadku tego fragmentu naczynia, który jest nietypowym przykładem zmiany orientacji powstającego fragmentu naczynia i został przeze mnie uznany za szczególny przypadek, dokonałam próby wyjaśnienia mechanizmu jego powstawania, co opisałam i poddałam dyskusji w oparciu o doniesienia literatury w rozdziale 5.4. 4.2. BADANIE UKŁADU NACZYŃ W DREWNIE MILLETIA LAURENTII 4.2.1. Ogólna charakterystyka drewna M. laurentii Na podstawie obserwacji powierzchni poprzecznych bloczków drewna M. laurentii, zaobserwowałam występowanie miękiszu paratrachealnego typu smugowego. W wyniku przełupów promieniowych bloczków drewna na ich powierzchniach poprzecznych bazalnych uzyskałam wyraźne faliste linie przełupu. Nie obserwowałam wyraźnych granic przyrostów rocznych, typowych dla drzew rosnących w klimacie umiarkowanym (Ryc. 36; cz. II). Na podstawie kształtu linii przełupu promieniowego zaobserwowałam, Ŝe drewno M. laurentii charakteryzuje się włóknistością zaplecioną, o bardzo szybkiej zmianie orientacji i nachylenia elementów drewna względem osi organu. Cykl tej zmiany mierzony w kierunku promieniowym, dokonuje się na odcinku znacznie mniejszym niŜ 5 mm. PoniewaŜ dla drzew tego gatunku, rosnących w warunkach tropikalnego lasu deszczowego, szacunkowa wielkość przyrostów rocznych wynosi około 5 mm rocznie, cykl tej zmiany orientacji moŜe być krótszy niŜ 1 rokoło Na przełupach stycznych drewna wtórnego w obrębie miękiszu osiowego widoczne są zarówno komórki miękiszu osiowego, jak i człony naczyń pozostające w układzie piętrowym. Komórki miękiszu osiowego uległy w trakcie róŜnicowania zwykle jednemu podziałowi antyklinalnemu poprzecznemu. Promienie na powierzchni stycznej rozmieszczone są w obrębie pięter w regularnych odstępach rozdzielone są przez kilka, rzadko przez kilkanaście komórek miękiszu, zwykle mieszczą się w granicach pięter, a więc wysokość ich zwykle nie przekracza wysokości pięter (Ryc. 42; cz. II). Promienie drzewne wraz z piętrowym ułoŜeniem komórek miękiszu osiowego tworzą strukturę podwójnie piętrową. Tak regularne 69

rozmieszczenie promieni okazało się być niezwykle interesującą cechą w badaniu przebiegu naczyń, poniewaŜ często znajdują się one w bezpośrednim sąsiedztwie członów naczyń i często powodują modyfikację ich połoŜenia. Widoczne człony naczyń mają bardzo zróŜnicowaną średnicę, od bardzo szerokich, o średnicy przekraczającej 300 µm, do wąskich komórek o świetle zbliŜonym do szerokości komórek miękiszu osiowego. Większość zdjęć przełupów stycznych zamieszczonych w tej pracy ilustruje naczynia o mniejszej średnicy, poniewaŜ wykonanie fotografii duŜych naczyń z zachowaniem ostrości zarówno na wklęsłej lub wypukłej ścianie członu, jak i na komórkach miękiszu osiowego znajdujących się w sąsiedztwie jest trudne technicznie. 4.2.2. Układ naczyń badany przy pomocy igieł do akupunktury W badaniu układu naczyń w drewnie przy wykorzystaniu igieł do akupunktury uŜyteczne okazały się te fragmenty bloczków, których przyrosty obejmowały biel. Naczynia występujące w bieli są droŜne (brak wcistek miękiszowych), w związku z czym łatwo moŜna wprowadzić igłę do światła naczyń o odpowiednio duŜej średnicy, przez całą grubość bloczka (20 mm), zatem fragmenty badanych naczyń miały w przybliŜeniu długość 20 mm. Obserwacja układu włóknistości widocznego w postaci linii przełupu promieniowego na powierzchni poprzecznej bazalnej bloczków drewna, otrzymanych w wyniku pocięcia jednej deski promieniowej o długości około 1 m, wykazała, Ŝe w strefie występowania badanych naczyń, 67% przyrostu promieniowego wykazuje nachylenie włóknistości w stronę lewą na wykresie, a 33% przyrostu wykazuje nachylenie włóknistości w stronę prawą na wykresie. PoniewaŜ badane bloczki drewna pochodzą z jednej deski, czyli obejmują warstwy drewna powstałe w tym samym czasie a domeny w tym typie drewna są wysokie i mogą osiągać wysokość nawet całego drzewa, to układ falistości jest w ogólnym zarysie powtórzony w kaŜdym badanym bloczku. Na podstawie rozmieszczenia badanych naczyń, do wykonania schematów wybrałam te fragmenty przyrostu promieniowego, w których znajdowały się badane naczynia. Układ naczyń przedstawiony na dwóch schematach, wybranych spośród wykonanych przeze mnie schematów (Ryc. 37, 38), ilustruje: a) odchylenie naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej, b) odchylenie tych naczyń względem linii przełupu promieniowego oraz c) nachylenie włóknistości względem wyznaczonej osi promieniowej. Wiele naczyń odchyla się w kierunku zgodnym z układem włóknistości, ale wielkość kąta ich nachylenia jest róŜna od nachylenia włóknistości występującego w drewnie w tym samym przyroście. Na pierwszym przedstawionym przykładzie (Ryc. 37) kąt 70

nachylenia naczyń jest zwykle większy od kąta nachylenia włóknistości. Wyjątkiem jest naczynie nr 5, które odchyla się w przeciwną stronę do nachylenia włóknistości w tym przyroście.

Ryc. 37. Wykres ilustrujący wielkość i kierunek odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej, względem wyznaczonej osi promieniowej i linii przełupu. Punkty niebieskie – połoŜenie naczyń na powierzchni apikalnej. Punkty czerwone – połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej. Prosta na której znajdują się niebieskie punkty – wyznaczona oś promieniowa Falista linia - linia przełupu promieniowego

71

Ryc. 38. Wykres ilustrujący wielkość i kierunek odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej, względem wyznaczonej osi promieniowej oraz linii przełupu. Punkty niebieskie – połoŜenie naczyń na powierzchni apikalnej. Punkty czerwone – połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej. Prosta na której znajdują się niebieskie punkty - wyznaczona oś promieniowa Falista linia - linia przełupu promieniowego

Na drugim wybranym przykładzie (Ryc. 38) pięć spośród dziewięciu naczyń odchyla się w przeciwną stronę względem nachylenia włóknistości. Spośród pozostałych czterech naczyń, trzy nachylone są pod kątem większym od kąta nachylenia włóknistości, jedno natomiast jest nachylone pod kątem niemal równym kątowi nachylenia włóknistości. Interesujący jest przykład naczyń o numerach 1, 3, 9, które odchylają się w kierunku przeciwnym do nachylenia włóknistości a wielkość tego odchylenia od linii przełupu, widoczna na wykresie, jest szczególnie duŜa. Podczas analizy układu naczyń w odniesieniu 72

do układu włóknistości stosunkowo często obserwowałam naczynia, które odchylały się w przeciwnym kierunku niŜ nachylenie włóknistości, ale wielkość tego odchylenia zwykle była stosunkowo niewielka. Przykładem jest naczynie nr 5 na rycinie 37, oraz naczynie nr 5 i 4 widoczne na rycinie 38.

Ryc. 39. Wykres ilustrujący wielkość i kierunek odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej, względem wyznaczonej osi stycznej Punkty niebieskie – połoŜenie naczyń na powierzchni apikalnej. Punkty czerwone – połoŜenie naczyń na powierzchni bazalnej. Prosta na której znajdują się niebieskie punkty - wyznaczona oś styczna

Rycina 39 przedstawia wybrany schemat, ilustrujący orientację i wielkość odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej – prostopadłej do osi promieniowej, którą wyznaczyłam na podstawie połoŜenia promieni. Obserwowane odchylenia naczyń, widoczne na tym wykresie, są typowym przykładem wyników uzyskanych równieŜ w przypadku pozostałych bloczków. Większość naczyń wykazuje lekkie odchylenie w kierunku do powierzchni łodygi – centryfugalnie, jednak 3 spośród przedstawionych 11 naczyń wykazują lekkie odchylenie w kierunku do rdzenia – centrypetalnie. Pomiary obserwowanych odchyleń naczyń przedstawiłam w tabeli 2 (cz. II). W kolejnych kolumnach tabeli przedstawiłam wyniki pomiarów odchylenia naczyń w czterech analizach: •

analiza 1 – w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej,

•

analiza 2 – w płaszczyźnie promieniowej względem wyznaczonej osi stycznej,

•

analiza 3 – w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu promieniowego,

•

analiza 4 – w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu promieniowego, gdzie pary punktów przemieszczałam zgodnie z układem granic warstw miękiszu i włókien. Dla kaŜdego naczynia obliczyłam wielkość odchylenia obserwowanego w kaŜdej

z czterech analiz, które porównałam ze średnią wielkością odchylenia naczyń w płaszczyźnie 73

stycznej względem osi organu, tj. 1254 µm (którą to wartość w tej pracy przyjęłam za 100%). Zmierzyłam ponadto wielkość nachylenia włóknistości względem osi organu, występującej w tej samej warstwie drewna co kaŜde z badanych 145 naczyń. Wielkość tego odchylenia dla kaŜdego przypadku porównałam równieŜ z wielkością 1254 µm, czyli 100%. Dla wyników uzyskanych w kaŜdej z wykonanych analiz wyprowadziłam średnią arytmetyczną (Tab. 2, cz. II). W analizie 3 i 4 zmierzyłam wielkość odchylenia naczyń od linii przełupu promieniowego, odpowiadającej układowi włóknistości. Gdyby układ naczyń w tych analizach miał orientację i nachylenie idealnie zgodne z orientacją i nachyleniem układu włóknistości, nie obserwowałabym Ŝadnego odchylenia badanych naczyń, poniewaŜ orientacja i nachylenie naczyń byłyby dokładnym odwzorowaniem orientacji i nachylenia włóknistości. Zatem wielkość średniego odchylenia naczyń od linii przełupu wynosiłaby 0 µm i zarazem 0%. A zatem im mniejsza jest wartość tego średniego odchylenia naczyń, tym większa jest zgodność orientacji naczyń z orientacją włóknistości. Stopień zgodności pomiędzy układem włóknistości a układem naczyń określa zatem róŜnica pomiędzy: a) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (analiza 1) oraz b) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu (analiza 3 / 4). RóŜnica pomiędzy tymi średnimi odchyleniami jest zaznaczona na wykresie kolorem Ŝółtym (Ryc. 40). Im większa jest ta róŜnica, tym większy jest stopień zgodności układu włóknistości oraz układu naczyń. Średnia wielkość odchylenia badanych fragmentów naczyń w płaszczyźnie stycznej, względem wyznaczonej osi promieniowej (analiza 1), wynosi 1254 µm i jak wspomniałam juŜ wcześniej, wartość ta stanowi w całym dalszym toku mojej pracy odniesienie do porównania dla innych wyników i tą wartość przyjęłam za 100%. Średnia wielkość odchylenia tych fragmentów naczyń w płaszczyźnie promieniowej (analiza 2) jest znacznie niŜsza i wynosi 272 µm, a więc 21,7%, czyli jest około pięciokrotnie mniejsza (Ryc. 39). Średnia wielkość odchylenia badanych fragmentów naczyń w płaszczyźnie stycznej, względem linii przełupu promieniowego (analiza 3) wynosi 1062 µm, a więc 84,7%. RóŜnicę pomiędzy a) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej, względem wyznaczonej osi promieniowej (100%) oraz b) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej względem linii przełupu (84,7%) określam jako stopień zgodności orientacji naczyń z orientacją włóknistości. Stopień zgodności wynosi w tym przypadku 15,3% (Ryc. 40). 74

Średnie odchylenie naczyń [µm]

Ryc. 40. Porównanie średniego odchylenia naczyń obliczone w kolejnych analizach, dla 145 badanych naczyń: A) Średnie odchylenie naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (Analiza 1). Wartość tą uznałam za 100%. B) Średnie odchylenie naczyń w płaszczyźnie promieniowej wynosi 22% (Analiza 2). C) Średnie odchylenie naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (Analiza 3). Wartość, która określa zgodność odchylenia naczyń z linią przełupu, to róŜnica pomiędzy średnim odchyleniem naczyń względem a) wyznaczonej osi promieniowej oraz b) linii przełupu). RóŜnica ta wynosi 15,3% (kolor Ŝółty). D) Średnie odchylenie naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej, z uwzględnieniem granic pokładów miękiszu smugowego i włókien (Analiza 4). Wartość, która określa zgodność odchylenia naczyń z linią przełupu, to róŜnica pomiędzy średnim odchyleniem naczyń względem a) wyznaczonej osi promieniowej oraz b) linii przełupu). RóŜnica ta wynosi 41% (kolor Ŝółty).

W analizie 4, uwzględniającej przebieg granic pokładów miękiszu osiowego i włókien, średnia wielkość odchylenia naczyń od linii przełupu wynosi 741 µm a więc 59%. Stopień zgodności orientacji naczyń z orientacją włóknistości, określony róŜnicą pomiędzy a) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej (100%) oraz b) średnim odchyleniem naczyń w płaszczyźnie stycznej 75

względem linii przełupu (59%), wynosi zatem 41% (Ryc. 40). Stopień zgodności w przypadku tej analizy jest zatem większy, niŜ w przypadku analizy 3. W analizie 4 obserwowałam róŜne wielkości odchyleń poszczególnych badanych naczyń od linii przełupu w zakresie od braku odchylenia, do maksymalnego odchylenia wynoszącego 4,15 mm, a więc 521% (Tab. 2). Z powodu niedokładności pomiarów odchyleń naczyń uzyskanych w analizie 3, wynikłej ze sprowadzenia kolejnych przyrostów drewna do prostych prowadnic, analizę 4 uznaję za najbardziej wiarygodną metodę obserwacji układu naczyń względem układu włóknistości w drewnie. Wzajemne porównanie dla układu włóknistości i układu naczyń ich orientacji i nachylenia względem osi organu moŜna opisać na dwa niezaleŜne sposoby. Na podstawie wykonanych przeze mnie schematów (przykłady przedstawiają ryciny 37 i 38) stwierdziłam, Ŝe badane naczynia moŜna przypisać do kategorii dwóch niezaleŜnych klasyfikacji: 1) klasyfikacji porównującej wielkość nachylenia włóknistości oraz badanych naczyń, oraz 2) klasyfikacji porównującej kierunek zmiany nachylenia badanych naczyń (w stronę prawą / lewą) względem włóknistości Badane naczynia niekiedy miały orientację i nachylenie idealnie zgodne z orientacją i nachyleniem układu włóknistości (w przypadku 8 z 145 badanych naczyń), jednak w przypadku zdecydowanej większości naczyń nachylenie ich róŜniło się od nachylenia włóknistości, było większe lub mniejsze. W przypadku naczyń, które miały orientację przeciwną do orientacji włóknistości, zaklasyfikowałam je jako naczynia o kącie nachylenia mniejszym od nachylenia włóknistości. WyróŜniłam trzy kategorie naczyń w klasyfikacji I: Klasyfikacja naczyń względem wielkości ich nachylenia w odniesieniu do wielkości nachylenia włóknistości (Klasyfikacja I): 1) naczynia, których orientacja i nachylenie są zgodne z orientacją i nachyleniem włóknistości. 2) naczynia, których nachylenie jest większe od nachylenia włóknistości, 3) naczynia, których nachylenie jest mniejsze od nachylenia włóknistości, niezaleŜnie od tego, czy ich orientacja jest taka sama jak orientacja włóknistości czy teŜ róŜna. Druga klasyfikacja badanych naczyń rozróŜnia naczynia, których połoŜenie na wykonanych przeze mnie schematach względem linii przełupu jest odchylone na stronę prawą lub lewą.

76

Klasyfikacja naczyń względem kierunku (prawo / lewo) ich odchylenia od nachylenia włóknistości obserwowanej na przełupie promieniowym w tym przyroście drewna (Klasyfikacja II): 1’) naczynia o równym kącie nachylenia względem orientacji i nachylenia włóknistości. 2’) naczynia, których orientacja jest odchylona w lewo względem orientacji i nachylenia włóknistości. 3’) naczynia, których orientacja jest odchylona w prawo względem orientacji i nachylenia włóknistości.

50

44

43

4

5

36

40 30

14

20 10

8

0 1

2

3

Ryc. 41. Wykres ilustrujący liczbę naczyń zaklasyfikowanych w klasyfikacji I oraz II do wyróŜnionych kategorii. Słupki oznaczone kolejnymi numerami ilustrują liczbę naczyń, zaklasyfikowanych do jednej z moŜliwych kombinacji: 1 – kategoria 1 klasyfikacji I i kategoria 1’ klasyfikacji II 2 – kategoria 2 klasyfikacji I i kategoria 2’ klasyfikacji II 3 – kategoria 3 klasyfikacji I i kategoria 3’ klasyfikacji II 4 – kategoria 2 klasyfikacji I i kategoria 3’ klasyfikacji II 5 – kategoria 3 klasyfikacji I i kategoria 2’ klasyfikacji II

KaŜde z badanych 145 naczyń zostało zaklasyfikowane do jednej z trzech kategorii zarówno klasyfikacji I jak i klasyfikacji II. Wyniki przedstawiono w tabeli 2. Większa liczba naczyń odchyla się od linii przełupu w taki sposób, Ŝe kąt nachylenia naczyń jest większy od kąta nachylenia włóknistości, a takŜe większa liczba naczyń ulega odchyleniu w stronę lewą. JednakŜe nie stwierdziłam Ŝadnej tendencji, powodującej, Ŝe kierunek zmiany kąta nachylenia naczynia (prawo / lewo) powodowałby zarazem zmianę kąta nachylenia na większy lub mniejszy. Przeciwnie, porównanie liczby naczyń naleŜących do określonych 77

kombinacji kategorii klasyfikacji I i II wskazuje, Ŝe pomiędzy nimi nie istnieje wyraźna korelacja (Ryc. 41). Zmiana kąta nachylenia naczynia na większy lub mniejszy od kąta nachylenia włóknistości (klasyfikacja I) oraz kierunek prawo / lewo zmiany jego nachylenia (klasyfikacja II) nie są związane ze sobą i ich kombinacje w przypadku kolejnych naczyń są przypadkowe. 4.2.3. Układ naczyń badany na powierzchniach stycznych drewna w porównaniu z układem komórek miękiszu osiowego oraz połoŜeniem promieni Na zdjęciach powierzchni drewna otrzymanych w wyniku przełupów stycznych przez warstwy miękiszu osiowego paratrachealnego badanych bloczków, widać piętrowy układ komórek tego miękiszu. Pomiędzy komórkami miękiszu osiowego widoczne są fragmenty naczyń, zbudowane z członów ułoŜonych jeden nad drugim. Wysokość członów naczyń odpowiada wysokości pięter i człony naczyń pozostają w układzie piętrowym z komórkami miękiszowymi. Większość fragmentów naczyń obserwowanych na badanych powierzchniach stycznych, ma orientację zgodną z układem komórek miękiszu osiowego, jednak często obserwowałam miejsca, w których odcinki naczyń wykazywały większe lub mniejsze odchylenia względem orientacji komórek miękiszu osiowego. Aby zilustrować róŜnice pomiędzy orientacją naczyń a orientacją komórek miękiszu, zaznaczyłam na kilku wybranych zdjęciach powierzchni stycznej orientację komórek miękiszu linią czerwoną, a orientację naczyń linią zieloną (Ryc. 43; cz. II). Dwa kolejne przykłady zdjęć wykonanych pod większym powiększeniem, z zaznaczonymi w taki sam sposób liniami, przedstawiłam na rycinie 44 (cz. II). Na obu rycinach pod kaŜdym zdjęciem umieściłam poziomo wyznaczone tą metodą linie, przyrównane do siebie w parach. Orientację kaŜdego z fragmentów naczyń widocznych na zdjęciu powyŜej odzwierciedla zielona linia kaŜdej pary, a orientację komórek miękiszu osiowego odzwierciedla linia czerwona. Wyraźnie widać, Ŝe nachylenie naczyń róŜni się od nachylenia komórek miękiszu osiowego. Co więcej naczynia sąsiadujące ze sobą równieŜ często wykazują róŜnorodne odchylenia od orientacji komórek miękiszu oraz względem siebie. RóŜnica kąta nachylenia naczyń względem orientacji komórek miękiszu moŜe lokalnie przekraczać 20°. Na obserwowanych na rycinie 44 powierzchniach stycznych, gdzie wysokość badanych powierzchni była znacznie mniejsza od wysokości badanych bloczków i wynosiła około 5 mm, naczynia często kilkukrotnie zmieniały swoje nachylenie, co widać na przykład na rycinie 44 B. Obserwowałam przypadki, kiedy zmiana kąta nachylenia badanych fragmentów naczyń nie była związana ze zmianą orientacji tych naczyń względem osi organu (Ryc. 43 B, 78

C; ryc. 44 B), jednak w przypadku licznych fragmentów naczyń jednocześnie zmianie ulegała takŜe orientacja tych naczyń, co widać na przykład na rycinie 44 B. Pomimo obserwowanych odchyleń, które w większości przypadków miały zasięg lokalny, orientacja badanych naczyń pozostaje w ogólnym zarysie zgodna z orientacją komórek miękiszu, a więc równieŜ z orientacją inicjałów kambium. W celu zilustrowania znaczenia lokalnych odchyleń względem osi organu szesnastu fragmentów naczyń widocznych na rycinie 43 (cz. II), wyznaczyłam dla kaŜdej z par linii punkty połoŜone kolejno na linii czerwonej, w takiej samej odległości względem siebie, w taki sposób, Ŝe podzieliły one tą linię na odcinki równej długości. Odległość pomiędzy linią ilustrującą orientację naczynia (zieloną) a linią zgodną z orientacją komórek miękiszu (czerwoną) w tych punktach określa odchylenie badanych naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego. Punkt początkowy pominęłam, bowiem w tym punkcie nałoŜyłam na siebie obie linie, a więc odległość pomiędzy linią zieloną a linią czerwoną wynosi w tym miejscu zawsze 0. W przypadku 10 fragmentów naczyń zmierzyłam ich odchylenie w 6 wyznaczonych punktach a w przypadku 6 krótszych fragmentów naczyń zmierzyłam ich odchylenie w trzech do pięciu wyznaczonych punktach, otrzymując w sumie 84 zbadane punkty. Wielkość obserwowanego odchylenia w kaŜdym z tych punktów przestawiłam w tabeli (Tab. 3). KaŜdy z wyników porównałam ze średnią wielkością nachylenia naczyń względem osi organu otrzymaną w analizie 1, którą to wielkość wynoszącą 1254 µm uznałam za 100%. W tabeli obok kaŜdego wyniku pomiaru podałam wielkość odchylenia wyraŜoną w procentach. Następnie obliczyłam dla 16 badanych naczyń średnie odchylenie naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego zgrupowane w kolejnych sześciu wyznaczonych punktach. PoniewaŜ w przypadku pomiarów odchyleń naczyń z wykorzystaniem igieł do akupunktury wysokość bloczków wynosiła 20 mm, a w przypadku porównania orientacji naczyń i miękiszu osiowego wysokość badanego fragmentu drewna wynosiła około 5 mm, przyrównałam wyniki proporcjonalnie do wysokości badanego drewna równej 20 mm. Obliczyłam wielkość odchylenia naczyń w wyznaczonych punktach, osobno dla kaŜdego badanego fragmentu naczynia, po czym wyznaczyłam średnią arytmetyczną kolejno dla sześciu wyznaczonych punktów. Wyniki przedstawiłam w tabeli (Tab. 3). Wykres przedstawiony na rycinie 45 ilustruje liniowy rozkład otrzymanych średnich wielkości nachylenia naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego. Na podstawie połoŜenia sześciu wyznaczonych punktów zgodnych z obliczonymi średnimi nachylenia naczyń w tych punktach, wyznaczyłam dwie linie przechodzące przez punkt przecięcia osi X 79

i Y wykresu oraz przez punkty wyznaczone przez połoŜenie maksymalnego oraz minimalnego odchylenia w kolejnych wyznaczonych punktach. Otrzymałam w ten sposób szeroki przedział obejmujący wszystkie zaznaczone na wykresie punkty.

Ryc. 45. Porównanie średniej wielkości odchylenia 16 badanych naczyń od orientacji komórek miękiszu osiowego, w kolejnych wyznaczonych punktach. Linie kropkowane wskazują maksymalne i minimalne odchylenie, obserwowane w wyznaczonych punktach, tworząc przedział. Linia przerywana wyznacza środek tego przedziału, zawierającego wszystkie średnie dla kolejnych sześciu punktów.

