Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2026. Preprint
Article first published online: 21 SEP 2026 | DOI: 10.17581/bp.2026.15214
Leaf mesostructure of Aristolochia contorta Bunge (Aristolochiaceae) grown in vitro and in situ
Yuliya A. Khrolenko
,
Elizaveta P. Yusupova &
Olga V. Nakonechnaya 
Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia
A comparative mesostructural analysis of leaves was performed for micro-clones and individuals of Aristolochia contorta, a rare medicinal plant, in juvenile and generative states. Micro-plants showed a cultural phenotype characterized by clones with poorly developed or absent root systems and relatively thick leaves with a thin epidermis and no epicuticular wax, along with high cell and plastid filling. Age-related mesostructural variation occurred in both juvenile and reproductive groups. With maximum cell and plastid filling, micro-clones fit the species’ physiological optimum better than juvenile plants, representing compensatory adaptations to in vitro conditions. However, leaf blade vulnerability, unprotected epidermis, and weak roots were major causes of mortality during adaptation. Despite differences among the three variants, internal leaf structure remained conserved (dorsoventral mesophyll, equal palisade and spongy layers, etc.). Mesostructural analysis can reliably evaluate micro-clone quality in medicinal plants, particularly functional maturity.
Хроленко Ю.А., Юсупова Е.П., Наконечная О.В.* Мезоструктура листа Aristolochia contorta Bunge (Aristolochiaceae) в условиях in vitro и in situ. Проведён сравнительный мезоструктурный анализ листьев микроклонов и особей Aristolochia contorta – редкого лекарственного растения – в ювенильном и генеративном состояниях. У микрорастений выявлен культуральный фенотип, характеризующийся формированием клонов с недоразвитой или отсутствующей корневой системой и относительно толстыми листьями с тонким слоем эпидермиса и без эпикутикулярного воска, а также высокой клеточной и пластидной наполненностью листа. Возрастные изменения мезоструктурных признаков отмечены в обеих группах (ювенильной и репродуктивной). При максимальной клеточной и пластидной наполненности листа микроклоны A. contorta в большей степени соответствуют понятию физиологического оптимума для вида по сравнению с ювенильными растениями, что представляет собой компенсаторные адаптации к условиям in vitro. Однако уязвимость листовой пластинки, незащищённый эпидермис и слабая корневая система являются основными причинами гибели растений в период адаптации. Несмотря на выявленные различия между тремя изученными вариантами, внутреннее строение листа остается достаточно консервативным (дорсовентральный тип мезофилла, равное число слоёв палисадной и губчатой мезофилла и др.). Мезоструктурный анализ может использоваться как надёжный инструмент оценки качества микроклонов лекарственных растений, в частности для подтверждения их функциональной зрелости.
Keywords: Aristolochia contorta, micro-cloning, reproduction, rare species, conservation, cultivation conditions, in vitro, микроклонирование, размножение, редкий вид, сохранение, условия культивирования
References
Borzenkova, R.A. & E.V. Khramtsova 2006. Determination of mesostructural characteristics of the photosynthetic apparatus of plants: a guide to laboratory classes of a large specialized practical course on plant physiology and biochemistry: direction 020200 "Biology", specialty 020201 "Biology". Izdatel'stvi Uralskogo Universiteta, Yekaterinburg, 26 pp. (in Russian). [Борзенкова Р.А., Храмцова Е.В. 2006. Определение мезоструктурных характеристик фотосинтетического аппарата растений: руководство к лабораторным занятиям большого спецпрактикума по физиологии и биохимии растений: направление 020200" Биология", специальность 020201" Биология"]. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та. 26 с.].
Borzenkova, R.A. & A.T. Mokronosov 1976. Role of phytohormones in biogenesis of chloroplasts. Fiziologiya rastenii 23(3):490-496 (in Russian). [Борзенкова Р.А., Мокроносов А.Т. 1976. Роль фитогормонов в биогенезе хлоропластов // Физиология растений. Т. 23, № 3. С. 490-496].
Burkovskaya, E.V. 2011. Senecio pseudoarnica Less. photosynthetic apparatus mesostructure at different latitudes of the Russian Far East. Vestnik KrasGAU 1:104-108 (in Russian with English summary). [Бурковская Е.В. 2011. Мезоструктура фотосинтетического аппарата Senecio pseudoarnica Less. на разных широтах Дальнего Востока России // Вестник КрасГАУ. 2011. № 1. С. 104-108].
Butenko, R.G. 1964. Culture of isolated tissues and physiology of plant morphogenesis. Nauka, M., 272 pp. (in Russian) [Бутенко Р.Г. 1964. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука. 272 с.].
Chudetsky, A.I., S.A. Rodin, L.V. Zarubina, I.B. Kuznetsova & G.V. Tyak 2