80

PoniewaŜ średnie nachylenie naczyń w kolejnych punktach rośnie w sposób zbliŜony do liniowego, na podstawie połoŜenia granic zaznaczonego przedziału, wyznaczyłam linię, której połoŜenie odpowiada środkowi tego wyznaczonego przedziału. Jak widać, w kolejnych wyznaczonych punktach zaznaczone na wykresie średnie odchylenia znajdują się zwykle w bliskim połoŜeniu tej linii. MoŜna zatem spodziewać się, Ŝe w dalszej odległości zmiana odchylenia naczyń moŜe równieŜ mieć charakter liniowy i Ŝe moŜna proporcjonalnie określić wielkość przewidywanego odchylenia naczyń w nieco dalszej odległości. Na podstawie tego załoŜenia obliczyłam wielkość przewidywanego średniego odchylenia naczyń w odległości 20 mm, a więc w odległości odpowiadającej wysokości bloczków badanych przy pomocy igieł do akupunktury. Linia wyznaczona na wykresie (Ryc. 45) przez środek przedziału w punkcie szóstym określa moim zdaniem najbardziej wiarygodną średnią odchylenia liniowego naczyń. PoniewaŜ w punkcie nr 6 wynosi ona około 193 µm, a średnia odległość punktu szóstego od punktu zerowego wynosi 5329 µm, moŜna obliczyć proporcjonalnie średnie odchylenie naczyń w odległości 20 mm (X). W wyniku proporcji: X= 193 µm*20.000 µm / 5329 µm = 724 µm otrzymałam wartość 724 µm a więc 57,7%. Wartość ta jest nieco niŜsza od średniej wielkościi odchylenia naczyń względem układu włóknistości, uzyskanej w analizie 4, która wynosi 741 µm, a więc 59,1% co przedstawiłam w tabeli 4, ale moŜna stwierdzić, Ŝe wartości te są porównywalne. Aby zweryfikować liniowy rozkład obserwowanych odchyleń naczyń, wykonałam analizę zbadanych 16 naczyń metodą regresji liniowej, a otrzymane wykresy przedstawiłam w cz. II (Ryc. 46). W przypadku trzech naczyń o numerach (pierwszy wykres na rycinie 46; cz. II) nie występuje liniowy wzrost odchyleń w kolejnych punktach, w przypadku pozostałych naczyń – wzrost obserwowanych odchyleń jest liniowy. Orientacja fragmentów naczyń widoczna na powierzchniach przełupów stycznych w ogólnym zarysie jest zbliŜona do orientacji komórek miękiszu osiowego a wiec pośrednio i do orientacji inicjałów kambium, jednak obserwowałam lokalnie wyraźne odchylenia naczyń od orientacji komórek miękiszu. Na podstawie obserwacji tylko jednej powierzchni przełupu stycznego moŜna porównać orientację naczynia tylko z komórkami miękiszu znajdującymi się w sąsiedztwie badanego naczynia. PoniewaŜ komórki te znajdują się w tej samej warstwie, zostały odłoŜone przez kambium w zbliŜonym czasie. NaleŜy uwzględnić 81

fakt, Ŝe porównuje się wówczas orientację komórek odłoŜonych przez inne inicjały kambium w tym samym czasie a więc znajdujących się w sąsiednich rzędach promieniowych. Natomiast zestawiając ze sobą zdjęcia dwóch lustrzanych powierzchni przełupu stycznego drewna, moŜna porównać orientację naczyń z orientacją komórek miękiszu osiowego, znajdujących się w kolejnych warstwach komórek, które naleŜą do tych samych rzędów promieniowych. W ten sposób moŜna zaobserwować faktyczną zmianę orientacji, która wystąpiła w czasie wzrostu dojrzewających członów naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego, czyli pośrednio takŜe inicjałów kambium. Przykładem takiego porównania jest rycina 47, która przedstawia zdjęcia dwóch lustrzanych powierzchni, obejmujących te same rzędy promieniowe komórek w dwóch kolejnych warstwach stycznych. Na wskutek rozerwania widocznego fragmentu naczynia, podczas wykonywania przełupu stycznego, na zdjęciu A widoczny jest fragment naczynia obejmujący sześć członów, a na zdjęciu B widoczny jest tylko górny fragment tego samego naczynia, obejmujący zaledwie dwa człony i w dalszej części zdjęcia widoczny jest w tym miejscu układ komórek miękiszu osiowego. W miejscach wskazanych czerwonymi strzałkami na zdjęciu A widoczne są wygięcia fragmentu naczynia. W przypadku jednego z tych wygiętych członów (zaznaczonego Ŝółtym okręgiem) widoczne jest, Ŝe układ komórek miękiszu osiowego występujący w tym miejscu (Ryc. 47 B) nie przejawia takiego wygięcia. Przykład ten potwierdza, Ŝe, pomimo, iŜ w duŜej części przypadków układ komórek miękiszu osiowego oraz członów naczyń zachowuje bardzo wysoką zgodność orientacji, występują wyjątki, które moŜna zaobserwować badając styczne powierzchnie lustrzane drewna. Zwróciłam uwagę, Ŝe w bezpośrednim sąsiedztwie wygiętego członu naczynia, które ma inną orientację od komórek miękiszu osiowego, znajduje się promień. MoŜna przypuszczać, Ŝe promień ten stanowił barierę dla rosnącego członu naczynia, co spowodowało powstanie wygięcia fragmentu naczynia. Na rycinach 48 – 54 (cz. II) ukazane są przykłady fragmentów naczyń wykazujących szereg wygięć w obu kierunkach (w prawo i lewo), widocznych na powierzchniach stycznych drewna uzyskanych w wyniku przełupów stycznych. Układ komórek miękiszu osiowego w sąsiedztwie tych fragmentów naczyń jest regularny, orientacja komórek miękiszu osiowego jest zgodna na całej badanej powierzchni a piętra nie wykazują dyslokacji. W bezpośrednim sąsiedztwie członów naczyń obserwowałam liczne promienie. W miejscach, gdzie promienie ułoŜone są w osi w kolejnych piętrach, człony naczyń mają podobny kształt i połoŜenie, tworząc regularny ciąg. Szczególną uwagę zwróciłam jednak na miejsca, gdzie promienie w kolejnych piętrach nie są ułoŜone osiowo, znajdując się „na drodze” tworzącego się 82

naczynia. W oparciu o wykonane zdjęcia powierzchni stycznych drewna, moŜna przypuszczać, Ŝe promienie stanowią ograniczenie dla rosnącego na szerokość członu naczynia, jeŜeli występują w bezpośrednim sąsiedztwie. MoŜna zauwaŜyć, iŜ człony naczyń dąŜą do osiągnięcia określonej szerokości i w sytuacji, w której wzrost tworzącego się członu naczynia jest ograniczony z jednej strony połoŜeniem promienia, człon taki rośnie asymetrycznie, wokół tego promienia. Formuje się wygięcie członu w stronę przeciwną do połoŜenia promienia ograniczającego jego wzrost (na przykład rycina 48 i 49). JeŜeli w kolejnych piętrach sytuacja powtarza się, a więc promienie w kolejnych piętrach połoŜone są „na drodze” tworzącego się naczynia, zmiana przebiegu naczynia ma większy zasięg, obejmujący kilka lub więcej pięter. W sytuacji tej promienie są ułoŜone schodkowo (przykład na rycinie 50 B). PołoŜenie promieni wydaje się stanowić przeszkodę dla wzrostu członów naczyń w czasie dojrzewania tej warstwy drewna, co skutkuje powstaniem wygięcia fragmentu naczynia w stronę przeciwną do połoŜenia promieni. Powszechność opisanego wyŜej układu członów naczyń i promieni dobrze ilustruje przedstawiona w mojej pracy dokumentacja obejmująca 24 zdjęcia. Na tych rycinach zaznaczyłam kolorem niebieskim w kolejnych piętrach połoŜenie najbliŜszych promieni zlokalizowanych po obu stronach widocznych fragmentów naczyń. JeŜeli w danym piętrze najbliŜszy sąsiadujący z członem naczynia z jednej strony promień znajduje się w dalszej odległości i nie kontaktuje się z tym członem, moŜna zauwaŜyć Ŝe człon ten nie zmienia swojego połoŜenia i dostosowuje się do połoŜenia sąsiadujących z nim innych członów tego naczynia (wybrany przykład przedstawiłam na rycinie 48 B; cz. II). Zaobserwowałam interesujący przykład zmiany orientacji naczyń połoŜonych blisko siebie na powierzchni stycznej drewna, spowodowanej połoŜeniem promieni. Człony dwóch naczyń widoczne na zdjęciu przedstawionym na rycinie 52 A (cz. II), w górnej części zdjęcia kontaktują się bezpośrednio ze sobą. Obserwując ich przebieg na zdjęciu, moŜna zaobserwować miejsce w którym są rozdzielone przez promienie, mianowicie pomiędzy członami obu naczyń widoczne są promienie oraz komórki miękiszu osiowego. Orientacja obu naczyń względem siebie nazajem uległa zmianie, niezaleŜnie od orientacji komórek miękiszu osiowego. Kolejny interesujący przykład róŜnego nachylenia w kierunku promieniowym sąsiadujących ze sobą naczyń przedstawiłam na rycinie 52 B (cz. II), gdzie widoczne są dwa naczynia w bliskim sąsiedztwie. Niewielkie fragmenty tych naczyń są widoczne na powierzchni stycznej, natomiast pozostałe fragmenty tych naczyń najprawdopodobniej znajdują się pod jedną warstwą komórek miękiszu. Taki układ naczyń 83

wskazuje na ich odchylenie w płaszczyźnie promieniowej. Obserwacja ta potwierdza wyniki pomiarów odchyleń naczyń badanych przy wykorzystaniu igieł do akupunktury gdzie zaobserwowałam niewielkie, ale wyraźne odchylenia naczyń w kierunku promieniowym (analiza 2). Na rycinie 52 C (cz. II) przedstawiłam szczególny przykład, gdzie z naczyniem widocznym na powierzchni przełupu stycznego sąsiaduje w kierunku promieniowym drugie naczynie, które jest prawie na całej długości przesłonięte przez pierwsze naczynie. W miejscu, w którym znajdują się wyróŜnione promienie, widoczne jest wygięcie dwóch członów pierwszego naczynia w lewą stronę. Wygięcie to najprawdopodobniej zostało spowodowane przez układ dwóch promieni, które w tym miejscu połoŜone są na osi pierwszego naczynia. W tych dwóch piętrach, z drugiej strony tych promieni widoczne są człony drugiego naczynia. PołoŜenie dwóch wyróŜnionych promieni zmodyfikowało połoŜenie członów obu naczyń o obrębie dwóch pięter, w taki sposób, Ŝe naczynie pierwsze ominęło promienie z lewej strony, a naczynie drugie – z prawej. Na rycinie 53 przedstawiłam zdjęcie większej powierzchni stycznej drewna M. laurentii. Widoczne są fragmenty naczyń, których przebieg wykazuje wyraźne odchylenia od orientacji komórek miękiszu osiowego. Wyraźnie widoczne jest, Ŝe naczynia wykazują róŜnorodne odchylenia, a przebieg ich jest róŜny, pomimo, Ŝe znajdują się w tej samej warstwie komórek. Zaznaczyłam promienie połoŜone w pobliŜu widocznych członów wybranego naczynia. Promienie znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie wygiętych członów naczyń. Zwróciłam uwagę na szczególny wygląd komórek miękiszu osiowego, pozostających w kontakcie z członami naczyń, obserwowany często na powierzchniach drewna otrzymanych w wyniku przełupu stycznego. Wybrane przykłady przedstawiłam na rycinie 54 (cz. II). Zaznaczyłam linią prawdopodobne połoŜenie członów naczyń, które są niewidoczne na powierzchni przełupu stycznego, ale widoczny jest ich “ślad” w postaci jaśniejszych komórek miękiszu osiowego, bezpośrednio przylegających do tych członów naczyń. Widoczne jest, Ŝe równieŜ te “ślady” naczyń wykazują wygięcia od osi podłuŜnej tych naczyń czyli tam, gdzie promienie są połoŜone w miejscu fragmentu naczynia, czyli na jego osi podłuŜnej. Podobne “ślady” naczyń moŜna zauwaŜyć na rycinie 52 B (cz. II). 4.2.4. Układ naczyń badany na przekrojach stycznych drewna względem układu komórek miękiszu osiowego i połoŜenia promieni Obserwując kolejne skrawki styczne drewna M. laurentii, wykonane przy pomocy mikrotomu saneczkowego, zaobserwowałam wygięcia członów naczyń w stronę przeciwną 84

do lokalizacji promieni połoŜonych w ich bezpośrednim sąsiedztwie, podobne do przykładów zaprezentowanych w poprzednim rozdziale. Kilka przykładów takich miejsc przedstawiłam na rycinie 55 (cz. II). PoniewaŜ promienie w badanym drewnie są rozmieszczone regularnie w piętrach, często obserwowałam sytuację, gdzie w kolejnych piętrach promienie wymuszały zmiany połoŜenia kolejnych członów naczyń, co powodowało ich wygięcie na powierzchni stycznej, obejmujące 2, 3, a nawet więcej członów. Przykłady takiej sytuacji prezentuje rycina 55 B, C, D, F, G i H, a lokalizację promieni wymuszających zmianę połoŜenia członów naczyń zaznaczyłam strzałkami. Wykorzystując serię przekrojów stycznych w tym samym fragmencie drewna wtórnego M. laurentii porównałam układ komórek miękiszu osiowego, promieni oraz fragmentu naczynia widocznych w dwóch warstwach komórek drewna wtórnego oddzielonych o około 100 µm (ryc. 56; cz. II). Na rycinie 56 A widoczny jest układ komórek miękiszu osiowego i promieni, a na rycinie 56 B widoczny jest ponadto fragment naczynia. Doskonale widoczny jest wygięty człon naczynia sąsiadujący z promieniem zaznaczonym numerem 7. Na rycinie 56 A zaznaczyłam komórki miękiszu osiowego, które najprawdopodobniej połoŜone są w tych samych rzędach promieniowych, co człony fragmentu naczynia widocznego na rycinie 56 B. Na rycinie 56 C przedstawiłam nałoŜone na siebie obrysy promieni widocznych na rycinach 56 B i pozostających w kontakcie z członami naczyń, których obrysy równieŜ przedstawiłam na schemacie 56 C oraz obrysy tych samych promieni, widocznych na rycinie 56 A. Na rycinę 56 C naniosłam ponadto obrysy komórek miękiszu osiowego oraz obrysy członów fragmentu naczynia widocznego na rycinie 56 B. Na podstawie wzajemnego połoŜenia par obrysów tych samych promieni, moŜna stwierdzić, Ŝe w trakcie wzrostu członów tego fragmentu naczynia, promienie uległy odchyleniu, kierunek tego odchylenia zaznaczyłam czarnymi strzałkami. Wyraźnie widać, Ŝe te człony w czasie wzrostu zwiekszyły swoje wymiary styczne w sposób asymetryczny – w kierunku blisko połoŜonych promieni wzrost członów nr 1 i 2 był wyraźnie mniejszy niŜ w kierunku przeciwnym. Taki wzrost doprowadził do zmiany połoŜenia tych członów naczyń względem ich komórek macierzystych, co ilustruje połoŜenie linii wyznaczających środek swiatła komórek, przedstawionych na rycinie 56 D. Człony naczynia o numerach 1 i 2 urosły asymetrycznie takŜe w taki sposób, Ŝe ich górna część urosła bardziej w jednym kierunku, natomiast ich dolna część urosła bardziej w przeciwnym kierunku. Taki wzrost członów naczyń doprowadził do zmiany ich orientacji. W przypadku członów o numerach 3 i 4 promienie równieŜ uległy odchyleniu, ale orientacja i połoŜenie tych członów nie uległy zmianie. 85

4.2.5. Dyslokacje połoŜenia granic pięter a układ naczyń badany na powierzchniach stycznych drewna Na badanych przeze mnie powierzchniach stycznych drewna wtórnego uzyskanych w wyniku przełupów stycznych, widoczne były warstwy komórek miękiszu osiowego, które tworzyły wraz z promieniami regularny układ podwójnie piętrowy. Zaobserwowałam kilka przypadków dyslokacji pięter (Ryc. 57; cz. II). W trzech przypadkach dyslokacja układu pięter występowała na niewielkiej powierzchni stycznej gdzie układ granic tworzył kształt soczewki (Ryc. 57 A, B i C). Poza obszarem występowania tych dyslokacji, układ pięter był regularny a połoŜenie granic pięter po obu stronach tych dyslokacji było podobne. W przypadkach przedstawionych na rycinie 57 D i 57 E (cz. II), obszar występowania dyslokacji wykracza poza sfotografowany fragment powierzchni stycznej drewna. W przypadku przedstawionym na rycinie 57 D (cz. II), po obu stronach widocznego fragmentu naczynia występuje róŜna liczba pięter i połoŜenie granic pięter po lewej stronie nie odpowiada połoŜeniu granic pięter po prawej stronie naczynia. MoŜna równieŜ zwrócić uwagę na róŜną wysokość komórek tworzących te piętra. Wysokość piętra oznaczonego literą A stopniowo maleje w miarę zbliŜania się do członu naczynia i w jego pobliŜu wynosi 170 µm. Wysokość piętra oznaczonego literą B lekko zwiększa się w miarę zbliŜania do członu naczynia i w jego sąsiedztwie wynosi 240 µm. Wysokość piętra oznaczonego literą C rośnie w miarę zbliŜania do członu naczynia i w jego pobliŜu wynosi 300 µm. Jak widać, piętro znajdujące się na tej samej wysokości co dwa piętra po drugiej stronie naczynia ma wyraźnie większą wysokość. Wysokość promieni w badanych przypadkach dyslokacji była zgodna z układem granic pięter, jednak w obszarze dyslokacji, a szczególnie często w pobliŜu granic dyslokacji, obserwowano promienie wysokie na dwa piętra. Co jest warte podkreślenia – w Ŝadnym z obserwowanych przeze mnie przypadków dyslokacji granic pięter nie stwierdziłam znaczących nieregularności przebiegu naczyń w ich pobliŜu, więc nie moŜna stwierdzić istotnego związku między dyslokacją połoŜenia granic pięter a ukierunkowanym wzrostem członów naczyń, skutkującym powstaniem wygięcia. 4.2.6. Porównanie orientacji i wielkości nachylenia układu włóknistości i układu komórek miękiszu smugowego z uwzględnieniem układu wybranych fragmentów naczyń Wykonałam analizę w celu zweryfikowania stopnia zgodności między układem włóknistości drewna obserwowanego na przełupie promieniowym, a układem komórek inicjalnych jaki istniał w momencie odkładania danej warstwy komórek macierzystych 86

drewna wtórnego. PoniewaŜ komórki miękiszu osiowego w czasie róŜnicowania nie zmieniają swoich rozmiarów obserwowanych na przekrojach stycznych (niekiedy ulegają jedno lub dwukrotnemu podziałowi antyklinalnemu poprzecznemu), zatem ich układ stanowi odzwierciedlenie układu inicjałów kambium, istniejącego w chwili odkładania tej warstwy komórek. Analiza układu komórek tworzących warstwy miękiszu osiowego pozwala więc odtworzyć zmiany układu inicjałów kambium w określonych odstępach czasu. PoniewaŜ drewno M. laurentii charakteryzuje się miękiszem tworzącym pokłady styczne pomiędzy pokładami włókien, gatunek ten jest wyjątkowo uŜytecznym materiałem do tego rodzaju analizy. Jak widać na zamieszczonym przykładzie (Ryc. 58 A; cz. II) wielkość nachylenia i orientacja komórek miękiszu osiowego są róŜne od nachylenia i orientacji włóknistości drewna. Wielkość nachylenia komórek miękiszu osiowego względem wyznaczonej osi promieniowej (zaznaczonej na rycinie niebieską linią) obserwowałam na dwóch powierzchniach stycznych, otrzymanych w wyniku jednego przełupu stycznego, a więc stanowiących lustrzane odbicia. Ta wielkość nachylenia ulega z warstwy na warstwę gwałtownemu zmniejszeniu (w kierunku połoŜenia kambium w organie), natomiast wielkość nachylenia włóknistości w tych samych warstwach drewna ulega zwiększeniu. W tym przykładzie komórki miękiszu osiowego zorientowane są przeciwnie do układu włóknistości. W związku z tym w tym przypadku kierunek zmiany nachylenia komórek miękiszu osiowego i kierunek zmiany kąta nachylenia włóknistości są zgodne. Zmiana nachylenia w obu układach elementów drewna na przedstawionej rycinie następuje w prawo. Taka sytuacja wskazuje na to, Ŝe moŜliwe jest występowanie znaczących róŜnic nachylenia ale i orientacji badanych elementów drewna. Jednak ten sam kierunek zmiany ich nachylenia wskazuje na istniejącą ogólną dla róŜnych elementów drewna będących w sąsiedztwie (komórki miękiszu osiowego, komórki włókien) tendencję do podobnej zmiany ich nachylenia i orientacji. W kolejnym analizowanym przykładzie (Ryc. 58 B; cz. II) przedstawiłam nachylenie komórek miękiszu osiowego obserwowane na płaszczyznach stycznych, w odniesieniu do układu włóknistości oraz nachylenia fragmentu naczynia widocznego w tym fragmencie bloczka. W miejscu wykonania przełupu stycznego orientacja włóknistości jest niemal zgodna z osią organu, podczas gdy nachylenie komórek miękiszu osiowego względem osi organu jest znaczące – obserwowany odcinek ilustrujący wielkość nachylenia wynosi 2 mm przy wysokości bloczka drewna 20 mm. Charakterystyczna jest w tym przypadku większa zgodność orientacji naczynia z orientacją komórek miękiszu, niŜ z orientacją włóknistości. Rycina 58 C (cz. II) przedstawia przykład, gdzie w tych samych warstwach stycznych 87

drewna obserwowałam róŜny kąt nachylenia włóknistości i komórek miękiszu osiowego, ale taką samą ich orientację. Kąt nachylenia komórek miękiszu osiowego ulega gwałtownej zmianie, tak, Ŝe jest róŜny na dwóch lustrzanych powierzchniach stycznych. Warto zwrócić uwagę, Ŝe w tym przykładzie wielkość nachylenia komórek miękiszu jest około trzykrotnie większa od wielkości nachylenia włóknistości, ale kierunki zmiany nachylenia włóknistości i komórek miękiszu są zgodne. Na kolejnym przykładzie przedstawionym na rycinie 58 D (cz. II) widzimy, iŜ w przypadku przełupu stycznego wykonanego w pobliŜu naczynia opisanego numerem 8, kąt nachylenia komórek miękiszu osiowego jest około 2,5 razy większy od kąta nachylenia włóknistości, jednak ich orientacje są zgodne. W przypadku dwóch lustrzanych powierzchni, powstałych po wykonaniu przełupu stycznego bloczka w pobliŜu naczyń 4 i 5, widzimy, Ŝe komórki miękiszu osiowego nachylone są pod róŜnym kątem względem osi organu. Linia przełupu promieniowego w tym miejscu nie wykazuje zmiany nachylenia włóknistości. W przypadku jednej z tych lustrzanych powierzchni stycznych, kąt nachylenia komórek miękiszu osiowego jest zgodny z kątem nachylenia włóknistości, w przypadku drugiej powierzchni kąt nachylenia komórek miękiszu jest większy o około 40% od kąta nachylenia włóknistości. RóŜnicę pomiędzy orientacją i wielkością nachylenia włóknistości a orientacją i wielkością nachylenia komórek miękiszu osiowego, obserwowanego dla bloczków o wysokości 20 mm, przedstawia rycina 59. W interpretacji tego zjawiska naleŜy wziąć pod uwagę dwie cechy charakteryzujące badane drewno, które są typowe dla drewna wysokich drzew deszczowych lasów tropikalnych, ale nie dla drzew klimatu umiarkowanego. Drewno badane charakteryzuje się miękiszem osiowym typu paratrachealnego smugowego, co oznacza, Ŝe miękisz ten tworzy grube warstwy styczne ułoŜone na przemian z warstwami włókien. W czasie wykonywania przełupu promieniowego powstaje linia przełupu, obserwowana na powierzchni poprzecznej bazalnej badanego fragmentu drewna. Linia ta ilustruje układ włóknistości w badanym drewnie. Pomimo, Ŝe włóknistość drewna związana jest ze zmiennym w czasie ułoŜeniem wszystkich elementów drewna, włóknistość widoczna w postaci linii przełupu odpowiada jednak przede wszystkim ułoŜeniu włókien drzewnych. PoniewaŜ komórki miękiszu osiowego są w porównaniu z włóknami znacznie krótsze i delikatniejsze, są one w trakcie wykonywania przełupu z łatwością rozrywane. Dlatego w przypadku drewna o miękiszu osiowym typu smugowego linia przełupu odzwierciedla wyłącznie układ włóknistości kolejnych warstw włókien drzewnych. MoŜliwe zmiany orientacji włóknistości drewna, które zapisane byłyby w obrębie jednego pokładu 88

komórek miękiszu osiowego a nie w warstwach włókien sąsiadujących z tym pokładem nie byłyby odzwierciedlone w kształcie linii przełupu, poniewaŜ komórki tego pokładu miękiszu zostałyby rozerwane w trakcie wykonywania przełupu promieniowego.

Ryc. 59. Wykres ilustrujący obserwowane nachylenie komórek miękiszu osiowego oraz włóknistości w przeprowadzonych analizach (Ryc. 58 A, B, C, D; cz. II), numeracja (1-8) odpowiada numeracji zastosowanej na rycinie 58. Oś X przedstawia wielkość nachylenia włóknistości i komórek miękiszu osiowego, obserwowaną na powierzchni bazalnej, oddalonej od powierzchni apikalnej o 20 mm [w µm]. Na Osi Y przedstawiłam opisane wcześniej w tekście, przykłady opatrzone kolejnymi numerami. Prostokąt ciemno-szary ilustruje wielkość nachylenia włóknistości, prostokąt jasno-szary – wielkość nachylenia komórek miękiszu osiowego. Połączone parami prostokąty wskazują na analizę lustrzanych powierzchni przełupu miękiszu. Kierunek ustawienia prostokątów względem osi Y przedstawia kierunek nachylenia włóknistości i włókien: odchylenie w stronę prawą względem wyznaczonej osi promieniowej przedstawiłam ponad osią Y, a odchylenie w stronę lewą – pod osią Y. 89

PoniewaŜ badane drewno charakteryzuje się włóknistością zaplecioną, orientacja i kąt nachylenia elementów drewna w kolejnych warstwach drewna ulega bardzo szybkiej zmianie. Na podstawie kształtu linii przełupu otrzymanych w badanych bloczkach stwierdziłam, Ŝe pełny cykl zmiany orientacji włóknistości występował często na zaledwie kilka milimetrach przyrostu. W takim przypadku niezwykle prawdopodobne jest, Ŝe w kolejnych pokładach miękiszu osiowego orientacja włóknistości mogła być róŜna od orientacji włóknistości warstw włókien drzewnych sąsiadujących z tymi pokładami miękiszu. Podczas porównywania orientacji fragmentów naczyń, znajdujących się w obrębie pokładów miękiszu osiowego z orientacją włóknistości tego drewna widocznej w postaci linii przełupu, a więc odzwierciedlającej orientację przede wszystkim włókien drzewnych), mamy do czynienia z pokładami komórek, powstałych w róŜnym czasie, a więc takich, których orientacja moŜe być róŜna. Średnia wielkość nachylenia komórek miękiszu osiowego w tym badaniu wyniosła 1100 µm, podczas gdy średnia wielkość nachylenia włóknistości – 768 µm. 4.2.7. Układ naczyń względem układu włóknistości oraz układu komórek miękiszu osiowego, w odniesieniu do wysokości badanych bloczków drewna Aby porównać wyniki uzyskane przeze mnie przy pomocy róŜnych metod, a mianowicie: 1) porównania układu naczyń i układu włóknistości z zastosowaniem igieł do akupunktury (Roz. 4.2.2.); 2) porównania układu naczyń i układu komórek miękiszu osiowego na podstawie obserwacji powierzchni stycznych (Roz. 4.2.3.); 3) porównania orientacji włóknistości widocznej na przełupie promieniowym z orientacją miękiszu osiowego badaną na podstawie powierzchni stycznych (Roz. 4.2.6.) przedstawiłam te wyniki w tabeli nr 4 (cz. II). Z tych porównań wynika, Ŝe wielkość średniego odchylenia badanych naczyń od układu włóknistości badanego przy pomocy igieł do akupunktury (analiza 4), które wynosi 741 µm ma wielkość porównywalną z wielkością średniego odchylenia badanych naczyń od układu miękiszu osiowego obserwowaną na przełupach stycznych tj. 724 µm. Wielkość procentowa średniego odchylenia naczyń względem włóknistości gdzie za 100% przyjęłam średnią wielkość nachylenia naczyń względem wyznaczonej osi promieniowej, czyli wartość 1254 µm, wynosi 59,1%. Stopień zgodności nachylenia naczyń oraz układu włóknistości, obliczony jako róŜnica pomiędzy wartością 100% a średnim odchyleniem naczyń względem układu włóknistościb wynosi 90

40,9%. Natomiast wielkość procentowa średniego odchylenia naczyń względem komórek miękiszu osiowego wynosi 57,7%, a więc stopień zgodności wynosi 42,3%. Porównując te dwie metody moŜna zatem stwierdzić, Ŝe wyŜszy stopień zgodności otrzymałam w metodzie porównującej układ naczyń z układem komórek miękiszu osiowego, chociaŜ wartości te są nadal porównywalne. Jak opisałam w poprzednim rozdziale, wynik tego porównania moŜe być efektem specyficznej budowy drewna M. laurentii, gdzie warstwy włókien przedzielają warstwy miękiszu osiowego. PoniewaŜ w drewnie o takiej budowie linia przełupu promieniowego odzwierciedla przede wszystkim układ warstw włókien, moŜliwe jest, Ŝe krótkotrwałe zmiany nachylenia elementów drewna zapisane tylko w warstwie komórek miękiszu osiowego nie są odzwierciedlone w kształcie linii przełupu. MoŜna jednak przypuszczać, Ŝe w ogólnym zarysie układ warstw komórek miękiszu osiowego i warstw włókien jest podobny. Średnie nachylenie naczyń względem wyznaczonej osi promieniowej badane metodą z zastosowaniem igieł do akupunktury jest większe od średniego nachylenia układu włóknistości względem wyznaczonej osi promieniowej, obserwowanego na podstawie przełupów promieniowych bloczków drewna. Średnie nachylenie włóknistości w przypadku metody z zastosowaniem przełupów promieniowych i przełupów stycznych bloczka drewna gdzie badałam 8 prób (Roz. 4.2.6.) jest wyraźnie niŜsze niŜ w przypadku metody z zastosowaniem wyłącznie przełupów promieniowych, gdzie badałam 145 prób. W przypadku metody nr 3 nachylenie miękiszu osiowego jest wyraźnie większe od nachylenia włóknistości, a jednocześnie porównywalne z nachyleniem włóknistości badanym metodą przełupów promieniowych. W metodzie stosującej igły do akupunktury aŜ 80 spośród 145 badanych naczyń wykazywało większy kąt nachylenia względem osi od kąta nachylenia włóknistości. Wydaje się być to związane z tym, Ŝe średnia wielkość nachylenia naczyń względem wyznaczonej osi promieniowej jest większa od średniego nachylenia włóknistości względem tej osi. Następnie do wysokości badanych bloczków (20 mm) przyrównałam graficznie następujące średnie wielkości (Ryc. 60): 1) nachylenia naczyń względem wyznaczonej osi promieniowej, a więc równieŜ osi organu otrzymanego w analizie 1 (1254 µm); 2) nachylenia włóknistości względem wyznaczonej osi promieniowej, a więc równieŜ osi organu (1098 µm) zmierzoną w metodzie z zastosowaniem igieł do akupunktury; 3) odchylenia naczyń względem linii przełupu a więc równieŜ względem orientacji układu włóknistości, otrzymanego metodą z zastosowaniem igieł do akupunktury w analizie 4 91

(741 µm).

Ryc. 60. Graficzne porównanie uzyskanych uśrednionych odchyleń wybranych elementów drewna z wysokością badanych bloczków. Umownie przedstawiono odchylenia na lewo, bowiem pominięto rzeczywistą orientację odchyleń. A) Ogólny zarys wysokości bloczka (linia przerywana) oraz wielkości uzyskanych, uśrednionych wyników. Linia przerywana ilustruje wysokość badanych bloczków oraz oś organu i zarazem połoŜenie wyznaczonej osi promieniowej. Trzy linie ciągłe nachylone pod róŜnymi kątami względem osi organu ilustrują: 1) średnie odchylenie badanych 145 naczyń względem wyznaczonej osi promieniowej (1254 µm); 2) średnie odchylenie włóknistości względem wyznaczonej osi promieniowej w badanych 145 warstwach (1098 µm); 3) średnie odchylenie badanych 145 względem linii przełupu (741 µm). B) Powiększony fragment rysunku zaznaczony na rycinie A prostokątem. PołoŜenie osi organu ilustruje połoŜenie linii przerywanej nr 0. Odcinki ilustrują wielkość średniego: 1) nachylenia badanych 145 naczyń względem wyznaczonej osi 92

promieniowej; 2) nachylenie włóknistości względem wyznaczonej osi promieniowej w badanych 145 warstwach; 3) odchylenie badanych 145 naczyń względem układu włóknistości (gdzie układ włóknistości odzwierciedla linia kropkowana nr 1, którą umownie przeniesiono z pozycji linii nr 2 tak, Ŝe jest równoległa do osią organu). Jak widać, w porównaniu z wysokością badanych powierzchni nachylenie wyznaczonych linii jest niewielkie. Aby przedstawić liczbowo proporcję obserwowanych średnich odchyleń i wysokości badanych bloczków, przyrównałam wartości średniego odchylenia naczyń przedstawione w tabeli 4, do wysokości bloczków, która wynosiła 20 mm, co przyjęłam za 100%. Średnie odchylenie naczyń badanych w czwartej analizie wynosi zaledwie 3,7% wysokości bloczka a średnie odchylenie naczyń badane na powierzchni przełupów stycznych, przeliczone uprzednio dla wysokości bloczków równej 20 mm, które wynosi 724 µm, stanowi 3,6% wysokości bloczka (Tab. 5). Biorąc pod uwagę niewielką wysokość badanych bloczków, w porównaniu z wysokością drzew, naleŜy uznać, Ŝe jest to wartość znacząca. Gdyby wielkość odchylenia naczyń zmieniała się w sposób liniowy równieŜ na duŜych powierzchniach, moŜna by spodziewać się, Ŝe w przypadku badania powierzchni drewna o wysokości 1 m. wielkość odchylenia naczyń na tej powierzchni wynosiłaby aŜ około 37 mm, a w przypadku badania powierzchni drewna o wysokości 10 m, a obserwowano naczynia o większej długości, wielkość odchylenia naczyń wynosiłaby aŜ 37 cm! NaleŜy jednak podkreślić, Ŝe pomimo tego, iŜ wyniki uzyskane w mojej pracy podczas obserwacji powierzchni stycznych drewna o wysokości 5 mm wskazują na to, Ŝe naczynia odchylają się od orientacji komórek miękiszu w sposób liniowy, to nie moŜna załoŜyć, Ŝe w przypadku większych powierzchni odchylenia naczyń równieŜ zwiększają się liniowo.

93

5. DYSKUSJA 5.1. WPROWADZENIE Pomimo bogatej literatury dotyczącej budowy oraz tworzenia się drewna wtórnego, a w szczególności naczyń, większość publikacji nie odnosi się do układu komórek kambium waskularnego a więc do budowy tkanki, która jest początkiem kaŜdej kolejnej warstwy drewna wtórnego (Wagenführ, Scheiber 1974, Zimmermann 1983, Carlquist 1988). Pomijanie roli przebudowy układu inicjałów kambium stwarza złudne wraŜenie, Ŝe proces powstawania drewna wtórnego rozpoczyna się de novo i Ŝe drewno bierze swój początek z tkanki jednorodnej, nieprzejawiającej przebudowy układu komórek. Nie jest to zgodne z prawdą, bowiem komórki drewna wtórnego są odkładane przez komórki inicjalne kambium, których układ ulega ciągłej przebudowie, zmieniającej ich orientację i nachylenie (Bannan 1968; Butterfield 1972; Catesson 1980; Chaffey 1999; Groover, Robischon 2006; Larson 1994; Mahmood 1968; Wilson i in. 1966; Włoch 1988; Włoch, Połap 1994). Komórki macierzyste drewna wtórnego powstają przy udziale podziałów peryklinalnych komórek kambium i następnie rosną i róŜnicują juŜ poza kambium w elementy drewna wtórnego, dlatego wydaje się być logicznie uzasadnione poszukiwanie właśnie w układzie inicjałów kambium informacji dotyczącej orientacji komórek róŜnicujących w elementy drewna wtórnego, w tym równieŜ członów naczyń. Przebudowa układu inicjałów kambium bez wątpienia wpływa na układ odkładanych kolejno warstw komórek macierzystych drewna wtórnego. Jest to oczywiste, poniewaŜ układ komórek macierzystych drewna przed rozpoczęciem ich wzrostu, stanowi odzwierciedlenie układu inicjałów kambium (Chowdry 1936; Cumbie 1967; Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Krawczyszyn 1977; Włoch, Bilczewska 1987; ZagórskaMarek 1975). W czasie rozwoju komórek macierzystych w róŜne elementy drewna roślin okrytonasiennych ten pierwotny układ komórek przestaje być widoczny na wskutek intensywnego i nierównomiernego wzrostu róŜnych komórek rozwijających się w róŜne elementy drewna. W oparciu o powyŜsze informacje, przyjęłam w niniejszej pracy hipotezę o związku pomiędzy układem komórek inicjalnych kambium a układem naczyń w drewnie, która jest bezpośrednią konsekwencją załoŜenia, iŜ układ komórek kambium, odkładając kolejne warstwy tkanek wtórnych, wywiera wpływ równieŜ na układ przestrzenny elementów tych tkanek. Zdecydowana większość badań, które dotyczą róŜnicowania członów naczyń drewna wtórnego nie nawiązuje do sieci całych naczyń, obserwowanej u wielu gatunków, a te badania, które dotyczą sieci naczyń zwykle nie odnoszą się do układu inicjałów kambium. 94

Jednak Zimmermann (1983) zwrócił uwagę, Ŝe nowe prace polskich naukowców badających kambium rzucają nowe światło na zagadnienie powstawania sieci naczyń. W badaniu porównującym układ członów naczyń z układem komórek kambium niepiętrowego stwierdzono, Ŝe układ komórek kambium jest odwzorowany w układzie członów naczyń (Kitin i in. 2003), na podstawie wyników mojej pracy sądzę jednak, Ŝe jest to pewne uogólnienie, co dokładniej omówię w dalszej części dyskusji. Zrozumienie przebudowy układu inicjałów kambium jest więc niezbędne do zrozumienia mechanizmów zmiany orientacji naczyń w drewnie wtórnym, dlatego w pierwszej części pracy skoncentrowałam się na analizie zmiany układu komórek kambium. Przegląd literatury dotyczącej wzorów włóknistości obserwowanych na powierzchniach przełupów promieniowych drewna, wskazuje na to, Ŝe związek układu włóknistości (pojmowanej często jako układ wszystkich elementów drewna) z orientacją zdarzeń zachodzących w inicjałach kambium jest powszechnie przyjęty (Harris 1969, 1973, 1989; Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Kirschner i in. 1971; Hejnowicz, Romberger 1973, 1979; Zagórska-Marek, Little 1986; Ogata i in. 2003; Kramer 2006). Pogląd ten w literaturze poparty jest załoŜeniem, iŜ orientacja i wielkość nachylenia komórek w dojrzewającym drewnie wtórnym nie ulega zmianie (Zagórska-Marek 1995), pomimo występowania charakterystycznego wzrostu dojrzewających włókien. Dlatego w mojej pracy załoŜyłam, iŜ układ włóknistości, obserwowany na przełupie promieniowym drewna, odpowiada ściśle orientacji i nachyleniu inicjałów kambium, istniejących w momencie odkładania kolejnych warstw komórek drewna wtórnego. Na podstawie wyników mojej pracy stwierdzam jednak, Ŝe wzór włóknistości, obserwowany na powierzchni przełupu promieniowego drewna, wynika przede wszystkim z orientacji i wielkości nachylenia włókien drzewnych. Do podobnych wniosków doszli równieŜ na podstawie szczegółowych badań anatomicznych drewna Acacia magnum Ogata i współautorzy (2003). O ile układ włóknistości jest w literaturze powszechnie traktowany jako odzwierciedlenie układu komórek inicjalnych kambium utrwalonego w trakcie odkładania tej warstwy drewna, o tyle w doniesieniach dotyczących rozwoju naczyń i tworzenia sieci naczyń w drewnie zwykle nie ma odniesień do układu inicjałów kambium. A przecieŜ rozwój włókien i naczyń nie przebiega w sposób odizolowany od siebie. MoŜna więc postawić pytanie: czy proces rozwoju komórek drewna, takich jak włókna i człony naczyń podlega tym samym mechanizmom? W literaturze niewielu autorów porównuje orientację włókien z orientacją naczyń (Ogata i in. 2003). W toku mojej pracy dokonałam próby odpowiedzi na pytanie, w jakim stopniu orientacja włókien oraz naczyń drewna wtórnego odpowiada orientacji 95

inicjałów wrzecionowatych kambium. PoniewaŜ komórki rozwijające się w miękisz osiowy nie wykazują wzrostu zmieniającego ich wymiary obserwowane na przekroju stycznym, układ komórek miękiszu stanowi odwzorowanie układu inicjałów kambium, istniejącego w czasie odkładania tej warstwy komórek (Krawczyszyn 1977; Krawczyszyn, Romberger 1979; Harris 1989; Kojs i in 2004 a, b; Jura i in. 2006). Badane w mojej pracy drewno M. laurentii charakteryzuje się miękiszem paratrachealnym typu smugowego (z ang. confluent), co umoŜliwia badanie układu komórek miękiszu osiowego na duŜych powierzchniach przełupów stycznych wraz z występującymi w tych warstwach naczyniami. 5.2. ROZWÓJ CZŁONÓW NACZYŃ Komórki macierzyste drewna wtórnego, powstają w wyniku podziałów peryklinalnych komórek kambium, po czym w wyniku odkładania kolejnych komórek macierzystych drewna stopniowo oddalają się od kambium, w tym czasie rosną i ulegają róŜnicowaniu. Komórki rozwijające się w róŜne elementy drewna podlegają w czasie ich rozwoju określonym zmianom, często rosną intruzywnie oraz odkładają zlignifikowaną ścianę wtórną. W szczególnie duŜym stopniu widoczne jest to w przypadku członów naczyń i włókien drzewnych (Wilson i in. 1966; Mahmood 1968; Sachs 1969, 1981, 1984; Phillipson i in. 1971; Butterfield 1972; Catesson 1980; Savidge, Farrar 1984; Aloni 1988; Larson 1994; Chaffey 1999; Groover, Robischon 2006). Rozwój członów naczyń odbywa się wcześniej w odkładanych warstwach komórek niŜ rozwój włókien drzewnych (Ogata i in. 2003). Mechanizm determinujący, które komórki rozwijają się w określone elementy drewna nadal podlega szerokiej dyskusji. Dotychczasowe badania róŜnicowania drewna nie doprowadziły do pełnego wyjaśnienia mechanizmów kontrolujących wzrost rozwijających się członów naczyń (Kitin i in. 2003). Znaczącą rolę w tym procesie odgrywa przepływ auksyny, niemniej jednak zrozumienie mechanizmów kontroli przepływu auksyny wymaga dalszych badań. Do zagadnienia tego powrócę w dalszej części dyskusji, w rozdziale 5.4. W mojej opinii istotne jest konsekwentne opisanie zdarzeń zachodzących w czasie rozwoju elementów drewna, wyodrębniając dwa procesy, w pewnym stopniu niezaleŜne od siebie, a mianowicie wzrost i róŜnicowanie komórek. Charakterystyka tych dwóch procesów jest odmienna w przypadku komórek rozwijających się w określone elementy drewna, na przykład komórki rozwijające się we włókna drzewne rosną intruzywnie na długość (zwykle zgodnie z ich osią długą), osiągając często długość wielokrotnie przekraczającą długość ich komórek macierzystych (Esau 1965; Larson 1994), natomiast 96

komórki, które mają utworzyć człony naczyń, rosną przede wszystkim w kierunku promieniowym oraz stycznym, co często doprowadza do wielokrotnego zwiększenia się średnicy ich światła (Ryc. 29 i 30; cz. II). Po zakończeniu wzrostu tych komórek odkładana jest ściana wtórna, tworząca charakterystyczne dla nich zgrubienia oraz, w przypadku członów naczyń, tworzone są płyty perforacyjne łączące kolejne człony naczyń, które tworzą wspólne naczynie (Wilson i in. 1966; Uggla i in. 1996; Roberts, McCann 2000). Lawton i współautorzy (1979) zaobserwowali, Ŝe istotny rozwój ściany wtórnej włókien następował dopiero po zakończeniu wzrostu wydłuŜeniowego tych komórek. RównieŜ Antonova i Shebeko (1981) zaobserwowali, Ŝe zarówno odkładanie kolejnych warstw wtórnego drewna przez inicjały kambium i rozwój elementów drewna są niezaleŜnymi procesami. W rozwoju elementów drewna moŜna wyróŜnić kolejne etapy, które określone czynniki środowiskowe mogą modyfikować w róŜny sposób. Podsumowując, moŜna powiedzieć, Ŝe rozwój członów naczyń obejmuje: •

wzrost członów naczyń, następujący w kierunkach stycznym oraz promieniowym;

•

róŜnicowanie członów naczyń, polegające na odkładaniu ściany wtórnej z charakterystycznymi jamkami oraz tworzeniu płyty perforacyjnej.

RóŜnicowanie członów naczyń moŜe być zatem niezaleŜne od ich wcześniejszego wzrostu. Przykładem moŜe być nietypowe róŜnicowanie komórek drewna wtórnego, kiedy na wskutek zahamowania wzrostu komórki zachowują rozmiary inicjałów kambium, ale wykazują cechy morfologiczne identyfikujące je z członami naczyń, np. charakterystyczne jamki, zgrubienia ścian komórkowych czy płyty perforacyjne. Taki rozwój elementów drewna zaobserwowano po przyłoŜeniu dodatkowego napręŜenia mechanicznego do tworzącego się drewna (Bauer, Eschrich 1997). Podobną budowę elementów drewna obserwowano w drewnie późnym, gdzie nie tylko komórki rozwijające się w człony naczyń, ale i komórki rozwijające się we włókna, niemal nie rosną w trakcie rozwoju, co przedstawiłam na schematycznym rysunku (Ryc. 61). PoniewaŜ procesem, który moŜe prowadzić do zmiany układu komórek i ich wzajemnych kontaktów jest przede wszystkim ukierunkowany wzrost intruzywny komórek, moŜna wyróŜnić dwa etapy powstawania drewna wtórnego, w których prawdopodobnie zachodzi tworzenie się sieci naczyń w drewnie: •

zachodzący w kambium, poprzez ukierunkowany wzrost intruzywny prowadzący do przebudowy układu inicjałów;

•

zachodzący we wczesnych etapach rozwoju elementów drewna, poprzez ukierunkowany wzrost intruzywny komórek rozwijających się w człony naczyń. 97

Na podstawie tych dwóch etapów tworzenia się układu naczyń wyróŜniam dwa mechanizmy, które współuczestniczą w tworzeniu sieci naczyń w drewnie: mechanizm pierwotny, zachodzący w czasie przebudowy układu inicjałów kambium, oraz mechanizm wtórny, modyfikujący układ naczyń we wczesnych etapach ich rozwoju.

A

C

B

D

Ryc. 61. Schemat wykonany na podstawie budowy wybranych elementów drewna wtórnego: A – schemat budowy członu naczynia występującego w drewnie wczesnym B – schemat budowy włókna występującego w drewnie wczesnym C – schemat budowy członu naczynia występującego w drewnie późnym D – schemat budowy włókna występującego w drewnie późnym

Poza procesem rozwoju członów naczyń, równie waŜnym zagadnieniem jest proces tworzenia się sieci całych naczyń. Powstanie sieci naczyń, wspólnie uczestniczących w transporcie wody, zapewnia znacznie większe bezpieczeństwo transportu, przede wszystkim z uwagi na ryzyko wystąpienia róŜnego rodzaju uszkodzeń i kawitacji, zachodzącej w naczyniach w warunkach np. suszy. Jedno bardzo długie naczynie, funkcjonujące jako niezaleŜna kapilara, w przypadku wystąpienia kawitacji, zostałoby „zatkane” przez powstały bąbelek powietrza i przestałoby przewodzić wodę. JeŜeli kawitacja wystąpiłaby w wielu naczyniach, transport wody w całej roślinie byłby wówczas powaŜnie ograniczony. W przypadku sieci naczyń połączenia jamkowe pomiędzy sąsiadującymi ze sobą naczyniami pełnią funkcję zaworów bezpieczeństwa, zatrzymując bąbelki powietrza (Hacke, 98

Sperry 2001). MoŜna spodziewać się, Ŝe w drewnie o włóknistości zaplecionej, co tak naprawdę oznacza, Ŝe kolejne przyrosty takiego drewna wtórnego mają inną orientację i nachylenie, a zmiana orientacji i nachylenia komórek w kolejnych warstwach moŜe być bardzo szybka, sieć naczyń jest bardziej rozbudowana, niŜ w przypadku drewna o innym typie włóknistości. ZałoŜenie to opieram na podstawie obserwacji układu sieci naczyń w drewnie (Kitin i in. 2004), gdzie kontaktowały się ze sobą nie tylko naczynia pozostające w tych samych warstwach drewna (w kierunku stycznym), ale równieŜ w sąsiednich warstwach (w kierunku promieniowym). Występowanie włóknistości zaplecionej w drewnie zatem skutkowałoby większym bezpieczeństwem transportu wody oraz być moŜe równieŜ większą wydajnością tego transportu. Równie waŜne jest, Ŝe w przypadku funkcjonującej sieci naczyń jeden korzeń dostarcza wodę dla wielu gałęzi oraz odwrotnie – jedna gałąź pobiera wodę od wielu korzeni. Uszkodzenie lub obumarcie jednego korzenia nie ma w tym przypadku większego znaczenia dla drzewa, podczas gdy w razie braku funkcjonującej sieci oznaczałoby to obumarcie części drzewa z powodu braku wody. W przypadku drewna o włóknistości spiralnej, podobne wnioski wysnuł Kubler (1991). Leelavanichkul i Cherkaev (2004) nie zaobserwowali zwiększenia wytrzymałości mechanicznej pnia i gałęzi w przypadku występowania włóknistości spiralnej w drewnie, a nawet przeciwnie, po przekroczeniu określonego stopnia nachylenia włóknistości (37˚) zaobserwowali pogorszenie własności mechanicznych badanego drewna, w związku z czym stwierdzili, Ŝe tworzenie włóknistości spiralnej związane jest z innymi korzyściami niŜ wytrzymałość mechaniczna. Zasugerowali oni, Ŝe bardziej prawdopodobne jest, iŜ korzyścią wynikającą z występowania takiej włóknistości jest sprawniejsze funkcjonowanie transportu wody. Inne badania wykazały jednak, Ŝe występowanie włóknistości spiralnej w drewnie zwiększa jego wytrzymałość mechaniczną, szczególnie na napręŜenia torsyjne wywołane np. wiatrem (Skatter, Kučera 1998). W przypadku drewna o włóknistości zaplecionej, jego specyficzną strukturę moŜna porównać do sklejki, powszechnie wykorzystywanej w przemyśle stolarskim, gdzie drewno krojone jest podłuŜnie na cienkie warstwy, które następnie sklejane ze sobą tak, Ŝe włókna drzewne mają róŜne nachylenie w kolejnych warstwach. Struktura sklejki skutkuje znacznie większą wytrzymałością mechaniczną. Okazuje się, Ŝe drewno o włóknistości zaplecionej, występujące głównie u drzew najwyŜszych pięter lasów tropikalnych, jest niezwykle cenione nie tylko z uwagi na wytrzymałość mechaniczną, ale i ze względu na niezwykłe walory dekoracyjne. PoniewaŜ wzrost drzew o takim typie drewna charakteryzuje się szybkim przyrostem na wysokość i późniejszym rozrostem korony niŜ w przypadku drzew klimatu umiarkowanego (Iqball i in. 2005), drewno takie jest niemal pozbawione sęków, co podnosi 99

jego wartość handlową. Podjęte próby uprawy drzew tych gatunków, które rosnąc w deszczowych lasach tropikalnych wykształcają włóknistość zaplecioną w drewnie, zakończyły się niepowodzeniem, poniewaŜ wzrost tych drzew nie przypominał omówionego wcześniej, drzewa nie tworzyły wysokich pni a ich drewno nie posiadało poŜądanych cech. Oznacza to, Ŝe odmienne środowisko rozwoju tych drzew wpłynęło na ich pokrój i strukturę ich drewna. Podobny związek obserwowano równieŜ w badaniach kambium, przykładowo u lipy kambium piętrowe powstaje raczej u osobników rosnących w obrębie zadrzewień, a nie u osobników rosnących w odosobnieniu, np. na polanach lub wśród pól. Kluczem do sukcesu powstania hodowli drzew o cechach drewna drzew tropikalnych lasów deszczowych wydaje się być zrozumienie związku między określonym potencjałem genetycznym gatunku a czynnikami środowiskowymi, które warunkują powstanie poŜądanych cech drewna, takich jak dostępność światła oraz występowanie i siła wiatru. Być moŜe rozwój wiedzy dotyczącego tworzenia się drewna wtórnego umoŜliwi w przyszłości utworzenie plantacji drzew, których drewno miałoby cechy drewna drzew tropikalnych, co znacznie zmniejszyłoby jego cenę a w efekcie przyczyniłoby się do ochrony deszczowych lasów tropikalnych, obecnie nadal rabunkowo niszczonych. Do pełnego zrozumienia związku między powstaniem określonych cech drewna a środowiskiem rozwoju drzewa konieczne jest szczegółowe opisanie przebudowy układu inicjałów kambium oraz mechanizmów, które tą przebudowę kontrolują. Dlatego w pracy mojej poświęciłam uwagę nie tylko anatomii drewna, ze szczególnym uwzględnieniem układu naczyń, ale równieŜ przebudowie układu inicjałów kambium. 5.3. TWORZENIE SIĘ UKŁADU NACZYŃ NA PRZYKŁADZIE MILLETIA LAURENTII 5.3.1. Wpływ układu inicjałów kambium na tworzenie się sieci naczyń w drewnie – mechanizm pierwotny Pierwotnym mechanizmem wyznaczającym orientację i nachylenie naczyń w kaŜdej kolejnej warstwie odkładanych komórek drewna wtórnego, jest przebudowa układu inicjałów kambium na wskutek ukierunkowanego wzrostu intruzywnego. Historia tej przebudowy jest zapisana w kolejnych warstwach komórek drewna i łyka wtórnego (Bannan 1966, 1968; Hejnowicz 1964, 1967, 1968; Włoch, Połap 1994; Chaffey 1999; Kojs i in. 2004 a, b). Wstępne obserwacje przekrojów stycznych drewna Lonchocarpus sericeus (Włoch i in. 2005) (Ryc. 62, cz. II) oraz M. laurentii (Richter, Dallwitz 2000) (Ryc. 63; cz. II), pozwoliły na wysunięcie wniosku, iŜ przebieg naczyń jest w tych przypadkach zgodny z orientacją komórek miękiszu osiowego. PoniewaŜ układ komórek miękiszu osiowego stanowi 100

odzwierciedlenie układu inicjałów kambium, istniejącego w momencie tworzenia danej warstwy drewna wtórnego, a zatem moŜna przypuszczać, Ŝe układ naczyń jest w ogólnym zarysie zgodny z układem inicjałów kambium. Badając układ naczyń na powierzchniach przełupów stycznych obserwowałam jednak wyraźne odchylenia naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego. RównieŜ badając układ naczyń przy pomocy igieł do akupunktury i przełupów promieniowych obserwowałam wyraźne odchylenia naczyń od linii przełupu promieniowego. Porównanie średniej wielkości odchylenia naczyń od linii przełupu oraz średniej wielkości odchylenia naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego, wykazało, Ŝe wyniki uzyskane tymi metodami są porównywalne ze sobą (Tab. 4). PoniewaŜ komórki miękiszu osiowego nie rosną intruzywnie w czasie róŜnicowania i nie zmieniają swoich wymiarów stycznych, układ ich odpowiada układowi inicjałów kambium. Dlatego na podstawie tych wyników (tab. 4) moŜna stwierdzić, Ŝe orientacja i nachylenie układu włóknistości odpowiada orientacji i nachyleniu komórek inicjalnych kambium, istniejących w chwili odkładania tej warstwy komórek. Pozostaje to w zgodzie z powszechnie przyjętym w literaturze załoŜeniem, Ŝe orientacja i nachylenie włóknistości odpowiada orientacji i nachyleniu układu inicjałów kambium (Zagórska–Marek 1995). PoniewaŜ układ inicjałów kambium ulega przebudowie w czasie, zmieniając orientację i wielkość nachylenia inicjałów względem osi organu, moŜna załoŜyć, Ŝe te zmiany znajdują swoje odzwierciedlenie w układzie komórek odkładanych warstw drewna wtórnego. Przejawem takiego odzwierciedlenia jest szeroko opisywana włóknistość spiralna, falista i zapleciona drewna. U gatunków, u których przebudowa układu inicjałów kambium zachodzi z duŜą intensywnością a w drewnie występuje włóknistość falista lub zapleciona, kambium charakteryzuje się strukturą piętrową lub podwójnie piętrową. Jest to istotnym zaprzeczeniem poglądu, Ŝe w kambium piętrowym wzrost intruzywny ma znaczenie marginalne i występuje na niewielkim obszarze przede wszystkim po podziałach antyklinalnych podłuŜnych (Beijer 1927), który był powszechny w tradycyjnym sposobie opisywania struktury i mechanizmów przebudowy kambium. W jaki sposób tak intensywna przebudowa układu inicjałów zachodzi właśnie w kambium piętrowym i podwójnie piętrowym, w których to typach kambium zachodzą przede wszystkim podłuŜne podziały antyklinalne, a wzrost intruzywny – jak powszechnie przyjęto – ma znaczenie marginalne? Na te pytania, które w tradycyjnym sposobie opisywania kambium pozostawały bez rzeczowej i logicznej odpowiedzi, próby odpowiedzi prezentują najnowsze prace dotyczące kambium (Kojs i in. 2004 a i b; Jura i in. 2006; Karczewska i in. 2009; Włoch i in. 2009). Pełne zrozumienie mechanizmów przebudowy układu inicjałów kambium jest niezbędne równieŜ dla wyjaśnienia procesu 101

tworzenia się sieci naczyń w drewnie. Proces powstawania piętrowości w kambium nadal jest problemem szeroko dyskutowanym. L. anagyroides jest gatunkiem, u którego piętrowość w kambium wykształca się bardzo wcześnie, w czasie nieco dłuŜszym od jednego sezonu wegetacyjnego (w maju w pędach dwuletnich obserwowałam wyraźną piętrowość kambium). Zwykle kambium piętrowe powstaje z prokambium o budowie niepiętrowej (Klinken 1914; Bejier 1927; Record 1919). W tradycyjnym sposobie opisywania tego procesu, powstawanie piętrowości wynikało wyłącznie z wielokrotnych podłuŜnych podziałów antyklinalnych inicjałów wrzecionowatych, co prowadziło do utworzenia pakietów komórek, a w wyniku dalszego wzrostu liczby komórek w pakietach – do utworzenia szerokich pięter (Cumbie 1984). Takie pakiety komórek moŜna wyróŜnić na podstawie charakterystycznej grubości ścian komórkowych (Catesson, Roland 1981; Włoch i in. 2001). Pakiety komórek powstają takŜe w wyniku kolejnych podziałów peryklinalnych komórek kambium i nazywane są wówczas czwórkami Sanio (Murmanis 1977; Timell 1980). W tym ujęciu piętra były homogenne, co oznacza, Ŝe piętra takie powstały w wyniku kolejnych podłuŜnych podziałów antyklinalnych jednej komórki inicjalnej (Hejnowicz 1973 a, 1980 a; Ajmal i in. 1986; Carlquist 1988; Larson 1994). Hipoteza ta nie wyjaśnia jednak, w jaki sposób regularna piętrowość powstaje w czasie jednego lub dwóch sezonów wegetacyjnych, co obserwuje się w naszej rodzimej florze rzadko, częściej u niektórych gatunków introdukowanych (w tym Colutea arborenscens, Laburnum anagyroides, Wisteria sp.) ale w klimacie tropikalnym taki sposób powstawania piętrowej struktury kambium obserwuje się u wielu gatunków wysokich drzew tropikalnych lasów deszczowych, szczególnie w obrębie takich rodzin jak Fabaceae, Sterculiaceae i Meliaceae w tym równieŜ badana w tej pracy M. laurentii (rodz. Fabaceae) (Record 1919; Carlquist 1988; Iqball i in. 2005). Teoretyczna analiza tworzenia się homogennych pakietów komórek i ich dalszego powiększania (w znaczeniu zwiększania się liczby komórek je tworzących) prowadzi do wniosku, Ŝe w przypadku kambium pochodzącego z prokambium niepiętrowego taki proces prowadzi do powstania mozaiki pakietów komórek powstałych w wyniku kolejnych podłuŜnych podziałów antyklinalnych komórek inicjalnych wywodzących się z prokambium. Takie mozaikowe ułoŜenie pakietów komórek wrzecionowatych powstałych w wyniku podziałów antyklinalnych podłuŜnych, sąsiadujących z komórkami wrzecionowatymi pozostającymi w układzie niepiętrowym, zaobserwowano w tzw. kambium o piętrowości przejściowej (Krawczyszyn 1977). Mozaikowo ułoŜone pakiety powstałe w wyniku podłuŜnych podziałów antyklinalnych inicjałów wrzecionowatych nie mogą utworzyć 102

jednego, wspólnego i regularnego piętra bez udziału przebudowy pionowej, zmieniającej w osi organu połoŜenie tych pakietów. Występowaniem podłuŜnych podziałów antyklinalnych nie moŜna ponadto wyjaśnić przeniesienia ciągłości tego pakietu na drugą stronę promienia, w związku z czym występowanie szerokich (wielorzędowych), wysokich promieni stanowi niewątpliwą granicę dla powstających homogennych pięter. Takie właśnie wysokie na wiele pięter, wielorzędowe promienie są charakterystyczne dla L. anagyroides. W niniejszej pracy juŜ w kambium dwuletnim obserwowałam granice pięter zlokalizowane na tej samej wysokości po obu stronach szerokich, wysokich promieni, co dowodzi heterogennej natury tych pięter. Osiągnięcie określonej szerokości homogennych pakietów komórek musi się wiązać ponadto z wystąpieniem odpowiedniej liczby podłuŜnych podziałów antyklinalnych inicjałów wrzecionowatych, co przy zachowaniu stałych wymiarów inicjałów wrzecionowatych oznacza proporcjonalny do liczby podziałów antyklinalnych przyrost powierzchni kambium. Wyniki moich badań struktury kambium L. anagyroides pokazują, Ŝe przyrost powierzchni kambium pomiędzy pierwszym a drugim rokiem jego aktywności wynosił około 85%. Przy załoŜeniu stałych rozmiarów inicjałów wrzecionowatych w tym okresie, oznacza to, Ŝe statystycznie 85% inicjałów wrzecionowatych podzieli się antyklinalnie jeden raz a 15% inicjałów nie podzieli się antyklinalnie. PoniewaŜ w badanym kambium w pierwszym roku jego aktywności większość pakietów zbudowana była z 2 do 4 komórek, to w drugim roku aktywności kambium naleŜałoby oczekiwać przewagi pakietów złoŜonych z 4 do 8 komórek. Występowanie pakietów złoŜonych z kilkunastu a nawet dwudziestu kilku komórek w badanym kambium dwuletniego pędu moŜna wytłumaczyć wyłącznie zakładając ich heterogenną naturę. Hipotezę powstawania heterogennych pięter na wskutek przebudowy połoŜenia całych kompleksów komórek wrzecionowatych na powierzchni stycznej opisali Kojs i współautorzy (2002, 2004 a, b). Autorzy wprowadzili pojęcie przebudowy pionowej i poziomej. Schemat ilustrujący przebudowę pionową, prowadzącą do szybkiego powstania regularnej piętrowości, pochodzący z pracy Kojsa i współautorów (2004 a) przedstawiłam na rycinie 64. W przypadku L. anagyroides, utworzenie obserwowanych, szerokich pięter w kambium, w czasie zaledwie jednego sezonu aktywności kambium, nie moŜna wytłumaczyć wyłącznie występowaniem podziałów podłuŜnych antyklinalnych, prowadzących do utworzenia pakietów homogennych komórek. Odpowiada to wynikom uzyskanym przez Kojsa i współautorów (2004 a).

103

Ryc. 64. Schemat powstawania regularnej piętrowości na wskutek przebudowy pionowej pakietów komórek (Kojs i in. 2004 a). Kolorami zaznaczono mozaikowo ułoŜone pakiety komórek powstałe w wyniku podziałów podłuŜnych z jednej komórki inicjalnej. Przerywaną linią zaznaczono występujące podziały antyklinalne. Przedstawiono kilka moŜliwych wersji zdarzeń zachodzących w trakcie przebudowy pionowej, prowadzących do powstania regularnej piętrowości. Strzałkami w osi komórek zaznaczono kierunek wzrostu intruzywnego pakietów komórek

Powstanie regularnej piętrowości, szczególnie w układzie podwójnie piętrowym, umoŜliwia intensywną przebudowę poziomą, prowadzącą do szybkiej zmiany nachylenia i orientacji duŜej liczby inicjałów wrzecionowatych kambium, co przedstawiłam juŜ w tej pracy na rycinie 3. 104

W kambium L. anagyroides obserwowałam krótkie inicjały wrzecionowate w porównaniu do innych gatunków roślin okrytonasiennych dwuliściennych. Średnia ich długość badana na podstawie długości komórek miękiszu osiowego w dojrzałym, dwudziestoletnim drewnie wynosiła 190,5 µm. Dla porównania, wg Ghouse i in. (1980) u okrytonasiennych z kambium piętrowym długość komórek wrzecionowatych najczęściej występuje w przedziale 186 – 649 µm, wg Larsona (1994) – w przedziale 138 – 535 µm. Zaobserwowałam zwiększenie, a następnie wyraźniejsze zmniejszenie średniej długości komórek wrzecionowatych (Ryc. 18), co pozostaje w zgodzie z doniesieniami literatury, dotyczącymi kambium piętrowego (Butterfield 1972; Ajmal i in. 1986). Zmiana średniej długości komórek wrzecionowatych występuje w czasie tworzenia się regularnej piętrowości. PoniewaŜ zmniejszanie się wysokości pięter musi prowadzić do zwiększenia się liczby pięter występujących na danym odcinku wysokości kambium, w procesie tym uczestniczy przebudowa układu całych grup komórek. W przypadku gatunków roślin okrytonasiennych charakteryzujących się kambium niepiętrowym oraz w przypadku roślin nagonasiennych obserwowano natomiast stopniowe zwiększanie się długości inicjałów wrzecionowatych (Sanio 1872). W wielu pracach obserwowano zmiany wysokości członów naczyń, przy czym zmiana taka następowała w kierunku zmniejszenia się wysokości członów w kolejnych przyrostach drewna (Khan, Siddiqui 2007) lub odwrotnie, w kierunku zwiększenia się ich wysokości (Hejnowicz, Hejnowicz 1958; Dünisch i in. 2004). PoniewaŜ w literaturze powszechnie przyjęto, Ŝe wysokość członów w zasadzie odpowiada wysokości inicjałów wrzecionowatych kambium (Bailey 1920; Butterfield 1973; Sharma i in. 1979; Rao i in. 1996), moŜna powiedzieć, Ŝe zmiany wysokości członów naczyń wynikają z proporcjonalnych zmian długości inicjałów wrzecionowatych kambium. Wielokrotnie potwierdzono, Ŝe w przypadku roślin o kambium piętrowym i drewnie rozpierzchłonaczyniowym długość inicjałów kambium odpowiada wysokości członów naczyń (Chalk, Chattaway 1934, 1935) natomiast w przypadku badań roślin o drewnie pierścieniowonaczyniowym okazało się, Ŝe człony naczyń były niŜsze od inicjałów wrzecionowatych (Chalk, Chattaway 1935; Süss 1967). Obserwowane niekiedy zmniejszenie wysokości członów naczyń względem długości komórek kambium obserwowanych na przekrojach stycznych, do pewnego stopnia moŜna wytłumaczyć zmianą orientacji ścian w trakcie tworzenia płyt perforacyjnych dojrzewających członów naczyń oraz trudnościami w identyfikacji faktycznego połoŜenia końców członów naczyń i ich wysokości (Butterfield 1973, Sharma 1979; Khan, Siddiqui 2007). 105

Kitin i współautorzy (1999) stwierdzili, Ŝe średnia całkowita wysokość członów naczyń drewna wczesnego obserwowana w maceratach komórkowych była zbliŜona do średniej długości komórek wrzecionowatych kambium nieaktywnego, przy czym obie te wartości były wyraźnie wyŜsze od średniej długości komórek wrzecionowatych kambium aktywnego oraz, zbliŜonej do niej, średniej wysokości naczyń drewna późnego. W kambium aktywnym stwierdzili oni ponadto największe zróŜnicowanie długości komórek wrzecionowatych, co moim zdaniem moŜe być związane z trwającą przebudową układu inicjałów kambium. W kambium L. anagyroides zaobserwowałam stopniowe wyrównywanie wysokości wszystkich badanych komórek wrzecionowatych (Ryc. 19), co wydaje się być logiczną konsekwencją przebudowy pionowej pakietów komórek o zróŜnicowanej wysokości, która prowadzi do utworzenia regularnej piętrowości. Kitin i współautorzy (1999) zbadali, czy średnia długość badanych komórek wrzecionowatych mieści się w tym wyznaczonym przedziale długości, w którym występuje największa liczba komórek. W ich badaniach średnia długość komórek kambium aktywnego Kalopanax pictus mierzona na maceratach komórek wynosiła 280 µm, podczas gdy najliczniej komórki te występowały w przedziale 351 – 400 µm. W przypadku pomiaru długości komórek wrzecionowatych na przekrojach stycznych średnia długość komórek naleŜała do tego wyznaczonego przedziału długości, w którym komórki wrzecionowate występowały najliczniej (Kitin i in. 1999). Autorzy stwierdzili, Ŝe w przypadku pomiaru długości komórek wrzecionowatych na przekrojach stycznych istnieje ryzyko pominięcia bardzo krótkich komórek oraz trudność w zidentyfikowaniu faktycznego połoŜenia końca komórek nieleŜących idealnie w płaszczyźnie przekroju stycznego, więc uznali pomiar długości zmacerowanych komórek za bardziej wiarygodną metodę od pomiaru długości komórek obserwowanych na przekrojach stycznych. Ma to istotne znaczenie w przypadku kambium niepiętrowego o długich komórkach wrzecionowatych (Kitin i in. 1999). W mojej pracy średnia długość komórek wrzecionowatych aktywnego kambium mierzona na przekrojach stycznych naleŜała do tego wyznaczonego przedziału długości, w którym komórki wrzecionowate występowały najliczniej. PoniewaŜ kambium L. anagyroides jest typu piętrowego o stosunkowo krótkich komórkach wrzecionowatych, pomiar długości komórek na przekrojach stycznych uznałam obserwację przekrojów stycznych za odpowiednią metodę. W niniejszej pracy zaobserwowałam ponadto przypadki przebudowy układu inicjałów kambium L. anagyroides, w postaci widocznych na seriach przekrojów poprzecznych 106

kambium skośnych ścian komórkowych, co przedstawiłam na rycinach 20 i 23. Te skośne ściany komórkowe, powstają w wyniku transformacji ścian stycznych w promieniowe w czasie wzrostu intruzywnego i w konsekwencji eliminacji sąsiednich inicjałów poprzez nierówne podziały peryklinalne. Analiza serii przekrojów poprzecznych umoŜliwia opisanie historii zdarzeń komórkowych, zapisanej w kolejnych warstwach komórek, jak równieŜ wskazanie z duŜym prawdopodobieństwem komórki inicjalnej w rzędzie promieniowym (Jura i in. 2006). Przykłady podobnej przebudowy były obserwowane równieŜ w badaniach innych gatunków (Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2009). MoŜna postawić pytanie, jaki jest związek obserwowanych zdarzeń komórkowych w kambium z tworzeniem się układu naczyń w drewnie, co jest podstawowym zagadnieniem niniejszej pracy. Problem przebudowy układu inicjałów kambium jest szeroko omawiany w pracach polskich autorów, naleŜących do zespołu określanego jako Polska Szkoła Kambium (Iqball 1990). Na podstawie najnowszych prac tych autorów moŜna stwierdzić, Ŝe występowanie wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne umoŜliwia wyjaśnienie obserwowanej intensywnej przebudowy układu inicjałów kambium piętrowego i podwójnie piętrowego, niezaleŜnie od występowania skośnych podziałów antyklinalnych oraz przyrostu powierzchni kambium (Kojs i in. 2002, 2004 a, b; Jura i in 2006; Włoch i in 2009). W najnowszej pracy Włocha i in. (2009) stwierdzono, Ŝe wzrost intruzywny zachodzący pomiędzy ścianami stycznymi sąsiednich komórek nie skutkuje zwiększeniem powierzchni kambium, poniewaŜ nierozerwalnie związany jest z występującą wraz z nim eliminacją. Tak zlokalizowany wzrost intruzywny i eliminacja inicjałów kambium w wyniku następujących nierównych podziałów peryklinalnych (Włoch 1976, 1981, 1988; Włoch, Połap 1994; Włoch i in. 2001; Kojs i in. 2004 a, b; Jura i in. 2006), wyjaśniają intensywną przebudowę układu komórek, prowadzącą do zmiany wielkości nachylenia i orientacji całych grup komórek równieŜ w organach starszych, gdzie względny przyrost powierzchni kambium jest stosunkowo niewielki. A taką właśnie szybką przebudowę obserwowano szczególnie często w przypadku wielu gatunków o kambium typu piętrowego, w tym równieŜ u badanego przeze mnie L. anagyroides, oraz typu podwójnie piętrowego, charakterystycznego dla wielu gatunków drzew tropikalnych, w tym równieŜ M. laurentii. NaleŜy podkreślić, Ŝe wzrost intruzywny i nierówne podziały peryklinalne nie są dwoma niezaleŜnymi mechanizmami przebudowy, co sugeruje praca Eklunda i współautorów (2003) (obok trzeciego mechanizmu, jakim miały być skośne podziały antyklinalne i następujący po nich wzrost wydłuŜeniowy komórek), ale są to dwa przejawy jednego procesu, który prowadzi do zmiany układu komórek i kontaktów między nimi. Występowanie 107

wzrostu intruzywnego wcześniej wiązano głównie z kambium typu niepiętrowego, gdzie występował przede wszystkim po skośnych podziałach antyklinalnych (Hartig 1985; Whalley 1950; Bannan 1955, 1965; Hejnowicz 1961, 1975; Wilson i in. 1966; Cumbie 1967; Bannan, Bindra 1970; Krawczyszyn 1973, 1977; Catesson 1974, 1984; Zagórska-Marek 1981; Savidge, Farrar 1984; Włoch 1985; Larson 1994). W innych pracach jednakŜe podkreślano trudność wyjaśnienia szybkiej przebudowy układu inicjałów kambium wyłącznie występowaniem skośnych podziałów antyklinalnych oraz następującego po takich podziałach wzrostu intruzywnego (Bannan 1964, 1966; Harris 1973; Savidge, Farrar 1984; Danborg 1994). NaleŜy podkreślić, Ŝe w przypadku kambium piętrowego, a takie właśnie kambium charakteryzuje badane przeze mnie L. anagyroides, skośne podziały antyklinalne są zwykle rzadkie (Butterfield 1972; Krawczyszyn 1977; Ajmal i in. 1986). Wydaje się zatem niemoŜliwe wyjaśnienie szybkiej przebudowy orientacji i nachylenia inicjałów kambium, którą wielokrotnie obserwowano u gatunków charakteryzujących się kambium piętrowym i podwójnie piętrowym, występowaniem wzrostu intruzywnego po skośnych podziałach antyklinalnych. Hipoteza przebudowy układu komórek kambium na wskutek wzrostu pomiędzy ścianami promieniowymi następującego po skośnych podziałach antyklinalnych inicjałów, wprowadza ponadto wyraźną kontrowersję, a mianowicie według tej hipotezy inny jest mechanizm powstawania piętrowości, a inny jest mechanizm zwiększania liczby komórek w piętrze i przyrostu powierzchni kambium. Jak wcześniej opisałam, nie moŜna wyjaśnić powstawania piętrowości wyłącznie występowaniem podłuŜnych podziałów antyklinalnych, konieczne jest bowiem występowanie przebudowy pionowej układu komórek, a przebudowa układu komórek opisywana była właśnie jako wzrost pomiędzy sąsiednie inicjały, następujący przede wszystkim po skośnych podziałach antyklinalnych (Bannan 1955, 1967, 1968; Hejnowicz 1961, 1975, 1980 a; Wilson i in. 1966; Butterfield 1973; Krawczyszyn 1973). Zwiększenie liczby komórek w piętrze i przyrost powierzchni kambium według tej hipotezy następuje jednak na wskutek podziałów antyklinalnych podłuŜnych i wzrostu symplastycznego (Beijer 1927; Majumdar 1941; Hejnowicz 1961, 1963 a, 1973 a; Cumbie 1963; Jones 1963; Bannan 1964; Bannan, Bindra 1970; Butterfield 1972; Zagórska-Marek 1981; Rao, Dave 1985; Larson 1994). Jednocześnie w przypadku kambium niepiętrowego wzrost powierzchni kambium następować miałby na wskutek wzrostu pomiędzy sąsiednie komórki inicjalne następującego po podziałach skośnych antyklinalnych (Whalley 1950; Hejnowicz 1961; Bannan 1965; Cumbie 1967; Bannan, Bindra 1970; Krawczyszyn 1977; Zagórska-Marek 1981; Savidge, Farrar 1984; Włoch 1985), czyli tych samych procesów, 108

które według tej hipotezy prowadzą do powstawania piętrowości. Jak wytłumaczyć istnieniem dwóch, całkowicie odmiennych mechanizmów prowadzących do zwiększenia powierzchni kambium występowanie na przykład gatunków charakteryzujących się kambium o piętrowości przejściowej (Krawczyszyn 1977), lub procesu przebudowy prowadzącej do powstania kambium piętrowego a nawet podwójnie piętrowego z prokambium niepiętrowego? Hipoteza wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne sąsiednich komórek kambium, wraz z eliminacją, występującą nieodłącznie wraz ze wzrostem intruzywnym, nie wprowadza takiej sprzeczności, a mianowicie przebudowa następuje w wyniku ukierunkowanego wzrostu intruzywnego i eliminacji inicjałów, ale nie prowadzi to do zwiększania powierzchni kambium, natomiast zwiększanie powierzchni kambium następuje na wskutek podziałów antyklinalnych inicjałów i zwiększania się ich rozmiarów stycznych na wskutek wzrostu symplastycznego. Struktura podwójnie piętrowa, która umoŜliwia bardzo szybką przebudowę układu inicjałów kambium została nazwana w pracy Kojsa i in. (2002) „funkcjonalną piętrowością”. Występowanie szybkich zmian nachylenia i orientacji całych pięter, obserwowane w kambium o funkcjonalnej piętrowości, powoduje odkładanie kolejnych warstw komórek drewna wtórnego, których nachylenie i orientacja z warstwy na warstwę jest róŜna (Ryc. 65). RóŜna orientacja komórek macierzystych drewna jest w oczywisty sposób związana z róŜną orientacją członów naczyń, które z nich powstają, a więc pośrednio i z orientacją całych naczyń (Kojs, Włoch 2001; Kojs i in. 2002, 2004 a, b). W przypadku badanej przeze mnie M. laurentii pełen cykl zmiany orientacji włóknistości (okres) wynosił nawet mniej niŜ 1 rok, co wnioskuję na podstawie obserwacji przebiegu linii przełupu widocznej na powierzchni poprzecznej bazalnej po wykonaniu przełupu promieniowego. Jest to niezwykle krótki okres zmiany, bowiem okres fali morfogenetycznej zwykle wynosi około 10 lat (Hejnowicz 1976; Włoch i in. 1993). Obserwowano jednak wiele przypadków fali morfogenetycznej o okresie krótszym, wynoszącym 6, 2-4, a nawet poniŜej 2 lat (Włoch, Zagórska-Marek 1982; Włoch 1985, 1987, 1988; Włoch, Bilczewska 1987; Włoch, Wawrzyniak 1990).

109

Ryc. 65. Układ komórek miękiszu osiowego oraz promieni w dwóch warstwach drewna wtórnego Lonchocarpus sericeus, oddalonych od siebie o 2 mm w kierunku promieniowym (Włoch i in. 2005). PołoŜenie promieni zaznaczono wypełnieniem oraz kolejnymi numerami. Ponumerowano ponadto komórki miękiszu osiowego znajdujące się pomiędzy kolejnymi promieniami.

Proces rozwoju drewna wtórnego jest przedmiotem zainteresowania wielu naukowców i technologów drewna, jednak w literaturze znalazłam bardzo mało prób zbadania zaleŜności pomiędzy układem inicjałów kambium a układem naczyń. Zimmermann (1983) pisał, Ŝe nawet w drewnie o włóknistości prostej obserwuje się cykliczną zmianę orientacji naczyń 110

oraz utworzenie przez nie sieci, którą rozpatrywał niezaleŜnie od układu inicjałów kambium. Zasygnalizował jedynie moŜliwość przedstawienia nowych rozwiązań tego zagadnienia, na podstawie wyników badań polskiej szkoły kambium. Kanai i in. (1996), Fujii i Hatano (2000) oraz Fujii i in. (2001) pisali o odwzorowaniu układu inicjałów kambium przez człony naczyń. RównieŜ Kitin i in. (2003) opisali, Ŝe w trakcie róŜnicowania drewna Kalopanax pictus orientacja powstających naczyń jest odzwierciedleniem orientacji inicjałów kambium. Cytuję fragment tej publikacji (tłumaczenie własne): „Ryciny 3A i 3B (ryciny te zamieściłam w części II niniejszej pracy – ryc. 66; cz. II) przedstawiają identyczne rzędy promieniowe komórek tej samej próbki i ujawniają zmiany rozwojowe, zachodzące w pochodnych komórek kambium na stronę drewna. Rycina 3A (w mojej pracy przedstawiona na rycinie 66 A) przedstawia róŜnicujące komórki drewna, pochodzące z komórek kambium, przedstawionych na rycinie 3B (rycina 66 B). A zatem róŜnicujące komórki widoczne na rycinie 3A odzwierciedlają układ i orientację komórek inicjalnych kambium, widoczne na rycinie 3B. Odchylenie widocznego naczynia względem osi organu odpowiada podobnemu odchyleniu komórek wrzecionowatych oraz promieni widocznych na rycinie 3B.” NaleŜy jednak podkreślić, iŜ w tej pracy autorzy przedstawili pojedyncze przykłady ilustrujące ową zgodność, co więcej, przykłady te ukazywały niewielkie fragmenty powierzchni stycznych róŜnicującego drewna oraz kambium, obejmujące zaledwie kilkanaście – kilkadziesiąt komórek wrzecionowatych. Są to badania jakościowe, nie dokonano pomiaru wielkości ewentualnych odchyleń naczyń względem orientacji inicjałów kambium. Na rycinie 66 C porównałam układ komórek kambium, członów naczyń i promieni, przedstawionych przez Kitina i współautorów (2003) (odpowiednio ryc. 66 A i B) nakładając na siebie schematy tych komórek, postępując taką samą metodą, jak w czasie opracowywania wyników mojej pracy. Wyraźnie widoczne jest przemieszczenie promieni w płaszczyźnie stycznej w stronę przeciwną do połoŜenia widocznych członów naczyń. Wygięcie członu naczynia zaznaczonego przez autorów gwiazdką jest według autorów odzwierciedleniem wygięcia komórek kambium w tym miejscu. Dokładne porównanie orientacji tego członu naczynia, wyznaczonej zgodnie ze środkiem członu oraz orientacji dwóch wskazanych przeze mnie komórek kambium, z których jedna najprawdopodobniej naleŜy do tego samego rzędu promieniowego, wykazało jednak, Ŝe wzrost tego członu był asymetryczny i doprowadził do zmiany jego orientacji. Na rycinie 66 D przedstawiłam linie odzwierciedlające orientację tych dwóch zaznaczonych komórek kambium oraz zaznaczonego członu, na tle konturu tego członu. Widać, Ŝe wysokość członu 111

jest znacznie niŜsza od wysokości obu komórek kambium. MoŜna zauwaŜyć, Ŝe w ogólnym zarysie to orientacja inicjałów kambium wyznacza orientację członów naczyń, ale wyraźnie widoczna jest zmiana tej orientacji, występująca w bezpośrednim sąsiedztwie promieni. Na podstawie wykonanego przeze mnie porównania (ryc. 66 C i D) stwierdzam, Ŝe układ członów naczyń widocznych na tym przykładzie nie jest idealnym odzwierciedleniem układu inicjałów kambium. 5.3.2. Czynniki modyfikujące nachylenie naczyń w drewnie – mechanizm wtórny W pracy mojej obserwowałam odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej oraz promieniowej. Średnia wielkość odchylenia jednego naczynia dla badanych w tej pracy 145 naczyń w płaszczyźnie stycznej względem osi organu wyniosła 1254 µm i wartość tą przyjęłam w tej pracy za 100%. W porównaniu z tą wartością, średnia wielkość odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej stanowi zaledwie 21,7% tej wielkości, jest zatem niemal pięciokrotnie niŜsza. Wynik taki jest porównywalny z innymi doniesieniami, dla przykładu Kitin i in. (2004) opisali i przedstawili graficznie obserwowane niewielkie odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej, jednak nie zmierzyli średniej wielkości tych obserwowanych odchyleń oraz nie porównali średniej wielkości odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej i promieniowej. W swojej pracy Kitin i in. (2004) stwierdzili równieŜ występowanie odchyleń naczyń w płaszczyźnie promieniowej. Ich zdaniem zjawisko to jest trudne do wyjaśnienia, jednak wskazali oni na kilka moŜliwych przyczyn występowania tego zjawiska. Wymienili obserwację Pomerleau (1966) dotyczącą róŜnicowania kolejnych członów naczynia, a mianowicie, Ŝe róŜnicowanie takie nie następuje jednocześnie na całej długości naczynia i Ŝe kierunek róŜnicowania członów naczyń w łodygach jest bazypetalny, a więc postępuje od góry do dołu organu. Według Kitina i in (2004) powstaje zatem opóźnienie róŜnicowania członów naczyń znajdujących się w bazalnej części organu względem członów naczyń znajdujących się w apikalnej części organu, co moŜe skutkować ich odchyleniem w kierunku promieniowym. Kolejną wymienioną przez tych autorów przyczyną powstawania odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej jest stopniowa w kierunku bazalnym aktywacja kambium po okresie spoczynku zimowego, co opisali między innymi Aloni (1988) i Larson (1994). Występowanie odchyleń naczyń w płaszczyźnie promieniowej jest waŜne dla funkcjonowania sieci naczyń, bowiem takie odchylenia umoŜliwiają łączenie się naczyń znajdujących się w róŜnych warstwach drewna wtórnego (Kitin i in 2004). Biorąc pod uwagę kierunek odchylenia naczyń w płaszczyźnie promieniowej 112

zaobserwowałam pewną niezgodność z wynikami Kitina i współautorów (2004). Autorzy ci, analizując połoŜenie naczyń na kolejnych przekrojach poprzecznych w kierunku bazypetalnym, obserwowali niewielkie ich odchylenia w kierunku centryfugalnym. Większość naczyń badana w mojej pracy równieŜ wykazywała odchylenie w tym kierunku. Niemniej jednak obserwowałam równieŜ naczynia wykazujące niewielkie odchylenia w kierunku centrypetalnym. Jednym z moŜliwych wyjaśnień tego zjawiska jest według mnie fakt, iŜ powierzchnia kambium, a więc i powierzchnia kolejnych przyrostów drewna nie stanowią idealnych cylindrów w sensie geometrycznym, moŜna zaobserwować niewielkie wypukłości i wklęśnięcia na ich powierzchniach. Hejnowicz (1973 a) opisał występowanie takich wypukłości i wklęśnięć na powierzchni stycznej drewna, co nazwał falistością powierzchni stycznej drewna i co wyjaśniał nierównomiernym tempem przyrostu promieniowego komórek znajdujących się w róŜnych rzędach promieniowych. W mojej pracy średnią wielkość odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem układu włóknistości (linii przełupu) porównałam z wynikiem pomiaru średniej wielkości odchylenia naczyń w płaszczyźnie stycznej względem wyznaczonej osi promieniowej, i uzyskałam zaskakująco niski w mojej ocenie stopień zgodności, który wyniósł zaledwie 15,3% (analiza 3). Po zmodyfikowaniu metody tej analizy, zastępując proste prowadnice, prostopadłe do wyznaczonej osi promieniowej, liniami narysowanymi zgodnie z połoŜeniem granic pokładów miękiszu i włókien (analiza 4), uzyskałam inny stopień zgodności układu włóknistości i naczyń, który wyniósł 41%. Taka modyfikacja metody wpłynęła na uzyskany wynik, poniewaŜ połoŜenie naczyń na badanych powierzchniach przyrównywano w analizie 4 z tymi samymi warstwami przyrostu drewna wtórnego, dlatego uznałam tą metodę za bardziej wiarygodną. Uzyskane (w analizie 4) wyniki pozostają w pewnej kontrowersji do badań Kitina i in. (2003), które wykazały, Ŝe odchylenia naczyń w kierunku stycznym wynikają z układu inicjałów kambium, a więc układ naczyń odzwierciedla układ komórek kambium. W badaniach moich załoŜyłam na podstawie literatury, Ŝe układ włóknistości jest odzwierciedleniem układu inicjałów kambium, a więc porównanie tych układów powinno dać wyniki porównywalne z obserwacjami Kitina i współautorów. RównieŜ Ogata i współautorzy (2003) stwierdzili, Ŝe w drewnie wtórnym Acacia mangium w niektórych fragmentach drewna wielkość nachylenia włókien znacząco róŜniła się od wielkości nachylenia naczyń, chociaŜ w ogólnym zarysie te dwa układy komórek miały podobną orientację i wielkość nachylenia. Autorzy ci opisali ponadto ciekawą własność badanego przez nich drewna, mianowicie wielkość nachylenia naczyń często przekraczała 113

wielkość nachylenia włókien. Wyniki mojej pracy wykazały, Ŝe wśród badanych naczyń więcej niŜ połowa naczyń miało większy kąt nachylenia od nachylenia włóknistości (55,2%), podczas gdy mniejszy kąt nachylenia miało 39,3%, co pozostaje w zgodzie z wynikami Ogata’y i współautorów (2003). Jakie zatem mogą być zatem przyczyny niskiego stopnia zgodności układu naczyń oraz układu włóknistości drewna występującego w przypadku drewna M. laurentii? Wskazałam na kilka moŜliwych przyczyn uzyskania przeze mnie niskiego stopnia zgodności orientacji układu włóknistości i układu naczyń, które naleŜy wziąć pod uwagę: 1. Udział dodatkowych czynników modyfikujących orientację naczyń podczas wczesnych etapów róŜnicowania. Najbardziej prawdopodobnym momentem, w którym następuje zmiana układu komórek macierzystych drewna wtórnego, odzwierciedlających układ inicjałów kambium, jest etap wzrostu komórek rozwijających się w elementy drewna wtórnego. Jaki moŜe być zatem mechanizm modyfikacji tego układu komórek, utrwalonego w kolejnych odkładanych warstwach drewna wtórnego? MoŜna wskazać na kilka potencjalnych mechanizmów takiej zmiany: a)

Dyslokacje układu pięter (w przypadku kambium piętrowego).

b)

Preferencyjny wybór komórki macierzystej drewna, kontaktującej się z taką samą komórką w sąsiednim piętrze.

c)

Ukierunkowany wzrost intruzywny rosnących członów naczyń.

d)

Występowanie promieni łykodrzewnych w bezpośrednim sąsiedztwie rosnącego członu naczynia.

2.

MoŜliwość uszkodzenia mechanicznego powierzchni przełupów promieniowych w czasie wykonywania tych przełupów.

3.

RóŜną orientację układu włóknistości obserwowaną na przełupie promieniowym i układu elementów drewna obserwowanego na przełupach stycznych. Ma to szczególne znaczenie w przypadku drewna typu np. smugowego.

5.3.2.1. Udział dyslokacji połoŜenia pięter w modyfikacji nachylenia tworzącego się naczynia Na przekroju stycznym miękiszu osiowego M. laurentii przedstawionym na rycinie 63 zwróciłam uwagę na interesujący szczegół, przedstawiony na rycinie 67 (cz. II). Przebieg naczynia na widocznym fragmencie uległ zakłóceniu, formując wygięcie. W tym miejscu wystąpiła dyslokacja połoŜenia pięter po obu stronach naczynia. PołoŜenie granic pięter 114

po obu stronach naczynia jest róŜne. Czy wystąpienie dyslokacji mogło być związane z nieregularnym układem komórek wrzecionowatych kambium oraz czy w efekcie mogło spowodować zaburzenie w trakcie definiowania kształtu i orientacji róŜnicujących członów naczyń? Podobną sytuację przedstawia rycina zamieszczona w pracy Włocha i współautorów (2005), którą zmodyfikowałam (ryc. 62, cz. II). Na tej rycinie porównano dwa przypadki fragmentów naczyń, gdzie w jednym przypadku występuje dyslokacja połoŜenia granic pięter. W miejscu tym występuje wyraźne wygięcie fragmentu naczynia, które jest utrzymane na wysokości przynajmniej kilku pięter, a więc i kilku członów. W drugim przypadku w pobliŜu widocznego fragmentu naczynia nie występuje dyslokacja połoŜenia granic pięter, a człony tego fragmentu naczynia nie formują wygięć. Aby zweryfikować związek pomiędzy lokalizacją promieni a występowaniem wygięcia fragmentu naczynia przedstawionego na rycinie 62 (cz. II) zaznaczyłam połoŜenie promieni w sąsiedztwie widocznego wygięcia członu naczynia. Widoczne jest, Ŝe w bezpośrednim sąsiedztwie tego wygięcia występują promienie, znajdujące się na osi naczynia, jest to zatem sytuacja podobna do wielu przypadków wygięć członów naczyń, które przedstawiłam w wynikach mojej pracy (Roz. 4.2.3.). W przypadku nietypowego wygięcia fragmentu naczynia obserwowanego w drewnie wtórnym W. floribunda, przedstawionego w wynikach mojej pracy, w warstwie komórek kambium występowała dyslokacja połoŜenia granic pięter (Ryc. 35, cz. II). Przypadek ten jest jednak niezwykle trudny do interpretacji. Niewątpliwie na kształt powstającego fragmentu naczynia miały wpływ sąsiadujące z nim bezpośrednio promienie, przede wszystkim promienie opatrzone na rycinie 35 numerami 6 i 12. Przypadek ten potwierdza powyŜszy wniosek, Ŝe występowanie dyslokacji nie skutkuje powstaniem wygiętych członów naczyń, o ile w miejscu tym nie występuje równieŜ charakterystyczny układ promieni. Przypadek ten opisuję szerzej w dalszej części dyskusji. Pomimo iŜ nie mogę całkowicie wykluczyć moŜliwości związku występowania dyslokacji połoŜenia granic pięter i występowania wygięć członów naczyń, wyniki mojej pracy wskazują, iŜ prawdopodobieństwo takiego związku jest niewielkie. Pomimo obserwacji duŜej liczby przypadków wygięć członów naczyń drewna M. laurentii, które obserwowałam na uzyskanych powierzchniach stycznych, w Ŝadnym przypadku nie stwierdziłam w ich bezpośrednim sąsiedztwie występowania takich dyslokacji. RównieŜ w sąsiedztwie dyslokacji połoŜenia granic pięter obserwowanych na powierzchniach stycznych badanego drewna, nie stwierdziłam wyraźnych wygięć członów naczyń (Ryc. 56; cz. II). W oparciu o te spostrzeŜenia stwierdzam, Ŝe występowanie dyslokacji połoŜenia granic pięter nie powoduje 115

wygięcia członów naczyń w obrębie tej dyslokacji, o ile nie występuje w tym miejscu charakterystyczny układ promieni. 5.3.2.2. Udział ukierunkowanego wyboru komórek macierzystych drewna rozwijających się w człony naczyń Aby zilustrować moŜliwe oddziaływanie mechanizmu ukierunkowanego wyboru komórek macierzystych, które będą tworzyć naczynie, posłuŜyłam się zdjęciem przekroju stycznego drewna M. laurentii, wykonanym przez Richtera i Dallwitza (2000). Zdjęcie to zmodyfikowałam w taki sposób, Ŝe wybrałam przypadkowo dwie sąsiadujące ze sobą komórki miękiszu osiowego, znajdujące się w piętrze widocznym u góry zdjęcia. Następnie zaznaczyłam dwie komórki miękiszu osiowego kontaktujące się z nimi w kolejnych piętrach róŜnymi kolorami. PoniewaŜ kaŜda komórka miękiszu osiowego kontaktuje się z dwiema lub trzema komórkami miękiszu znajdującymi się w sąsiednim piętrze dokonywałam w kolejnych piętrach wyboru komórki, którą zaznaczyłam takim samym kolorem. Wybór tych komórek czyniłam w taki sposób, Ŝe w przypadku komórki zaznaczonej kolorem róŜowym wybierałam komórkę znajdującą się zawsze po lewej stronie, a w przypadku komórki zaznaczonej na niebiesko – po prawej stronie (Ryc. 68 cz. II). NaleŜy podkreślić, Ŝe komórki miękiszu osiowego odzwierciedlają układ komórek kambium, funkcjonujący w czasie odkładania tej warstwy drewna wtórnego. Jak widać na tej rycinie, ukierunkowany wybór komórek zachodzący przed rozpoczęciem ich rozwoju w człony naczyń moŜe modyfikować wielkość nachylenia a niekiedy równieŜ zmienić orientację tworzącego się naczynia na powierzchni stycznej. Kąt pomiędzy liniami uzyskanymi w ten sposób, w obrębie komórek miękiszu osiowego jednej warstwy drewna wtórnego, przyrównałam z kątem, o jaki zmieniła się orientacja komórek miękiszu osiowego Lonchocarpus sericeus w róŜnych warstwach komórek, zmierzona na odcinku zaledwie 2 mm w kierunku promieniowym, przez Kojsa i współautorów (2004 b) (Ryc. 68 B). MoŜna na tej podstawie przypuszczać, Ŝe jakkolwiek moŜliwy jest preferencyjny wybór komórek macierzystych, to umoŜliwia zmianę kąta nachylenia powstającego naczynia względem orientacji komórek macierzystych o stosunkowo niewielki kąt. Zastanowić się jednak naleŜy, jaki moŜe być zakres moŜliwych alternatywnych orientacji powstającego naczynia, oraz czy taki mechanizm modyfikacji pierwotnej orientacji naczynia jest mechanizmem wystarczającym do interpretacji obserwowanych odchyleń połoŜenia naczyń w płaszczyźnie stycznej. Kąt zawarty pomiędzy osiami narysowanych na rycinie 68 B hipotetycznych naczyń o skrajnym ukierunkowaniu wyboru komórek w obie 116

strony wynosi około 10°, co oznacza, Ŝe zmiana przebiegu naczynia wynosi około 5° w stronę lewą i około 5° w stronę prawą. W odniesieniu do omawianej ryciny 68, moŜna postawić pytanie, jaka byłaby w tym przypadku wielkość takiej modyfikacji połoŜenia naczynia, obserwowana na powierzchni bazalnej bloczków o wysokości 20 mm, czyli takich, jakie badałam przy pomocy igieł do akupunktury. MoŜna tą wielkość łatwo obliczyć w oparciu o funkcje trygonometryczne, a mianowicie na podstawie wartości tangensa kąta 5°, która wynosi 0,0875, zgodnie z równaniem: x = 0,0875 * 20 mm = 1,75 obliczyłam, Ŝe maksymalna wielkość odchylenia (x) obserwowanego na powierzchni bazalnej takich bloczków wynosiłaby około 2 mm w stronę lewą i około 2 mm w stronę prawą. Otrzymana w ten sposób wielkość jest niewystarczająca do wyjaśnienia obserwowanych przeze mnie przypadków duŜych odchyleń naczyń względem układu włóknistości (nawet ponad 4 mm). W związku z tym uznaję, iŜ poza moŜliwym udziałem opisanego powyŜej mechanizmu polegającego na ukierunkowanym wyborze komórek, istnieje dodatkowy mechanizm, o większym zasięgu zmiany kąta nachylenia tworzącego się naczynia. Jaki moŜe być mechanizm ukierunkowanego wyboru komórek? Szczególnie interesujący w tym miejscu jest udział ukierunkowanego transportu auksyny, biorący udział w rozwoju członów naczyń, a który charakteryzuje się takimi cechami jak: 1) zlokalizowane umiejscowienie przenośników auksyny w błonie komórkowej (Rubery, Sheldrake 1974; Raven 1975; Leyser 1999; Berleth, Mattsson 2000; Robert, McCann 2000; Muday, DeLong 2001; Firml, Palme 2002; Balǔska i in. 2002) oraz 2) powiązanie przenośników auksyny z cytoszkieletem (Balǔska i in. 2002). Czynnikiem kontrolującym ukierunkowany transport auksyny do wybranej komórki moŜe być specyficzny układ napręŜeń występujący w tkance, modyfikujący lokalizację przenośników auksyny i w efekcie powodujący asymetryczny przepływ auksyny. Wynikiem takiego asymetrycznego przepływu auksyny byłoby wybranie komórki w kierunku rozwoju w człon naczynia. 5.3.2.3. Udział ukierunkowanego wzrostu intruzywnego rozwijającego się członu naczynia w zmianie wielkości nachylenia tworzącego się naczynia Na podstawie literatury wiadomo powszechnie, Ŝe komórki powstającego drewna wtórnego w początkowym etapie ich rozwoju rosną intruzywnie: w przypadku włókien w kierunku osiowym, a w przypadku członów naczyń w kierunku stycznym (Phillipson i in. 1971; Aloni 1988; Larson 1994). Wzrost nieukierunkowany, równomierny w obu kierunkach w płaszczyźnie stycznej nie zmienia wielkości nachylenia względem osi organu rosnącej 117

komórki, podczas gdy ukierunkowany wzrost komórki moŜe zmienić wielkość jej nachylenia. Aby zilustrować te dwie moŜliwości wykonałam teoretyczny schemat porównujący ukierunkowany i nieukierunkowany wzrost intruzywny rosnącego członu naczynia (Ryc. 69). W przypadku naczynia przedstawionego na schemacie 69 A, wzrost rosnących członów jest równomierny w obu kierunkach, a orientacja powstającego naczynia nie odbiega od orientacji inicjałów kambium.

Ryc. 69. Schemat ilustrujący wpływ ukierunkowanego wzrostu intruzywnego zachodzącego w trakcie róŜnicowania członów naczyń na zmianę nachylenia tworzącego się fragmentu naczynia. A) wzrost nieukierunkowany B) wzrost ukierunkowany Na rycinie przedstawiono dwa piętra komórek, w kaŜdym piętrze zaznaczono kolorem Ŝółtym kształt, rozmiary oraz orientację i wielkość nachylenia komórek macierzystych członów naczyń przed rozpoczęciem wzrostu. Kolorem niebieskim zaznaczono dojrzałe człony naczyń. Czarnymi strzałkami zaznaczono kierunek oraz zasięg wzrostu rosnących członów naczyń. Niebieska linia na rycinie B ilustruje orientację i wielkość nachylenia dojrzałych członów naczynia w porównaniu z jej komórką macierzystą (kolor Ŝółty).

Wzrost rosnących intruzywnie członów naczyń naleŜących do dwóch pięter, przedstawionych na schemacie 69 B, jest ukierunkowany, co prowadzi do zmiany wielkości nachylenia tych członów względem ich komórek macierzystych. Taka zmiana wielkości nachylenia fragmentu naczynia moŜe prowadzić do zmiany jego orientacji, w przypadku, kiedy komórki macierzyste przed rozpoczęciem wzrostu wykazują niewielkie nachylenie 118

względem osi organu. Obserwacje zawarte w tej pracy potwierdzają występowanie ukierunkowanego wzrostu intruzywnego zachodzącego w trakcie rozwoju członów naczyń. Przykładem dobrze ilustrującym taki wzrost jest porównanie układu członów naczynia z układem komórek miękiszu osiowego przedstawione na rycinie 56 (cz. II). NaleŜy podkreślić, Ŝe orientacja komórek miękiszu osiowego odzwierciedla orientację komórek inicjalnych kambium w momencie odkładania tej warstwy drewna. PoniewaŜ warstwy drewna, w których wykonano przekroje styczne przedstawione na tej rycinie, oddalone były od siebie zaledwie o około 100 µm, orientacja komórek miękiszu osiowego widocznych na tych obu przekrojach stycznych nie uległa zauwaŜalnej zmianie. Jednak porównanie połoŜenia dojrzałych członów naczyń (Ryc. 56 B) oraz komórek miękiszu osiowego (Ryc. 56 A), najprawdopodobniej wywodzących się z tych samych rzędów promieniowych, wykazało, Ŝe ich nachylenie jest róŜne (Ryc. C i D). W przypadku dwóch członów, opatrzonych numerami 1 i 2 widać, Ŝe ich nachylenie uległo w trakcie wzrostu podobnej zmianie nachylenia do przedstawionej na teoretycznym schemacie (Ryc. 69 B). Rosnący człon opisany na rycinie 56 numerem 1 urósł asymetrycznie w swojej górnej części w lewą stronę, w dolnej części wzrost był symetryczny. W przypadku członu nr 2 asymetryczny wzrost przebiegał w odwrotnym kierunku – w dolnej części w stronę lewą a w górnej części wzrost był symetryczny. Powstało w ten sposób charakterystyczne wygięcie obu członów oraz lokalna zmiana ich nachylenia. Wystąpienie asymetrycznego wzrostu tych dwóch członów naczynia prawdopodobnie jest związane z bezpośrednim sąsiedztwem dwóch promieni (nr 4 i 7) połoŜonych po obu stronach tego fragmentu naczynia. Więcej przykładów związku występowania promieni z wygięciami członów naczyń będących w ich sąsiedztwie omówiłam w kolejnym rozdziale dyskusji. Nie znalazłam w literaturze podobnego opisu tego zjawiska ani prób wyjaśnienia ukierunkowanego wzrostu powstających członów naczyń. NaleŜy równieŜ postawić pytanie o zasięg zmiany nachylenia fragmentów naczyń przy udziale ukierunkowanego wzrostu intruzywnego członów naczyń. Moje obserwacje potwierdzają takie zmiany na lokalnym obszarze, ale naleŜy uwzględnić równieŜ moŜliwość takiego wzrostu na duŜych obszarach. 5.3.2.4. Udział promieni łyko–drzewnych w modyfikacji nachylenia naczyń Zaobserwowałam, Ŝe promienie są przeszkodą dla rosnących członów naczyń. Jest to widoczne na wybranych i zamieszczonych w tej pracy zdjęciach przekrojów poprzecznych drewna L. anagyroides i W. floribunda (Ryc. 29, 30 i 31; cz. II), gdzie Ŝaden człon naczynia nie przerwał ciągłości promieni. Obserwacje te moŜna wyjaśnić odwołując się do opisu 119

wzrostu rozwijających się członów naczyń, bowiem wzrost członu naczynia w kierunku obwodowym jest intruzywny i następuje pomiędzy ścianami stycznymi sąsiednich komórek macierzystych drewna, co powoduje ich rozsunięcie w kierunku promieniowym. Komórki sąsiadujące z członem naczynia w kierunku obwodowym nie ulegają zatem ściśnięciu w płaszczyźnie stycznej. Natomiast wzrost członu naczynia w kierunku promieniowym związany jest z intensywnym symplastycznym wzrostem promieniowym wszystkich komórek znajdujących się w sąsiedztwie. Warto podkreślić, iŜ udział symplastycznego wzrostu promieniowego jest niezmiernie waŜny zarówno w tworzeniu kształtu rozwijających się członów naczyń, jak i w funkcjonowaniu kambium, oraz Ŝe wzrost komórek kambium i tworzącego się drewna wtórnego w tym kierunku jest wielokrotnie bardziej intensywny od wzrostu kambium w kierunku obwodowym. Najnowsze prace polskich autorów, opisujące przebudowę układu inicjałów kambium, opisują proces wzrostu inicjałów wrzecionowatych pomiędzy ściany styczne sąsiednich komórek, a więc taki, Ŝe moŜliwe jest wyjaśnienie równieŜ wzrostu intruzywnego pomiędzy komórki promieni (Kojs i in. 2004 a; Jura i in 2006; Włoch i in. 2009). W wielu starszych pracach moŜna znaleźć przypadki obserwowanej takiej właśnie przebudowy gdzie wzrost intruzywny inicjału wrzecionowatego zachodził pomiędzy komórkami promieni, ale opisywany był jako zachodzący pomiędzy ich ścianami promieniowymi. Doskonałym przykładem jest w tym miejscu zmodyfikowana przeze mnie rycina pochodząca z publikacji Barghoorna (1940) (Ryc. 70). Jak widać inicjał wrzecionowaty wrasta pomiędzy inicjały promienia. Zmodyfikowałam tą ilustrację w taki sposób, Ŝe nałoŜyłam na siebie dwa rysunki (A i C). Z wykonanego nałoŜenia wynika, Ŝe inicjał promienia, zaznaczony przeze mnie gwiazdką, uległ eliminacji, co nie zostało zauwaŜone w pracy Barghoorna. Widać, Ŝe układ zewnętrznych ścian promieniowych komórek promieni połoŜonych na prawo oraz na lewo od rosnącego końca komórki wrzecionowatej nie uległ zmianie. Pozostałe komórki inicjalne promienia znajdujące się „na drodze” rosnącego intruzywnie końca komórki wrzecionowatej zostały częściowo wyeliminowane. Jak widać, inicjały promienia nie zostały rozsunięte przez rosnący inicjał wrzecionowaty, co powinno mieć miejsce w przypadku wzrostu pomiędzy ścianami promieniowymi. MoŜna raczej powiedzieć, Ŝe rosnący inicjał wrzecionowaty „zastąpił” eliminowane komórki na powierzchni kambium. Taka eliminacja następuje na wskutek nierównych podziałów peryklinalnych. O udziale wzrostu intruzywnego pomiędzy ścianami stycznymi i nierównych podziałów peryklinalnych w przebudowie układu inicjałów pisano w pracy Kojsa i in. (2004 a) Jury i in. (2006) oraz Włocha i in. (2009). 120

Ryc. 70. Zmodyfikowana rycina przedstawiająca wzrost inicjału promieniowego pomiędzy inicjałami promienia (Barghoorn 1940). A) Układ komórek przed rozpoczęciem wzrostu komórki zaznaczonej jasnym wypełnieniem. Komórka zaznaczona ciemnym wypełnieniem uległa eliminacji całkowitej, co zostało opisane przez Barghoorna. Komórka zaznaczona przeze mnie gwiazdką uległa eliminacji całkowitej, co nie zostało opisane w pracy Barghoorna. B) Układ komórek w trakcie wzrostu intruzywnego komórki zaznaczonej jasnym wypełnieniem. Komórki wyróŜnione ciemnym wypełnieniem oraz gwiazdką uległy eliminacji. C) Układ komórek po zakończeniu wzrostu intruzywnego komórki zaznaczonej jasnym wypełnieniem. A+C) NałoŜone na siebie obrysowane kontury komórek przedstawione na rycinie A i C.

A zatem dla rosnących intruzywnie inicjałów kambium promienie nie stanowią przeszkody, natomiast dla rosnących intruzywnie członów naczyń stanowią one wyraźną przeszkodę. Tą róŜnicę moŜna wyjaśnić następująco – komórki inicjalne kambium rosną intruzywnie tylko na powierzchni inicjalnej kambium (Kojs i in. 2004 b), a człony naczyń rosną juŜ poza kambium, w strefie elongacji komórek (Uggla i in 1996). Według opisu budowy promienia w obrębie kambium (Wodzicki, Brown 1973) komórki inicjalne promieni 121

rosną w kierunku promieniowym odpowiednio do tempa przyrostu promieniowego sąsiadujących z nimi komórek wrzecionowatych, stale dzielących się w obrębie kambium. W związku z tym, Ŝe pochodne komórek inicjalnych promieni nie dzielą się peryklinalnie, to komórki inicjalne promieni osiągają znaczne rozmiary w kierunku promieniowym. Na powierzchni inicjalnej komórki inicjalne promieni dzielą się peryklinalnie podziałami asymetrycznymi, tak, Ŝe ściana podziałowa zlokalizowana jest w sąsiedztwie ścian podziałowych inicjałów wrzecionowatych. W wyniku takiego podziału jednej komórki wydłuŜonej w kierunku promieniowym, odkładana jest jedna komórka o niewielkim wymiarze promieniowym, pozostająca w pobliŜu powierzchni inicjalnej kambium, oraz druga komórka, o znacznie większym wymiarze promieniowym, odkładana na stronę łyka lub drewna (Ryc. 71). Konsekwencją tak zlokalizowanych podziałów peryklinalnych komórek promieni, zachodzących na powierzchni inicjalnej kambium jest fakt, iŜ w pobliŜu powierzchni inicjalnej ściany styczne komórek promieni zlokalizowane są blisko siebie i w sąsiedztwie rosnących intruzywnie komórek inicjalnych wrzecionowatych (Ryc. 71). Powstaje w ten sposób przestrzeń dostępna dla wzrostu intruzywnego inicjałów wrzecionowatych pomiędzy komórki inicjalne promieni i ich najbliŜsze pochodne, co umoŜliwia występowanie wzrostu komórek inicjalnych wrzecionowatych pomiędzy ścianami stycznymi tych komórek. Intensywna przebudowa układu komórek kambium, następująca w wyniku wzrostu intruzywnego pomiędzy ściany styczne, a przejawiająca się między innymi częstym łączeniem i rozdzielaniem się promieni, odbywa się bez rozsuwania komórek inicjalnych i zwiększania powierzchni kambium. W nawiązaniu do hipotezy wzrostu intruzywnego inicjałów kambium pomiędzy ścianami promieniowymi, przebudowa taka musiałaby się wiązać z powiększaniem powierzchni kambium oraz rozsuwaniem komórek, w tym równieŜ komórek promieni, przez rosnący intruzywnie inicjał.

122

Ryc. 71. Schemat układu komórek promieni w obrębie strefy inicjalnej kambium, widoczny układ ścian stycznych komórek promieni (Wodzicki, Brown 1973). Na wskutek podziałów peryklinalnych inicjałów promieni, na powierzchni inicjalnej zlokalizowane są ściany styczne wszystkich komórek inicjalnych promienia. Poza powierzchnią inicjalną kambium komórki promienia są nawzajem przesunięte w kierunku promieniowym. a) rekonstrukcja układu komórek inicjalnych promienia w układzie trójwymiarowym b) przekrój promieniowy. Przerywaną kreską zaznaczono połoŜenie ścian komórkowych inicjałów wrzecionowatych, zasłoniętych przez inicjały promienia. W tym miejscu występują podziały peryklinalne inicjałów promieni oraz wzrost intruzywny inicjałów. c) przekrój styczny. Kreską przerywaną zaznaczono połoŜenie końca komórki wrzecionowatej przed rozpoczęciem wzrostu.

Jak wspomniałam wcześniej, pochodne komórki inicjalnej promienia zwykle nie dzielą się juŜ peryklinalnie, podczas gdy sąsiadujące z nimi komórki pochodne inicjałów wrzecionowatych wielokrotnie dzielą się peryklinalnie, w związku z czym komórki promieni rosną intensywnie symplastycznie w kierunku promieniowym i charakteryzują się duŜym wymiarem promieniowym. Podziały komórek inicjalnych promieni nie są ze sobą 123

zsynchronizowane, i występują w róŜnym czasie w komórkach znajdujących się w bliskim swoim sąsiedztwie. W efekcie budowa promienia poza kambium przypomina układ cegieł w murze a ściany styczne komórek promieni znajdują się w znaczącej odległości od siebie w kierunku promieniowym. Komórki rozwijające się w człony naczyń, rozpoczynają wzrost juŜ po opuszczeniu kambium (Wilson 1966; Schmid 1976; Uggla i in. 1996). Komórka rozwijająca się w człon naczynia, która w czasie swego rozwoju rośnie pomiędzy ścianami stycznymi sąsiednich komórek, po dotarciu do promienia napotyka zatem na przeszkodę, w postaci komórek promieni, wydłuŜonych i przesuniętych względem siebie w kierunku promieniowym. Taka budowa promienia uniemoŜliwia dalszy wzrost intruzywny członu naczynia pomiędzy komórki promienia. W takiej sytuacji często następuje intensywny wzrost tego członu w stronę przeciwną do połoŜenia promienia i powstaje charakterystyczne wygięcie, wielokrotnie przedstawiane w wynikach mojej pracy. W pobliŜu rosnących członów naczynia następuje często odchylenie promieni w stronę przeciwną do połoŜenia tych członów. Na podstawie wyników mojej pracy wnioskuję, iŜ zdecydowanie największy udział w lokalnej zmianie zasięgu wzrostu intruzywnego rosnącego członu naczynia ma układ promieni występujący w jego pobliŜu. Aby dodatkowo zweryfikować udział lokalizacji promieni w powstawaniu obserwowanych przeze mnie wygięć członów naczyń, zaznaczyłam układ promieni znajdujących się w sąsiedztwie fragmentu naczynia widocznego na przekroju stycznym drewna M. laurentii pochodzącym z pracy Richtera i Dallwitza (2000) (Ryc. 67). Poza widocznym nieregularnym układem granic pięter, występuje w tym miejscu równieŜ specyficzny układ promieni, gdzie jeden promień znajduje się „na drodze” fragmentu naczynia. Promień ten stanowił barierę dla wzrostu członu naczynia w jedną stronę. W wyniku tego wzrost intruzywny tego członu był asymetryczny, a mianowicie bardziej intensywny w stronę przeciwną do połoŜenia tego promienia i powstało wyraźne wygięcie tego członu naczynia w stronę przeciwną do połoŜenia promienia. Przykład ten jest podobny do wielu przykładów przedstawionych w wynikach mojej pracy, gdzie układ granic pięter był regularny (Ryc. 48 – 54; cz. II). W literaturze znalazłam zdjęcia przekrojów poprzecznych drewna wtórnego innych gatunków, wybrałam do analizy układu promieni kilka przykładów takich zdjęć. Widoczny na rycinie 72 A (cz. II) człon naczynia ma duŜą średnicę, w jego sąsiedztwie przebiegają trzy promienie (Kitin i in. 2004). Promień nr 1 widoczny z prawej strony zdjęcia nie kontaktuje się bezpośrednio z członem naczynia, pomimo to widoczne jest jego lekkie odchylenie w prawo w pobliŜu członu naczynia. Promień nr 2 widoczny po lewej stronie naczynia kontaktuje się 124

z nim bezpośrednio. Pomimo znacznego odchylenia promienia w pobliŜu członu naczynia, w lewą stronę, zachowuje on ciągłość. Promień nr 3, widoczny z lewej strony członu naczynia, nie kontaktuje się z nim bezpośrednio, ale w pobliŜu członu ulega wyraźnemu odchyleniu w stronę lewą. Obserwowane często odchylanie promieni od członów naczyń, widoczne przede wszystkim na przekrojach poprzecznych, jak sądzę, wynika z napręŜenia rozciągającego, występującego w najmłodszych warstwach drewna wtórnego (Hejnowicz 1973 a). Rozwijający się człon naczynia umoŜliwia lokalne zrelaksowanie tego napręŜenia, a sąsiadujące z tym członem naczynia wszystkie komórki dojrzewającego drewna wtórnego mogą wtedy ulegać biernemu odchyleniu w kierunku przeciwnym do połoŜenia osi członu. Najwyraźniej widoczne jest takie odchylenie w przypadku promieni. Ten sposób powstawania obserwowanych odchyleń promieni wyjaśnia równieŜ lekkie odchylenia promieni, występujących w sąsiedztwie członów naczyń ale niekontaktujących się z tymi członami bezpośrednio, pomiędzy nimi znajdują się bowiem inne komórki drewna. Podobne przykłady takich odchyleń promieni, widocznych na przekrojach poprzecznych drewna wtórnego Fraxinus lanuginosa (Kitin i in. 2004) przedstawiłam na rycinach 72 B i 72 C (cz. II), ponadto równieŜ w wynikach mojej pracy, na przykładzie przekroju poprzecznego drewna L. anagyroides (Ryc. 31 A; cz. II). W przypadku promieni przedstawionych na rycinie 72 B i C (cz. II) moŜna zaobserwować zachowanie ciągłości promieni w pobliŜu członów naczyń, równieŜ w sytuacji, gdzie z promieniem kontaktują się z obu stron człony dwóch naczyń. W przypadku kilku promieni widocznych na rycinie 72 C, trudno jest ocenić z całą pewnością, czy zachowana jest ich ciągłość w pobliŜu sąsiadujących z nimi członów naczyń, na wskutek silnego zwęŜenia światła komórek tych promieni. Niemniej jednak nie moŜna równieŜ stwierdzić w tych miejscach przerwania ciągłości promieni. W pozostałych przypadkach obejmujących około 20 członów naczyń o duŜej średnicy, promienie znajdujące się w pobliŜu tych członów naczyń często ulegają odkształceniom, lecz dobrze widoczne jest zachowanie ich ciągłości. Budowę promienia w pobliŜu członów naczyń badali na podstawie przekrojów promieniowych drewna wtórnego Murakami i współautorzy (1999), oraz Dos Santos i Miller (1997), których wybrane zdjęcia prezentuję w mojej pracy (odpowiednio Rycina 73 A i B; cz. II). Na rycinie 73 A wyraźnie widoczne jest odchylenie fragmentu naczynia w pobliŜu promienia, poniewaŜ widoczny są dwa fragmenty tego naczynia znajdujące się ponad promieniem oraz poniŜej promienia. RównieŜ promień wykazuje odchylenie w pobliŜu widocznego fragmentu naczynia, poniewaŜ po stronie lewej oraz prawej zdjęcia komórki promienia są niewidoczne, przykryte komórkami miękiszu osiowego. Na całej wysokości 125

widocznego promienia widoczne są komórki promienia, znacznie wydłuŜone w kierunku promieniowym. Podobny układ komórek promienia widoczny jest na rycinie 73 B. W dolnej części zdjęcia widoczne są jamki, wskazujące, Ŝe w bezpośrednim sąsiedztwie tego promienia znajduje się człon naczynia. Taka budowa promienia niemal na pewno uniemoŜliwia przerwanie jego ciągłości przez rosnące człony naczynia. W przypadku kambium piętrowego, a szczególnie podwójnie piętrowego, udział promieni w modyfikacji orientacji członów naczyń w trakcie ich wzrostu moŜe być znacząco większy, niŜ w przypadku kambium niepiętrowego. Przyczyną tego jest fakt, Ŝe kambium piętrowe charakteryzuje się regularnym układem komórek wrzecionowatych, o duŜej dynamice przebudowy, a inicjały wrzecionowate kambium piętrowego niezwykle rzadko są wygięte w sposób porównywalny z wygięciami obserwowanymi u Kalopanax pictus (Kitin i in. 2003). W przypadku gatunków o kambium piętrowym, obserwowane w drewnie wygięcia członów naczyń są częściej spowodowane wpływem układu promieni na wzrost rozwijających się członów naczyń, co powoduje ich asymetryczny wzrost. MoŜliwe jest, Ŝe w przypadku kambium niepiętrowego, w tworzeniu wygięć członów naczyń występuje większy udział inicjałów wrzecionowatych kambium. W mojej pracy postawiłam równieŜ pytanie o zasięg zachodzących modyfikacji przebiegu naczyń: czy zmiany takie mają niewielki zasięg, obejmujący kilkaset mikrometrów lub kilka milimetrów wysokości bloczka drewna, czy teŜ zasięg tych zmian moŜe być znacznie większy, o wielkości wyraŜanej w centymetrach lub większej? Te dwie moŜliwości ilustruje rycina 74. Przykład przedstawiony na rycinie 74 A ilustruje lokalny zasięg modyfikacji przebiegu naczyń przez układ promieni. Przebieg naczyń wykazuje oscylacje i po ominięciu promienia stanowiącego przeszkodę, w kolejnych piętrach naczynie „wraca” do poprzedniej pozycji na obwodzie. Przykład przedstawiony na rycinie 74 B ilustruje wpływ identycznego układu promieni na przebieg naczyń, z tym, Ŝe naczynie „zachowuje” nową, uzyskaną w wyniku modyfikacji, pozycję na obwodzie. Analizując układ naczyń w powiązaniu z układem promieni w przypadku drewna M. laurentii trudno jest jednoznacznie określić, jak duŜy jest zasięg obserwowanych modyfikacji przebiegu naczyń, bowiem promienie są połoŜone bardzo blisko siebie w kolejnych piętrach i zwykle znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie członów naczynia. W efekcie stosunkowo rzadko obserwowałam sytuację, w której człon naczynia nie pozostawał w bezpośrednim sąsiedztwie promieni. W tym miejscu naleŜy podkreślić, Ŝe pomiędzy gatunkami obserwuje się ogromną róŜnorodność budowy i liczebności promieni, począwszy od gatunków pozbawionych promieni aŜ po takie, których łączna powierzchnia promieni wynosiła 90% powierzchni 126

kambium (Bailey 1923; Butterfield 1972; Catteson 1974; Włoch 1985; Ajmal i in. 1986; Włoch, Wawrzyniak 1990).

Ryc. 74. Dwie hipotezy wpływu, jaki mają czynniki modyfikujące przebieg naczyń na ich ogólną orientację. ZałoŜono, Ŝe sygnał rozpoczynający rozwój komórek macierzystych w człony naczyń przekazywany jest bazypetalnie. A) czynniki modyfikujące mają charakter lokalny; w kolejnych piętrach poniŜej promienia stanowiącego barierę dla rosnącego członu naczynia, kolejne człony tworzone są w linii naczynia. Orientacja ogólna naczynia nie ulega znaczącym zmianom. Modyfikacje przebiegu naczynia mają wyłącznie lokalny zasięg. B) czynniki modyfikujące mają charakter trwały; w kolejnych piętrach poniŜej promienia stanowiącego barierę dla rosnącego członu naczynia, kolejne człony tworzone są w linii z wygiętym członem. Orientacja ogólna naczynia ulega znaczącym zmianom. Modyfikacje przebiegu naczynia mają znacznie większy zasięg.

W mojej pracy przeanalizowałam przebieg kilkunastu wybranych naczyń, obserwowanych na powierzchniach stycznych drewna o wysokości około 5 mm, co stanowi około 25 pięter, gdzie zmierzyłam w kilku punktach, wyznaczonych w równych odstępach, odchylenia naczyń względem orientacji komórek miękiszu osiowego. Analiza ta wykazała, Ŝe średnia wielkość obserwowanego odchylenia naczyń od orientacji komórek miękiszu 127

osiowego, wzrasta w kolejnych punktach w sposób liniowy (Ryc. 45). NaleŜy jednak postawić pytanie, czy w przypadku powierzchni większych od badanych przeze mnie, odchylenia naczyń będą równieŜ zmieniały się w sposób liniowy. 5.3.3. Uszkodzenia mechaniczne podczas wykonywania przełupów promieniowych drewna a układ włóknistości widoczny w postaci linii przełupu Drewno powstające z kambium o bardzo szybkiej przebudowie układu komórek, wykazuje szybką zmianę orientacji i wielkości nachylenia włókien w kolejnych stycznych warstwach drewna, co widoczne jest na przełupie promieniowym w postaci falistej powierzchni, a na powierzchni poprzecznej bazalnej przełupanego bloczka drewna widoczna jest falista linia przełupu. W przypadku badanego drewna zmiana orientacji i wielkości nachylenia włóknistości jest niezwykle dynamiczna (Ryc. 36, cz. II). Podczas wykonywania przełupu promieniowego moŜliwe jest więc rozerwanie pasm włóknistości na pewnych fragmentach przełupu. Takie uszkodzenia mogłyby wpłynąć na wyniki porównania układu włóknistości z układem naczyń. Aby wyeliminować te uszkodzenia, po wykonaniu przełupów promieniowych dokonałam oględzin uzyskanych powierzchni przełupu, usuwając przypadki, co do których miałam podejrzenie moŜliwości rozerwania pasm włóknistości. Uszkodzenia takie mogą równieŜ występować w skali niedającej się zaobserwować makroskopowo, to jednak nie wpływa w sposób znaczący na uzyskane wyniki. W przypadku badań drewna, którego włóknistość zmienia swoją orientację w dłuŜszym czasie i nie obserwuje się gwałtownych zmian orientacji i nachylenia włóknistości, rozrywanie pasm włóknistości ma znacznie mniejszy zasięg. Orientacja i nachylenie naczyń były badane przez Ogatę i współautorów (2003) i róŜniły się od orientacji i nachylenia włókien. W zastosowanych przez nich metodach, w tym równieŜ przełupu promieniowego, nie brano pod uwagę moŜliwości uszkodzenia mechanicznego badanych próbek drewna. 5.3.4. Porównanie układu badanych fragmentów naczyń zlokalizowanych w warstwach miękiszu osiowego z układem włóknistości w warstwach włókien drzewnych obserwowanym w postaci linii przełupu Zgodność układu włóknistości z układem komórek kambium istniejącym w chwili odkładania danej warstwy jest przytaczana szeroko w literaturze (Hejnowicz 1968; Hejnowicz, Romberger 1973; Harris 1989; Zagórska-Marek 1995), a układ włóknistości obserwowany na powierzchniach uzyskanych w wyniku przełupu promieniowego, 128

traktowany jest jako odpowiadający orientacji włókien (Ogata i in. 2003) lub jako odpowiadający orientacji wszystkich elementów drewna (Zimmermann 1983). Porównując układ naczyń badany przy pomocy igieł do akupunktury, z układem włóknistości widocznym w postaci linii przełupu na powierzchni bazalnej, wstępnie załoŜyłam, Ŝe linia przełupu odzwierciedla nachylenie wszystkich komórek drewna wtórnego w kolejnych warstwach. Jednak porównanie w tych samych warstwach drewna orientacji i kąta nachylenia komórek miękiszu osiowego widocznych na przełupach stycznych z układem włóknistości widocznym na wykonanym wcześniej przełupie promieniowym, ujawniło zaskakujący fakt – orientacja włóknistości (widoczna na dolnej krawędzi bloczka przełupanego promieniowo) i komórek miękiszu osiowego (widocznych na powierzchni przełupu stycznego) w większości analizowanych przypadków była zgodna, ale wielkość ich nachylenia zwykle była róŜna. Niezmiernie waŜny jest fakt, iŜ drewno M. laurentii charakteryzuje się występowaniem miękiszu osiowego paratrachealnego typu smugowego. W moich badaniach jest to wybitnie korzystna cecha drewna, poniewaŜ w wyniku przełupu stycznego bloczków drewna bardzo łatwo uzyskuje się duŜe powierzchnie w obrębie miękiszu idealnie styczne do przyrostów drewna, z widocznymi fragmentami naczyń, a zatem mogłam łatwo porównać orientację i nachylenie naczyń i komórek miękiszu osiowego. W przypadku drzew klimatu umiarkowanego miękisz paratrachealny typu smugowego nie występuje, ale u wielu drzew pod koniec sezonu wegetacyjnego tworzy się pojedyncza warstwa komórek miękiszu osiowego, zwana warstwą terminalną (Chowdry 1936; Cumbie 1967; Hejnowicz, Krawczyszyn 1969; Krawczyszyn 1977; Włoch 1985, 1987, 1988; Włoch, Bilczewska 1987). Obserwacja układu komórek miękiszu w kolejnych warstwach terminalnych umoŜliwia jednak analizę przebudowy układu komórek w odstępach jednego roku, nie umoŜliwia śledzenia kolejnych etapów przebudowy zachodzących w trakcie sezonu wegetacyjnego. W obrębie warstwy terminalnej nie tworzą się równieŜ duŜe naczynia, a więc nie moŜna zaobserwować róŜnic pomiędzy układem komórek miękiszu a układem naczyń. W przypadku drewna, w którym występuje miekisz typu smugowego, po wykonaniu przełupu promieniowego uzyskuje się powierzchnię przełupu odzwierciedlającą orientację kolejnych pokładów włókien, a orientacja kolejnych pokładów komórek miękiszu nie jest wiernie odzwierciedlona na uzyskanej powierzchni przełupu promieniowego. Przyczyną tego jest fakt, Ŝe komórki miękiszu są znacznie krótsze od włókien a ich ściany nie są silnie zdrewniałe i często zostają przerwane podczas wykonywania przełupu promieniowego. NaleŜy jednak podkreślić, Ŝe linia przełupu widoczna na poprzecznej powierzchni bazalnej badanych bloczków powszechnie traktowana jest w literaturze jako odzwierciedlenie 129

orientacji i nachylenia kaŜdego rodzaju komórek tworzących drewno wtórne. Jednak poniewaŜ w drewnie z miękiszem osiowym typu smugowego warstwy włókien powstają w innym czasie niŜ sąsiadujące z nimi warstwy miękiszu, moŜliwe jest, Ŝe układ włóknistości widoczny w postaci linii przełupu promieniowego i zaleŜny przede wszystkim od układu włókien drzewnych, moŜe być w pewnym stopniu niezgodny z faktyczną orientacją i nachyleniem komórek w warstwach miękiszu. MoŜna powiedzieć, Ŝe linia przełupu w obrębie warstw miękiszu stanowi swego rodzaju uśrednienie orientacji włóknistości, względem sąsiadujących z nimi warstw włókien. W przypadku innego typu drewna, w którym włókna znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie miękiszu i naczyń, a więc w tej samej warstwie przyrostu drewna, wykonując przełup promieniowy drewna uzyskuje się linię przełupu odzwierciedlającą orientację włókien w kaŜdej kolejnej warstwie komórek (Ogata i in. 2003). A zatem krótkotrwała zmiana nachylenia komórek miękiszu osiowego moŜe nie być odzwierciedlona na przełupie promieniowym, natomiast zmiana taka jest doskonale widoczna na kolejnych przekrojach stycznych tego fragmentu drewna. Na moŜliwość występowania zmian nachylenia elementów drewna, które mogą nie być odzwierciedlone w linii przełupu promieniowego, równieŜ zwrócili uwagę Ogata i współautorzy (2003). PoniewaŜ wzrost intruzywny włókien drzewnych trwa dłuŜej od rozwoju członów naczyń (Ogata i in. 2003), moŜna postawić pytanie o moŜliwość modyfikacji orientacji włókien, pierwotnie ustalonej przez zmienną w czasie orientację inicjałów kambium, poprzez ukierunkowany wzrost intruzywny włókien zachodzący w trakcie ich rozwoju. Jedną z moŜliwych przyczyn takiej modyfikacji mógłby być zmieniający się układ napręŜeń mechanicznych w warstwie dojrzewającego drewna wtórnego. Wyniki mojej pracy nie weryfikują jednak występowania tej modyfikacji. W pracy Ogata’y i współautorów (2003) stwierdzono, Ŝe wielkość nachylenia naczyń róŜniła się od wielkości nachylenia włókien. PoniewaŜ w przypadku badanego przez nich drewna włókna i naczynia zlokalizowane były w tych samych warstwach drewna wtórnego, moŜna stwierdzić, Ŝe jedynym logicznym wyjaśnieniem ich obserwacji jest występowanie modyfikacji układu jednego lub obu wymienionych elementów drewna w trakcie ich rozwoju. W przypadku drewna typu smugowego wpływ zlokalizowania naczyń w warstwach miękiszu osiowego sąsiadujących z warstwami włókien jest równieŜ niewystarczający do wyjaśnienia obserwowanych w mojej pracy róŜnic – porównanie wielkości nachylenia naczyń względem linii przełupu (a więc względem nachylenia włókien) oraz względem układu komórek miękiszu osiowego dały zbliŜone średnie wyniki: odpowiednio 741 µm i 724 µm. MoŜna jednak zauwaŜyć, Ŝe średnia wielkość odchylenia naczyń względem 130

orientacji komórek miękiszu osiowego (724 µm) jest niŜsza od średniej wielkości odchylenia naczyń od linii przełupu (741 µm), co moŜe obrazować wpływ zlokalizowania naczyń i włókien w sąsiednich warstwach drewna na uzyskany wynik pomiaru wielkości odchylenia naczyń od linii przełupu. 5.4. TWORZENIE UKŁADU NACZYŃ NA TLE HIPOTEZ DOTYCZĄCYCH ROLI AUKSYNY I UKŁADU NAPRĘśEŃ Hipotezy dotyczące roli auksyny w morfogenezie dotyczą głównie mechanizmów kontrolujących jej przepływ (Priestley, Scott 1936; Wareing 1950, 1951; Harris 1969; Krempl 1970; Krawczyszyn 1973; Uggla i in. 1996; Kramer 2006). WyróŜniono trzy sposoby transportu auksyny: dyfuzję prostą pomiędzy komórkami merytematycznymi (Sachs 1969, 1981, 1984), tzw. falę auksyny (Zajączkowski i in. 1984; Wodzicki i in. 1987) oraz jej kanalizację w tworzących się naczyniach (Aloni 1987, 1988). Auksyna transportowana jest bazypetalnie od młodych liści do korzenia i warunkuje nie tylko tworzenie tkanek przewodzących, ale i ich orientację oraz polarność komórek (Sachs 1981, 1991, 2000, 2005; Zajączkowski i in. 1984; Uggla i in 1996; Leyser 1999; Berleth, Sachs 2001; Schrader i in. 2003; Scarpella, Mejer 2004). Transport auksyny u roślin drzewiastych przebiega głównie w kambium i róŜnicującym drewnie wtórnym (Went, Thiemann 1937; Nix, Wodzicki 1974; Morris, Thomas 1978; Lachaud, Bonneiman 1984; Uggla i in 1996, 1998). Związek przepływu auksyny z tworzeniem włóknistości drewna potwierdzili Harris (1969), Kirschner i współautorzy (1971), Savidge i Farrar (1984), Zagórska-Marek i Little (1986) oraz Kramer (2006). Stwierdzono ponadto, Ŝe inicjały wrzecionowate kambium wykazują tendencję do ustawienia równoległego do kierunku przepływu auksyny (Harris 1973, Sachs 1984, 1991; Zagórska-Marek, Little 1986). Jednak stwierdzono równieŜ, Ŝe w obrębie komórek wrzecionowatych kambium auksyna przepływa zgodnie z osią długą komórek (ZagórskaMarek, Little 1986). A więc, jak zauwaŜył Sachs (2000), obserwacja ta musi być poddana starannej weryfikacji, aby określić, co jest w tej korelacji faktyczną przyczyną, a co odpowiedzią na tę przyczynę. Wielu naukowców badając wpływ przepływu auksyny na orientację elementów drewna nie bierze pod uwagę układu inicjałów kambium ani Ŝadnych innych komórek istniejących w czasie tworzenia się danej warstwy drewna. Autorzy ci wręcz traktują kambium jak warstwę cieczy (Kramer 2006). NaleŜy rozwaŜyć korelację: a) układu napręŜeń, istniejącego lokalnie w tkankach, zmiennego w czasie i w efekcie oddziałującego na komórki rosnące intruzywnie oraz b) przepływu auksyny. W przypadku stwierdzenia istnienia takiej korelacji powstaje kluczowe 131

pytanie o to, co jest mechanizmem sprawczym, a co odpowiedzią na ten mechanizm. O istnieniu takiej korelacji świadczą przeprowadzone badania, dla przykładu stwierdzono, Ŝe inhibicja wewnątrzkomórkowego transportu auksyny powoduje uszkodzenie dotychczas polarnego układu mikrofibryl aktynowych (Sun i in. 2004), ale z drugiej strony lokalizacja białek PIN w komórkach interfazowych wykazała, Ŝe transport tych białek zaleŜny jest od układu mikrofibtyl aktynowych (Geldner i in. 2001). Niezmiernie interesujące jest, Ŝe w czasie podziału komórki transport pęcherzykowy białek PIN związany jest z układem mikrotubul oraz Ŝe transport ten jest wraŜliwy na inhibitory auksyny (Geldner i in. 2001). A więc naleŜy wziąć pod uwagę wzajemną korelację przepływu auksyny i układu cytoszkieletu, oraz moŜliwość, Ŝe istnieją mechanizmy sprzęŜenia zwrotnego. Na istnienie jakiegoś dodatkowego mechanizmu, zaangaŜowanego w tworzenie tkanek waskularnych obok auksyny, lub wręcz kontrolującego aktywność auksyny wskazują Thair i Steeves (1976), Uggla i in. (1996) oraz Berleth i in. (2000). MoŜna zatem postawić pytanie, czy wpływ auksyny na róŜnicowanie oraz orientację naczyń wtórnego drewna, obserwowany w wielu pracach badawczych, jest pierwotną przyczyną? A moŜe jest raczej odpowiedzią na lokalny układ napręŜeń istniejący w danym momencie, który wpływa na kierunek jej przepływu? MoŜliwość interakcji przepływu auksyny oraz oddziałujących na komórki i tkanki napręŜeń mechanicznych zaproponowali m. in. Savidge i Farrar (1984). O istnieniu takiej interakcji świadczy między innymi polarna lokalizacja przenośników auksyny do i z cytoplazmy (w tym wspomniane wcześniej białka PIN oraz białko AUX) oraz ich związek z cytoszkieletem (Rubery, Sheldrake 1974; Raven 1975; Sachs 1984; Leyser 1999; Berleth i in. 2000; Berleth, Mattsson 2000; Roberts, Mc Cann 2000; Muday, DeLong 2001; Friml, Palme 2002; Baluška in 2003; Groover, Robischon 2006). Istnienie związku układu napręŜeń mechanicznych z występowaniem ukierunkowanego wzrostu intruzywnego oraz skośnych podziałów antyklinalnych w kambium zasugerowali równieŜ Schulgasser i Witztum (2007). W tej pracy autorzy zwrócili uwagę, Ŝe wzrost intruzywny, prowadzący do zmiany nachylenia i orientacji inicjałów kambium, co skutkuje odkładaniem kolejnych warstw drewna o róŜnym nachyleniu i orientacji elementów trachealnych, moŜe być jedynie odpowiedzią na pierwotny mechanizm sprawczy, którym ich zdaniem najprawdopodobniej są właśnie napręŜenia mechaniczne. Autorzy ci jednak nie odwoływali się do przebudowy układu inicjałów kambium jako odpowiedzi na ten istniejący i zmienny w czasie układ napręŜeń, a jest to moim zdaniem niezbędne do wyjaśnienia kolejnych etapów tworzenia układu elementów drewna w kolejnych warstwach drewna. Schulgasser i Witztum w tej pracy napisali, Ŝe (tłumaczenie 132

własne): “A więc być moŜe włóknistość spiralna jest po prostu efektem ubocznym procesu zachodzącego w strefie kambium, będącego skutkiem powstających napręŜeń wzrostowych.” Autorzy przyjęli wąską definicję kambium, w której wyróŜniane anatomicznie komórki merystematyczne, obejmujące zarówno komórki inicjalne jak i komórki macierzyste nadal ulegające podziałom antyklinalnym określane są pojęciem „strefa kambium”, natomiast w szerokiej definicji, którą przyjęłam w mojej pracy określane są pojęciem „kambium”. Inne doniesienia wskazują, Ŝe układ włóknistości w drewnie podlega zmianie, aŜ do momentu powstania struktury drewna o orientacji i nachyleniu włóknistości zgodnym z układem największego napręŜenia rozciągającego w tkance (Mattheck 1991, 1998; Mattheck, Kubler 1997). W pewnym stopniu doniesienia te potwierdzają obserwacje o tworzeniu się włóknistości spiralnej w drewnie w odpowiedzi na napręŜenia wywołane wiatrem (Wentworth 1931; Eklund, Säll 2000). Wiele doniesień w literaturze pośrednio sygnalizuje taką moŜliwość, przykładem moŜe być obserwacja, Ŝe układ napręŜeń mechanicznych wpływa na orientację ściany podziałowej zakładanej w dzielącej się komórce (Lintilhac, Vesecky 1981, 1984; Lynch, Linthilac 1997). Wydaje się zatem, Ŝe układ napręŜeń mechanicznych występujący w kambium, moŜe skutkować powstaniem określonego wzoru podziałów antyklinalnych inicjałów kambium. Występowanie takiego mechanizmu reagującego na układ napręŜeń mechanicznych w kambium potwierdzili Brown i Sax (1962). Zdaniem Schulgassera i Witztuma (2007), moŜna przypuszczać, Ŝe taki mechanizm reagujący na układ napręŜeń mechanicznych określa to, czy dany inicjał ulega podziałowi peryklinalnemu czy teŜ antyklinalnemu. W związku z tym moŜna zastanowić się, czy orientacja i nachylenie inicjałów kambium, jak i orientacja i nachylenie ściany podziałowej dzielących się antyklinalnie inicjałów, równieŜ moŜe być określona przed istniejący w tkance układ napręŜeń. Szczególne znaczenie autorzy ci wiąŜą z występującymi w kambium napręŜeniami ścinającymi. Powstanie napręŜeń ścinających w obrębie kambium moŜe wyjaśnić między innymi równieŜ obserwowane w kambium domeny, w których przewaŜa określona orientacja zdarzeń komórkowych (Schulgasser, Witztum 2007). Autorzy ci podkreślili, Ŝe określona orientacja i nachylenie róŜnych zdarzeń zachodzących w inicjałach kambium, takich jak podziały inicjałów i wzrost intruzywny, moŜe być zaleŜna od tego samego mechanizmu, od tej samej pierwotnej przyczyny. Sugestię taką wysunęli równieŜ Hejnowicz i Krawczyszyn (1969). Schulgasser i Witztum (2007) podkreślili jednak, Ŝe dotychczasowo to właśnie ukierunkowany wzrost intruzywny i skośne podziały antyklinalne były uznawane za mechanizmy warunkujące powstawanie piętrowości, podczas 133

gdy w rzeczywistości najprawdopodobniej są one odpowiedzią na przyczynę pierwotną, jaką jest układ napręŜeń. Dla przykładu, stwierdzono, Ŝe napręŜenia torsyjne, wywołane np. wiatrem mogą powodować powstanie włóknistości spiralnej (Skatter, Kučera 1998), ale równieŜ, Ŝe występowanie włóknistości spiralnej w drewnie podnosi wytrzymałość drewna na takie napręŜenia (Skatter, Kučera 1997, 2000). Czy zatem nie jest prawdopodobne, Ŝe powstanie włóknistości spiralnej stanowi odpowiedź na specyficzny układ napręŜeń w tkankach a obserwowane zdarzenia komórkowe w kambium (w tym równieŜ ukierunkowany wzrost intruzywny) stanowią zaledwie wtórną odpowiedź na ten układ napręŜeń? Na podstawie literatury moŜna jednak stwierdzić, Ŝe udział czynników środowiskowych, takich jak na przykład wiatr, nie jest wystarczający do wyjaśnienia powstawania włóknistości zaplecionej, bowiem najczęściej występuje ona u drzew rosnących w deszczowych lasach tropikalnych, gdzie panują zwykle warunki bezwietrzne, co podkreślili równieŜ Ogata i współautorzy (2003). JeŜeli zatem to właśnie napręŜenia mechaniczne są pierwotną przyczyną powstawania włóknistości w drewnie, to naleŜy wziąć dodatkowo pod uwagę zarówno napręŜenia pochodzące ze środowiska, jak wiatr, jak i napręŜenia generowane przez samą roślinę, takie jak napręŜenia tkankowe, wzrostowe oraz napręŜenia okołodobowe (z ang. diurnal strains) wywołane między innymi transpiracją i zmianą dobową temperatur (Almeras i in. 2006). A zatem, czy jest moŜliwe, Ŝe kierunek wzrostu dojrzewających członów naczyń moŜe być w równieŜ zaleŜny od układu napręŜeń występujących w dojrzewającym drewnie? Moim zdaniem naleŜy wziąć pod uwagę sytuację, Ŝe wzrost intruzywny rosnących inicjałów kambium oraz rosnących członów naczyń moŜe być kontrolowany przez ten sam mechanizm, jakim jest układ napręŜeń. RównieŜ analiza procesu tworzenia się naczynia w wyniku rozwoju kolejnych członów, w nawiązaniu do uzyskanych w mojej pracy wyników, generuje kolejne pytania. Przykładem, który trudno jest wyjaśnić wyłącznie kanalizacją auksyny, bez udziału układu napręŜeń mechanicznych, jest zdjęcie przedstawiające fragment naczynia co przedstawiłam na rycinie 34 i 35 (cz. II). Liczba członów tworząca widoczny fragment naczynia jest większa, niŜ liczba pięter widoczna w bezpośrednim sąsiedztwie tego fragmentu naczynia. Sugeruje to, Ŝe w utworzenie tego fragmentu naczynia zaangaŜowanych było więcej niŜ jedna komórka w piętrze. Przypadki tworzenia płyt perforacyjnych obserwowano nie tylko na „końcach” komórek, gdzie najczęściej są tworzone, ale i na róŜnych stronach komórek wrzecionowatych (Kitin i in. 1999). Taki przypadek najprawdopodobniej miał miejsce równieŜ w tym przypadku. Jakie jednak były przyczyny tak nietypowego sposobu powstania 134

tego fragmentu naczynia? Zgodnie z hipotezą kanalizacji auksyny, sygnał określający to, Ŝe dana komórka rozpocznie rozwój w człon naczynia przekazywany w jest kierunku bazypetalnym, a więc od góry do dołu organu. Hipoteza ta nie wyjaśnia jednak, dlaczego w przypadku fragmentu naczynia widocznego na rycinie 34 kolejne człony naczyń powstały z komórek znajdujących się po przeciwnych stronach tej pary promieni, stanowiących przeszkodę dla ich wzrostu, tworząc widoczne wygięcie, podczas gdy postępując w kierunku osiowym, zgodnie z orientacją komórek wrzecionowatych, nie napotkałyby takiej przeszkody. Szukając wyjaśnienia tej sytuacji postawiłam pytanie, czy moŜliwe jest, Ŝe pierwotny mechanizm określający kierunek rozwoju poszczególnych komórek macierzystych drewna w określone elementy drewna, ma naturę fizyczną. Przede wszystkim biorę pod uwagę występowanie szczególnego układu napręŜeń powstałego w warstwie komórek macierzystych drewna. Udział napręŜeń mechanicznych w tworzeniu układu róŜnych elementów drewna sugeruje obserwowany związek powstawania określonej włóknistości w drewnie z występowaniem wiatru (Champion 1925; Cahn 1931; Wentworth 1931; Yeager 1931; Howard 1932; Pyszyński 1977, 1990; Skatter, Kučera 1998). W takiej sytuacji inne mechanizmy, dotychczas szeroko badane, jak na przykład przepływ auksyny, stanowiłyby odpowiedź na ten pierwotny mechanizm. JeŜeli tak, to czy moŜliwe jest, Ŝe w warstwie komórek macierzystych drewna na wysokości całego drzewa, na wskutek specyficznego układu napręŜeń mechanicznych powstają „moduły” zbudowane z róŜnej liczby komórek macierzystych, które na wskutek układu napręŜeń oddziałującego na nie, przeznaczone są do rozwoju w człony naczyń? Moduły takie mogłyby ulegać ekspansji w kierunku akropetalnym i / lub bazypetalnym, a w momencie napotkania kolejnego modułu o podobnej lokalizacji w tkance, moŜliwe byłoby połączenie dwóch, niezaleŜnych do tej pory modułów. Taki sposób tworzenia naczyń wyjaśniałby powstanie nietypowych wygięć, jak przykład przedstawiony na rycinie 34 i 35 (cz. II) oraz naczynie widoczne na rycinie 49 A i naczynie po prawej stronie widoczne na rycinie 49 B (cz. II), gdzie trudno jest wskazać przyczynę, dla której naczynie w czasie swojego rozwoju „przeniosło” się na przeciwną stronę promienia. Wydaje się, Ŝe obserwowane w tych przypadkach wygięcia naczyń mają znacznie większy zasięg, niŜ miałoby to miejsce w przypadku „wybrania” do róŜnicowania w człony naczyń komórek macierzystych znajdujących się po drugiej stronie promienia stanowiącego przeszkodę. Sądzę, Ŝe podobna sytuacja miała miejsce równieŜ w przypadku przedstawionym na rycinie 51 C, (cz. II), aczkolwiek przykład ten jest znacznie mniej wyrazisty. Zakładając, Ŝe w istocie istnieją opisywane wcześniej, niezaleŜne moduły wyznaczających przebieg naczynia, moŜna spodziewać się, Ŝe zlokalizowanie takich dwóch modułów w warstwie 135

dojrzewającego drewna, w bliskiej odległości od siebie, ale tak Ŝe komórki naleŜące do tych modułów nie znajdowałyby się jednak bezpośrednio nad sobą, spowodowałoby ich wzajemne połączenie. W trakcie tworzenia się tego połączenia mogłoby powstać wygięcie, którego powstania nie moŜna wyjaśnić wyłącznie występowaniem promienia na drodze tworzącego się naczynia, w tym równieŜ wygięcie zbudowane z większej liczby członów naczynia, niŜ występująca w tym miejscu liczba pięter a przykład takiego właśnie wygięcia prezentuje rycina 34. Jakkolwiek wyniki mojej pracy nie weryfikują hipotezy tworzenia się całych naczyń w drewnie przez łączenie niezaleŜnie powstałych modułów, jednak uwaŜam, Ŝe w oparciu o uzyskane przeze mnie wyniki, uzasadniona jest dalsza weryfikacja takiego sposobu tworzenia się naczyń, co w przyszłości moŜe rzucić nowe światło na problem tworzenia sieci naczyń w drewnie.

136

6. WNIOSKI 1. Układ inicjałów wrzecionowatych kambium w decydującym stopniu odpowiada za orientację naczyń. 2. Orientacja naczyń jest lokalnie modyfikowana przez układ promieni łyko – drzewnych pozostających w sąsiedztwie róŜnicujących członów naczyń na wskutek asymetrycznego wzrostu tych członów. 3. Włóknistość w drewnie badana na podstawie powierzchni przełupów promieniowych moŜe być niezgodna z orientacją komórek miękiszu osiowego, co jest szczególnie istotne podczas badań drewna o miękiszu paratrachealnym typu smugowego.

137

7. LITERATURA 1. Ajmal S., Khan R., Iqbal M. 1986. Cambial structure of Holoptelea integrifolia PLANCH in relation to age. Flora 178: 197-202 2. Aloni R. 1987. Differentiation of vascular tissues. Ann. Rev. Plant Physiol. 38: 179204. 3. Aloni R. 1988. Vascular differentiation within the plant. In L. W. Roberts, P. B. Gahan, R. Aloni [eds.], Vascular differentiation and plant growth regulators, 39-62. SpringerVerlag, New York, USA. 4. Almeras T., Yoshida M., Okuyama T. 2006. Strains inside xylem and inner bark of a stem submitted to a change in hydrostatic pressure. Trees 20 (4): 460-467 5. Antonova G. F., Shebeko V. V. 1981. Formation of xylem in conifers. 1. Formation of annual wood increment in Larix sibrica shoots. Lesovedenie 4: 36-43 6.Bailey I. W. 1920. The cambium and its derivative tissues. II Size variations of cambial initials in gymnosperms and angiosperms. Am. J. Bot. 7: 355-367 7. Bailey I. W. 1923. The cambium and its derivative tissues. IV. The increase of girth of the cambium. Am. J. Bot. 10: 499 – 509 8. Bailey I. W. 1944. The comparative morphology of the Winteraceae. III. Wood. J. Arnold Arbor. 25: 97-103 9. Baluška F., ŠamaJ. J., Menzel D. 2003. Polar transport of auxin: carrier-mediated flux across the plasma membrane or neurotransmitter-like secretion? Trends Cell Biol. 13 (6): 282-285 10. Bannan M. W. 1950. The frequency of anticlinal divisions in fusiform cambial cells of Chamaecyparis. Am. J. Bot. 37 (7): 511-519 11. Bannan M. W. 1955. The vascular cambium and radial growth in Thuja occidentalis L. Can. J. Bot. 33: 113-138 12. Bannan M. W. 1957. The relative frequency of the different types of anticlinal divisions in conifer cambium. Can. J. Bot. 35: 875-884 13. Bannan M. W. 1962. a) The vascular cambium and tree-ring development. In T. T. Kozłowski. (ed.), Tree Growth, The Ronald Press Co., New York. 3-21 14. Bannan M. W. 1962. b) Cambial behaviour with reference to cell length and ring width in Pinus strobus L. Can. J. Bot. 40: 1057-1062 15. Bannan M. W. 1964. Tracheid size and anticlinal divisions in the cambium of Pseudotsuga. Can. J. Bot. 42: 603-631 138

16. Bannan M. W. 1965. Ray contacts of rate and anticlinal division in fusiform cambial cells of some Pinaceae. Can. J. Bot. 43: 487-507. 17. Bannan M. W. 1966. Spiral grain and anticlinal divisions in the cambium of conifers. Can. J. Bot. 44: 1515-1530 18. Bannan M. W. 1967. Anticlinal division and cell length in conifer cambium. For. Prod. J. 17 (6): 63-69. 19. Bannan M. W. 1968. Anticlinal divisions and the organization of the conifer cambium. Bot. Gaz. 129: 107–113 20. Bannan M. W., Bindra M. 1970. Variations in cell length and frequency of anticlinal division in the vascular cambium throughout a white spruce tree. Can. J. Bot. 48: 13631371 21. Bauer T., Eschrich W. 1997. Mechanical pressure inhibits vessel development of xylogenic cambial derivatives of beech (Fagus sylvatica L.). Trees 11: 349-355 22. Beijer J. J. 1927. Die Vermehrung der radialen Reihen im Cambium. Recuell des Travaux botaniques néerlandais 24: 631-786 23. Berleth T., Mattsson J. 2000. Vascular development: tracing signals along veins. Curr. Op. Plant Biol. 3: 406-411 24. Berleth T., Mattsson J., Hardtke Ch. S. 2000. Vascular continuity and auxin signals. Trends in Plant Science 5 (9): 387-393 25. Berleth T., Sachs T. 2001. Plant morphogenesis: long-distance coordination and local patterning. Curr. Op. Plant Biol. 4: 57-62 26. Bosshard H. H., Stahel J. 1969. Modifikationen in der secundären Rinde von Populus robusta. Holzforsch Holzverwert. 21: 109-113 27. Braun A. 1854. Uber den schiefen Verlauf derl Holzfasern und der dadurch bewirkten Drehung der Baume., Berlin Akad. 432-484. 28. Brown C. L., Sax K. 1962. The influence of pressure on the differentiation of secondary tissues. Am. J. Bot. 49: 683-691 29. Butterfield B. G. 1972. Developmental changes in the vascular cambium of Aschynomene hispida Willd. New Zeal. J. Bot. 10: 373–386 30. Butterfield B. G. 1973. Variation in the size of fusiform cambial initials and vessel members in Hoheria angustifolia Raoul. New Zeal. J. Bot. 11: 391-410 31. Butterfield B. G. 1975. Terminology used for describing the cambium. IAWA 1: 1314 32. Büsgen M., Münch E. 1929. The structure and life of forest trees. New York John 139

Wiley 33. Cahn, A. R. 1931. Twisted trees. Science N.Y. 73: 561 34. Carlquist S. 1988. Comparative wood anatomy. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 35. Carlsbecker A., Helariutta Y. 2005. Phloem and xylem specification: pieces of the puzzle emerge. Curr. Op. Plant Biol. 8: 512-517 36. Caspary R. 1862. Untersuchungen über die Gefässbündel der Pflanzen. Monatsber Akad. Wiss. Berl. 1862: 448-483 37. Catesson A. M. 1964. Origine, fonctionnement et variations cytologiques saisonnires du Cambium de l'Acer pseudoplatanus L. Parris Masson et Cie. 8: 234-456 38. Catesson A. M. 1974. Cambial cells. In Robards A. W. (ed.) Dynamics aspects of plant ultrastructure. Mc Graw-Hill. London, Toronto. 358-390. 39. Catesson A. M. 1980. The vascular cambium. In C. H. A. Little (ed.), Control of shoot growth in trees. Maritimes For. Res. Centre, Fredericton, Can. Pub. 12–40 40. Catesson A. M. 1984. Cambial dynamics. Ann. Science Nat. Bot. 13 (6): 23-43 41. Catesson A. M., Roland J. C. 1981. Sequential changes associated with cell wall formation and fusion in the vascular cambium. IAWA 2 (4): 151-162 42. Chaffey N. 1999. Cambium: old challenges – new opportunities. Trees 13: 138-151 43. Chalk L., Chattaway M. M. 1934. Measuring the length of vessel members. Trop. Woods 40: 19-26 44. Chalk L., Chattaway M. M. 1935. Factors affecting dimensional variations of vessel members. Trop. Woods 41: 17-37 45. Champion H. G. 1925. Contributions towards a knowledge of twisted fibres in trees. Indian For. Rec. 11: 11-80 46. Chowdry K. A. 1936. Terminal and initial parenchyma cells in the wood of Terminalia tomentosa W. & A. New Phytol. 35: 351-358 47. Cumbie B. G. 1963. The vascular cambium and xylem development in Hibiscus lasiocarpus. Am. J. Bot. 50: 944-951 48. Cumbie B. G. 1967. Developmental changes in the vascular cambium of Leitneria floridana. Am. J. Bot. 54: 414-424 49. Cumbie B. G. 1984. Origin and development of the vascular cambium in Aeschynomene virginica. Bull. Torrey Bot. Club 111: 42-50 50. Danborg F. 1994. Spiral grain in plantation trees of Picea abies. Can. J. For. Res. 24: 1662- 1671 140

51. Detienne P. 1979. Contrefil a rythme annuel dans les faro, Daniella sp. pl. Rev. Bois. Trop. 183: 67-71 52. Dos Santos G., Miller R. B. 1997. Wood anatomy of Jacaranda (Bignoniaceae): systematic relationships in sections Monolobos and Dilobos as suggested by twig and stem wood rays JAWA 18 (4): 369 - 383 53. Dünisch O., Reissmenn C. B. Oliszewski A. 2004. Variability of vessel characteristic in the xylem of Ilex paraguariensis (maté-tree) from south Brazil. IAWA 25 (4): 449-458 54. Eklund L. Säll H. 2000. The influence of wind on spiral grain formation in conifer trees. Trees 12: 324 – 328 55. Eklund L. Säll H. Linder S. 2003. Enhanced growth and ethylene increases spiral grain formation in Picea abies and Abies balsamea trees. Trees 17: 81-86 56. Esau K. 1965. Plant anatomy. 2nd edn. NY, USA: John Wiley & Sons Inc. 57. Evert R. F., Deshpande B. P. 1970. Plastids in sieve elements and companion cells of Tilia ameriana. Planta 96 (1): 97-100 58. Friml J., Palme K. 2002. Polar auxin transport – old questions and new concepts? Plant Molec. Biol. 49: 273-284 59. Fujii T., Hatano Y. 2000. The LDPE resin-casting method applied to vessel characterisation. IAWA 21: 347-359 60. Fujii T., Lee S. J., Kuroda N., Suzuki Y. 2001. Conductive function of intervessel pits through a growth ring boundary of Machilus thunbergii. IAWA 22: 1 – 14 61. Geldner L., Friml J., Stierhof Y. D., Yurgens G., Palme K. 2001. Auxin transport inhibitors block PIN1 cycling and vesicle trafficking. Nature 413: 425-428 62. Gersani M. 1987. Vessel differentiation along different tissue polarities. Physiol. Plant. 70: 516-522 63. Ghouse A.K.M, Khan M.I.H, Khan S., Khan A. H. 1980. Comparative Study on the Structure of Vascular Cambium in some Verbenaceae. India Phytomorphol. 30 (1): 32-40 64. Groover A., Robischon M. 2006. Developmental mechanisms regulating secondary growth in woody plants. Cur. Op. Plant Biol. 9: 55-58 65. Hacke U. G., Sperry J., S. 2001. Functional and ecological xylem anatomy. Perspect. Plant Ecol., Evol. Sys. 4/2: 97-115 66. Harris J. M. 1969. On the causes of spiral grain in corewood of radiata pine. New Zeal. J. Bot. 7: 189-213 141

67. Harris J. M. 1973. Spiral grain and xylem Pol. arity in radiata pine: microscopy of cambial reorientation. New Zeal. J. For. Science 3: 363-378 68. Harris J. M. 1989. Spiral grain and wave phenomena in wood formation. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 69. Hartig R. 1895. Über den Drechwuchs der Kiefer. Forst –Naturwiss. 4: 313-326 70. Hejnowicz Z. 1961. Anticlinal divisions, intrusive growth, and loss of fusiform initials in non-storied cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 30: 729-748 71. Hejnowicz Z. 1963. a) Wzrost intruzywny, podziały poprzeczne i skośne we wrzecionowatych komórkach inicjalnych zranionej miazgi modrzewia. (Intrusive growth, transverse and pseudotransverse divisions in fusiform initials of wounded cambium of Larix europea.) Acta Soc. Bot. Pol. 30: 493-503 72. Hejnowicz Z. 1963. b) Udział wzrostu intruzywnego w procesie zrastania się miazgi po poprzecznym nacięciu u modrzewia. (Significance of intrusive growth in establishment of cambial union after transverse incision in Larix.) Acta Soc. Bot. Pol. 32: 625–630 73. Hejnowicz Z. 1964. Orientation of the partition in pseudotransverse division in cambium of some conifers. Can. J. Bot. 1685- 1691 74. Hejnowicz Z. 1967. Changes in anatomy and physiology of the cambium as related to spiral grain development. Proc. Congr. Int. Union For. Res. Organ. 14Th 9: 352-363 75. Hejnowicz Z. 1968. The structural mechanism involved in the changes of grain in timber. Acta Soc. Bot. Pol. 37: 347-365 76. Hejnowicz Z. 1973. a) Anatomia rozwojowa drzew. PWN 77. Hejnowicz Z. 1973. b) Morphogenetic waves in cambia of trees. Plant Science Lett. 1: 359-366 78. Hejnowicz Z. 1975. A model for morphogenetic map and clock. J. Theor. Biol. 54: 345-362 79. Hejnowicz Z. 1976. Wave and oscilatory phenomena in cell differentiation and morphogenesis. Acta Univ. Łodz. Nauki Mat.-Przyrod. 2: 3-26 80. Hejnowicz Z. 1980. a) Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. PWN 81. Hejnowicz Z. 1980. b) Tensional stress in the cambium and its developmental significance. Am. J. Bot. 67 (1): 1−5 82. Hejnowicz A, Hejnowicz Z. 1958. Variations in length of vessel members and fibres in the trunk of Populus tremula L. Acta Soc. Bot. Pol. 27: 131-159 83. Hejnowicz Z., Krawczyszyn J. 1969. Oriented morphogenic phenomena 142

in cambium of broadleaved trees. Acta Soc. Bot. Pol. 38: 547-560 84. Hejnowicz Z., Romberger J. A. 1973. Migrating cambial domains and the origin of wavy grain in xylem of broadleaved trees. Am. J. Bot. 60: 209-222. 85. Hejnowicz Z., Romberger J. A. 1979. The common basis For. wood grain figures is the systematically changing orientation of cambium fusiform cells. Wood Science Tech. 13: 89–96 86. Hejnowicz Z., Zagórska-Marek B. 1974. Mechanism of changes in grain inclination in wood produced by storeyed cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 43: 381-398 87. Howard N. F. 1932. Twisted trees. Science N.Y. 75: 132-133 88. Iqbal M. 1990. The vascular cambium. Res. Studies Press /John Wiley and Sons Inc. Taunton, UK. 89. Iqbal M., Ghouse A. K. M. 1990. Cambial concept and organisation. In: Iqbal M. ed. The vascular cambium. Res. Stud. Press /JohnWiley and Sons Inc. Taunton, UK. 1-36 90. Iqbal M., Kojs P., Włoch W., Szendera W., Jura J. 2005. Presence of storeyed cambium in trees of the tropical rain forests: an adaptative strategy. XVII Int. Bot. Congr. in Vienna 2005 91. Jones B. E. 1963. Cell adjustments accompanying the development of spiral grain in a specimen of Pseudotsuga taxifolia Brit. Common For. Rev 42: 151-158 92. Jura J., Kojs P., Iqbal M., Szymanowska-Pułka J., Włoch W. 2006. Apical intrusive growth of cambial fusiform initials along the tangential walls of adjacent fusiform initials: evidence for a new concept. Aust. J. Bot. 54 (5): 493-504 93. Kalberlah A. 1898. Der Bau von Tetrastigma scariosum Pl. Ein Beitrag zur Kenntniss der Lianenstructur. Z Naturwiss 71: 161-218 94. Kanai Y., Fujita M., Takabe K. 1996. Vessel network tracing by wire insertion and pigment injection. Bull. Kyoto Univ. For. 68: 127 – 136 95. Karczewska D., Karczewski J., Włoch W., Jura-Morawiec J., Kojs P., Iqbal M., Krawczyszyn J. 2009. Mathematical modelling of intrusive growth of fusiform initials in relation to radial growth and expanding cambial circumference in Pinus sylvestris L. Acta Biotheor. in press 96. Khan M. A., Siddiqui M. B. 2007. Size variation in the vascular cambium and its derivatives in two Alstonia species. Acta Bot. Bras. 21 (3): 351-358 97. Kirschner H., Sachs T., Fahn A. 1971. Secondary xylem reorientation as a special case of vascular tissues differentiation. Isr. J. Bot. 20: 184-198 98. Kitin P. B., Fuji T., Abe H., Funada R. 2004. Anatomy of the vessel network within 143

and between tree rings of Fraxinus lanuginosa (Oleaceae). Am. J. Bot. 91 (6): 779-788 99. Kitin P. B., Funada R., Sano Y., Beeckman H., Ohtani J. 1999. Variations in the lengths of fusiform cambial cells and vessel elements in Kalopanax pictus. Ann. Bot. 84: 621-632 100. Kitin P. B., Sano Y., Funada R. 2003. Three-dimensional imaging and analysis of differentiating secondary xylem by confocal microscopy. IAWA 24 (3): 211-222 101. Klinken J. 1914. Über das gleitende Wachstum der Initialen im Kambium der Koniferen und den Markstrahlver lauf in ihrer secund ren Rinde. Bibl. Bot. 19: 1-19. 102. Knigge W., Schulz H. 1959. Metodische untersuchungen über die Möglichkeit der Drehwuchsfeststellung in verschiedenen Alterszonen von Laubhölzern. Holz. Reh- u. Werkstoff 17: 341-351 103. Koehler A. 1955. Guide to determining slope of grain in lumber and veneer. USDA For. Service FPL, Madison, Wisconsin 104. Kohl E. J. 1933. An explanation of the cause of spiral grain in trees. Science 78 (2012): 58-59 105. Kojs P., Włoch W. 2001. Mechanizmy przebudowy kambium piętrowego na przykładzie wybranych gatunków roślin drzewiastych. Działalność Naukowa PAN. Wybrane Zagadnienia, 11: 62-64 106. Kojs P., Rusin A. Iqbal M., Włoch W., Jura J. 2004. a). Readjustments of cambial initials in Wisteria floribunda (Willd.) DC. For. development of storeyed structure. New Phytol. 163 (2): 287-297 107. Kojs P., Włoch W., Rusin A. 2004. b) Rearrangement of cells in storied cambium of Lonchocarpus sericeus (Poir.) DC. connected with formation of interlocked grain in the xylem. Trees 18: 136-144 108. Kojs P., Włoch W., Rusin A., Szendera W., Duda J., Jura J., Rusin T. 2002. Od niefunkcjonalnej do funkcjonalnej piętrowości kambium. Modele piętrowości. Biul. Ogr. Bot. 11: 93-104 109. Krabbe G. 1886. Das gleitende Wachsthum bei der Gewebebildung der Gefässpflanzen. Gebrüder Borntraeger, Berlin 110.Kramer E. M. 2006. Wood grain pattern formation: a brief review. J Plant Growth Regul. 25: 290-301 111. Krawczyszyn J. 1972. Movement of the cambial domain pattern and mechanism of formation of interlocked grain in Platanus. Acta Soc. Bot. Pol. 41: 443–461 112. Krawczyszyn J. 1973. Domain pattern in the cambium of young Platanus stems. 144

Acta Soc. Bot. Pol. , 42: 637-648 113. Krawczyszyn J. 1977. The transition form nonstoried to storied cambium in Fraxinus exelsior L. l. The occurrence of radial anticlinal divisions. Can. J. Bot. 55: 3034-3041 114. Krawczyszyn J., Romberger J. A. 1979. Cyclical cell length changes in wood in relation to storied structure and interlocked grain. Can. J. Bot. 57: 787–794 115. Krempl H. 1970. Untersuchungen über den Drehwuchs bei Fichte. Mitteilungen d. forstl. Bundes – Versuchsanstelt, Heft 89 116. Kubler H. 1991. Function of spiral grain in trees. Trees 5: 125-135 117. Lachaud S., Bonneiman J. L. 1984. Seasonal variations in the polar transport pathways and retention sites of [3H]indole-3-acetic acid in young branches of Fagus sylvatica L. Planta 161: 207-215 118. Larson P. R. 1994. The vascular cambium: development and structure. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 119. Lawton J. R., Harris P. J., Lowry K. H., Dhanoa M. S. 1979. Apical intrusive growth of fibres from the flowering stem of Lolium temulentum L. New Phytol. 82: 739745 120. Leelavanichkul S., Cherkaev A. 2004. Why the grain in tree spirals: a mechanical perspective. Struct. Multidisc Optim 28: 127-135 121. Leyser O. 1999. Plant hormones: ins and outs of auxin transport. Curr. Biol. 9: R8R10 122. Lintilhac P. M., Vesecky T. B. 1981. Mechanical stress and cell wall orientation in plants. II. The application of controlled directional stress of growing plants; with a discussion on the nature of the wound reaction. Am. J. Bot. 68: 1220-1230 123. Lintilhac P. M., Vesecky T. B. 1984. Stress-induced alignment of division plane in plant tissues grown in vitro. Nature 307: 363-364 124. Little C. H. A., Sundberg B. 1991. Tracheid production in response to indole-3acetic acid varies with internode age in Pinus sylvestris stems. Trees 5: 101-106 125. Little C. H. A., Wareing P. F. 1981. Control of cambial activity and dormancy in Picea sitchensis by indol-3-acetic and abcisic acids. Can. J. Bot. 59: 1480-1493 126. Lynch T. M., Lintilhac P. M. 1997. Mechanical signals in plant development: a new method for single cell studies. Dev. Biol. 181: 246-256 127. Mahmood A. 1968. Cell grouping and primary wall generations in the cambial zone, xylem, and phloem in Pinus. Austr. J. Bot. 16, 177–195 145

128. Majumdar G. P. 1941. The sliding, gliding, symplastic or the intrusive growth of the cambium cells and their derivatives in higher vascular plants. J. Indian Bot. Doc. 20 (4): 161-171. 129. Mattheck C. 1991. Trees: The mechanical design. Berlin, Germany: SpringerVerlag 130. Mattheck C. 1998. The structural optimization of trees. Naturwissenschaften 85: 110 131. Mattheck C., Kubler H. 1997. Wood: the internal optimization of trees. Berlin, New York: Springer-Verlag 132. Meeuse A. D. J. 1942. A study of intercellular relationships among vegetable cells with special reference to “sliding growth” and to cell shape. Rec. Trav. Bot. Neerl. 38: 18-140 133. Metcalfe C. R., Chalk L. 1983. Anatomy of the dicotyledons. Wood structure and conclusions of the general introduction. Vol II 2nd edn Oxford Univ. Press 134. Morris D. A., Thomas A. G. 1978. A microautoradiographic study of auxin transport in the stem of intact pea seadlings (Pisum sativum L.) J. Exp. Bot. 29 (1): 147157 135. Muday G. K., DeLong A. 2001. Polar auxin transport: controlling where and how much. Trends in Plant Science 6 (11): 535-542 136. Murakami Y., Funada R., Sano Y., Ohtani J. 1999. The differentiation of contact cells and isolation cells in the xylem ray parenchyma of Populus maximowiczii. Ann. Bot. 84: 429-435 137. Murmanis L. 1970. Locating the initial in the vascular cambium of Pinus strobus L. by electron microscopy. Wood Science Tech. 4: 1-14 138. Murmanis L. 1977. Development of vascular cambium into secondary tissue in Quercus rubra L. Ann. Bot. 41: 617–620 139. Neef F. 1920. Über die Umlagerung der Kambiumzellenbeim Dikenwahstum der Dikotylen. Z. Bot. 12: 225-252 140. Newman I. V. 1956. Pattern in meristems of vascular plants. Phytomorhology 6: 119 141. Nix L. E., Wodzicki T. J. 1974. The radial distribution and metabolizm of IAA-14C in Pinus echinata stems in relation to wood formation. Can. J. Bot. 52 (6): 1349-1355 142. Ogata Y., Fujita M., Nobuchi T., Sari M. H. 2003. Macroscopic and anatomical investigation of interlocked grain in Acacia magnum. IAWA 24 (1): 13-26 146

143. Philipson W. R., Ward J. M., Butterfield B. G. 1971. The vascular cambium. Its development and activity. London, Great Britain: Chapman and Hall 144. Plomion Ch., Leprovost G., Stokes A. 2001. Wood formation in trees. Plant Physiol. 127: 1513-1523 145. Pomerleau R. 1966. Relation of early cambial activity in white elm and infection by Ceratocystis ulmi (Buis.) C. Moreau. Can. J. Bot. 44: 109–111. 146. Priestley J. H. 1930. II. The concept of sliding growth. New Phytol. 29: 96-104 147. Priestley J. H., Scott L. I. 1936. The vascular anatomy of Helianthus annuus L. Proc. Leeds Philos. Soc. 3: 159-173 148. Pyszyński W. 1977. Mechanism of formation of spiral grain in Aesculus stems: dissymmetry of deformation of stems caused by cyclic torsion. Acta Soc. Bot. Pol. 46: 501-522 149. Pyszyński W. 1990. The relationship between the arrangement of rays in secondary phloem and grain inclination in the wood of Pinus sylwestris L. and Picea abies Karst. Acta Soc. Bot. Pol. 59: 9-24 150. Raatz W. 1892. Die Stabbildungen im secundären Holzkörper der Bäume und die Initialen-theorie. Jahrb Wiss Bot. 23: 567-636 151. Rao K. S., Dave Y. S. 1983. Ultrastructure of active and dormant cambial cells in teak (Tectona grandis L.f) New Phytol. 93: 447-456 152. Rao K. S., Dave Y. S. 1985. Developmental changes in the fusiform cambial cells of some tropical trees. Flora 177: 187-194 153. Rao K. S., Rajput K. S. 2001. Relationship between seasonal cambial activity, development of xylem and phenology in Azadirachta indica growing in different forests. Ann. For. Science 58: 691698 154. Rao K. S., Rajput K. S., Srinivas T. 1996. Comparative structure of vascular cambium and its derivatives in some species of Sterculia. IAWA 17: 311-318 155. Raven J. 1975. Transport of indoleacetic acid in plant cells in relation to pH and electric potential gradients, and its significance for polar IAA transport. New Phytol. 74: 163-172 156. Record S. J. 1919. Storied or tier-like structure in certain dicotyledonous woods. Bull. Torrey Bot. Club 46: 253-273 157. Richter H. G., Dallwitz M. J., 2000. Commercial timbers: descriptions, illustrations, identification, and information retrieval. In English. Version: ww.biodiversity.uno.edu/delta/ 147

158. Roberts K., McCann M. 2000. Xylogenesis: the birth of corpse. Curr. Op. Plant Biol. 3: 517-522 159. Rubery P. H., Sheldrake A. R. 1974. Carrier mediated suxin transport. Planta 118: 101-121 160. Sachs T. 1968. The role of the root in the induction of xylem differentiation in peas. Ann. Bot. N.S. 32: 391-399 161. Sachs T. 1969. Polarity and the induction of organized vascular tissue. Ann. Bot. 33: 263-275 162. Sachs T. 1981. The control of patterned differentiation of vascular tissues. Adv. Bot. Res. 9: 151-262 163. Sachs T. 1984. Axiality and polarity in vascular plants in positional control in plant development. Barlow, Carr, (eds.), Cambridge Univ. Press 193-224 164. Sachs T. 1991. Pattern formation in plant tissues. Cambridge Univ. Press 165.Sachs T. 2000. Integrating cellular and organismic aspects of vascular differentiation. Plant Cell Physiol. 41: 649-656 166. Sachs T. 2005. Auxin’s role as an example of the mechanisms of shoot / root relations. Plant and Soil. 268: 13-19 167. Sanio K. 1872. Über die Grösse der Holzzlen bei der gemeinen Kiefer (Pinus silvestris). Jahrb. Wiss. Bot. 8: 401-420 168. Sanio K. 1873. Anatomie der gemainen Kiefer (Pinus sylvestris L.) Jahrb. Wiss. Bot. 9: 50-126 169. Savidge R. A. 1983. The role of plant hormones in higher plant cellular differentiation. I. A critique. Histochem. J. 15: 437-445 170. Savidge R. A., Farrar J. L. 1984. Cellular adjustments in the vascular cambium leading to spiral grain formation in conifers. Can. J. Bot. 62: 2872-2879 171. Scarpella E., Meijer A. H. 2004. Pattern formation in the vascular system of monocot and dicot plant species. New Phytol. 164: 209-242 172. Schmid R. 1976. The elusive cambium – another terminological contribution. IAWA 4: 51– 59 173. Schrader J., Baba K., May S. T., Palme K., Bennett M., Bhalearo R. P., Sandberg G. 2003. Polar auxin transport in the wood-forming tissues of hybrid aspen is under simultaneous control of developmental and environmental signals. PNAS 100(17): 10096-10101 174. Schulgasser K., Witztum A. 2007. The mechanism of spiral grain formation in trees. Wood Science Technol. 41: 133-156 148

175. Seifriz W. 1933. More about the spiral habit. Science N.Y. 78: 361-363 176. Sinott E. W., Bloch R. 1939. Changes in intercellular relationships during the growth and differentiation of living plant tissues. Am. J. Bot. 26: 625-634 177. Sharma D. D., Sharma H. K., Paliwal G. S. 1979. Size correlations among cambial initials and their derivatives in Polyalthia longiafolia. Acta Soc. Bot. Pol. 48: 93-98 178. Skatter S., Kučera B. 1997. Spiral grain – an adaptation of trees to withstand stem breakage caused by wind induced torsion. Holz Roh- Werkst 55: 207-213 179. Skatter S., Kučera B. 1998. The cause of the prevalent directions of the spiral grain patterns in conifers. Trees 12: 265-273 180. Skatter S., Kučera B. 2000. Tree breakage from torsional wind loading due to crown asymmetry. For. Ecol. Manage 135: 97-103 181. Srivastava L. M., O'Brien T. P. 1969. On the ultrastructure of cambium and its vascular derivatives. Am. J. Bot. 56(3): 354-361 182. Sun H., Basu S., Brady S. R., Luciano R. L., Muday G. K. 2004. Interactions between auxin transport and the actin cytoskeleton in developmental Polarity of Fucus distichus embrios in response to Light and gravity. Plant Physiol. 135: 266-278 183. Sundberg B., Little C. H. A. 1990. Tracheid production in response to changes in the internal level of indole-3-acetic acid in 1-year-old shoots of Scots pine. Plant Physiol. 94: 1721-1727 184. Süss H. 1967. Über die Längenändrungen der Parachymstränge, Holzfasern und Gefässglieder von Laubhölzern im Verlauf eine Zuwachsperiode. Holz als Rohund Werkstoff 25: 369-377 185. Süss H., Müller-Stoll W. R. 1973. Zur Anatomie des Ast-, Stamm-, und Wurzelholzes von Platanus x acerifolia (Ait) Willd. Österr Bot. Z 121: 227-249 186. Thair B. W., Steeves T. A. 1976. Response of the vascular cambium to reorientation in patch grafts. Can. J. Bot. 54: 361-373 187. Thunnel B. 1951. Über die Drehwüchsigkeit. Holz Roh- Werkstoff 8: 293-297 188. Timell T. E. 1980. Organization and ultrastructure of the dormant cambial zone in compression wood of Picea abies. Wood Science Tech. 14: 161–179 189. Uggla C., Magel E., Moritz T., Sundberg B. 2001. Function and dynamics of auxin and carbohydrates during earlywood/latewood transition in Scots Pine. Plant Physiol. 125: 2029-2039 190. Uggla C., Mellerowicz E. J., Sundberg B. 1998. Indole-3-acetic acid controls cambial growth in Scots Pine by positional signaling. Plant Physiol. 117: 113-121 149

191. Uggla C., Moritz T., Sandberg. G., Sundberg B. 1996. Auxin as positional signal in pattern formation in plants. Plant Biol. 93: 9282-9286 192. Vité J. P. 1967. Water conduction and spiral grain: causes and effects. Proceedings of the 14th IUFRO Congress, Munich, IX Sect. 339-351 193. Wagenführ R., Scheiber Ch., 1974. Holzatlas. VEB Fachbuchverlag, Leipzig 194. Wareing P. F. 1950. Extension and radial growth in trees. Nature 166: 278 195. Wareing P. F. 1951. Growth studies in woody species IV. The initiation of cambial activity in ring-porous species. Physiologia Plantarum 4 (3): 546-562 196. Webb C. D. 1967. Interlocked grain in Liquidambar styraciflua L.XIV IUFRO Cong Munich Sect 22/41: 398-411 197. Went F., Thiemann 1937. Phytohormones. MacMillan New York 198. Wentworth C. K. 1931. Twist in the grain of coniferous trees. Science N.Y. 73: 192 199. Whalley B. E. 1950. Increase in girth of the cambium in Thuja occidentalis L. Can. J. Bot. Sec. C. 28: 331-340 200. Whyte A. G. D., Wiggings P. C., Wong T. W. 1980. Spiral grain in Fijian grown Pinus caribea var. hondurensis and its effects on sawn outurn. Proc. IUFRO conf., Div. 5, Oxford. 201. Wilson B., F., Wodzicki T., J., Zahner R. 1966. Differentiation of cambial derivatives: Proposed Terminology. For. Science 12 (4): 438-440 202. Włoch W. 1976. Cell events in cambium, connected with the formation and existence of a whirled cell arrangement. Acta Soc. Bot. Pol. 45: 313-326 203. Włoch W. 1981. Nonparallelism of cambium cells in neighboring rows. Acta Soc. Bot. Pol. 50: 625-636 204. Włoch W. 1985. Time–variable frequency of events in domains of Tilia cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 54: 29–40 205. Włoch W. 1987. Transition areas in the domain patterns of storeyed cambium of Tilia cordata Mill. Acta Soc. Bot. Pol. 56:645-665. 206. Włoch W. 1988. Chiralne zdarzenia komórkowe i wzór domenowy w kambium lipy (Tilia cordata Mill.) Prace naukowe Uniw. Śląskiego w Katowicach 207. Włoch W., Bilczewska E. 1987. Fibrillation of events in the cambial domains of Tilia cordata Mill. Acta Soc. Bot. Pol. 56: 19-35 208. Włoch W, Jura J., Iqbal M., Wilczek A 2005. Intrusive growth of the cambial initials between periclinal walls and its influence on the arrangement of wood cells: a critical evaluation; XVII Int. Bot. Congr. in Vienna 150

209. Włoch W., Jura-Morawiec J., Kojs P., Iqbal M., Krawczyszyn J. 2009. Does intrusive growth of fusiform initials really contribute to circumferential growth of vascular kambium? Can. J. Bot. 87: 1-10 210. Włoch W., Karczewski J., Ogrodnik B. 1993. Relationship between the grain pattern in the wood, domain pattern and pattern of growth activity in the storeyed cambium of trees. Trees 7: 137-143 211. Włoch W, Mazur E, Kojs P. 2001. Intensive change of inclination of cambial initials in Picea abies (L.) Karst. tumours. Trees 15: 498-502 212. Włoch W., Połap E. 1994. The intrusive growth of initial cells in re-arrangement of cells in cambium of Tilia cordata Mill. Acta Soc. Bot. Pol. 63: 109-116 213. Włoch W., Popiel P., Rusin M., Słowioczek A. 1992. Transformation of the domain pattern in the development of Fagus sylvatica L. cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 61: 331-341 214. Włoch W., Szendera W. 1989. The storeyed and non-storeyed rearrangement of rays in the storeyed cambium of Tilia cordata Mill. Acta Soc. Bot. Pol 58: 211-228 215. Włoch W., Wawrzyniak S. 1990. The configuration of events and cell growth activity in the storeyed cambium of the linden. Acta Soc. Bot. Pol. 59(1-4):25-43 216. Włoch W., Zagórska-Marek B. 1982. Reconstruction of storeyed cambium in the linden. Acta Soc. Bot. Pol. 51: 215–228 217. Wodzicki T. J., Abe H., Wodzicki A. B., Pharis R. P., Cohen J. D. 1987. Investigations on the nature of the auxin-wave in the cambial region of pine stems. Plant Physiol. 84: 135-143 218. Wodzicki T. J., Brown C. L. 1973. Cellular differentiation of the cambium in the Pinaceae. Bot. Gaz. 134 (2): 139-146 219. Yamamoto K. T. 2003. Happy end in sight after 70 years of controversy. Trends in Plant Science. 8 (8): 359-360 220. Ye Z. H. 2002. Vascular tissue differentiation and pattern formation in plants. Ann. Rev. Plant Biol. 53:181-202 221. Yeager W. C. 1931. Regarding twist in conifers. Science N.Y. 23: 392-3 222. Zagórska-Marek B. 1975. Growth activity of fusiform initials in storeyed cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 44: 537-551 223. Zagórska-Marek B. 1981. Ontogeneza kambium. Wiad. Bot. 25 (2): 89-110 224. Zagórska-Marek B. 1984. Pseudotransverse divisions and intrusive elongation of fusiform initials in the storied cambium of Tilia. Can. J. Bot. 62: 20–27 151

225. Zagórska-Marek B. 1995. Morphogenetic waves in cambium and figured wood formation. In: The cambial derivatives. M. Iqbal (Ed.) Encyclopedia of Plant Anatomy. Encyclopedia of Plant Anatomy, Gebrüder Borntraeger, Stuttgart 226. Zagórska-Marek B., Hejnowicz Z. 1980. Discontinuous lines on the radial face of wavy-grained xylem as a manifestation of morphogenetic waves in the cambium. Acta Soc. Bot. Pol. 49: 49-62 227. Zagórska-Marek B., Little C. H. A. 1986. Control of fusiform initial orientation in the vascular cambium of Abies balsamea stems by indol-3-ylacetic acid. Can. J. Bot. 64: 1120-1128. 228. Zajączkowski S., Wodzicki T. J. 1978. On the question of stem Polarity with respect to auxin transport. Physiol. Plant. 44: 122-126 229. Zajączkowski S., Wodzicki T. J., Romberger J. A. 1984. Auxin waves and plant morphogenesis. Physiol. Plant. 57: 306-310 230. Zimmermann M. H. 1983. Xylem structure and the ascent of sap. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 231. Zimmermann M. H., Potter D. 1982. Vessel-length distribution in branches, stem and roots of Acer rubrum L. IAWA Bull. 3 (2): 103-109 232. Zimmermann W. A. 1936. Untersuchungen über die raumliche und zeitliche Verteilung des Wüchsstoffes bei Baumen. Ztschr. f. Bot. 30: 209-252

152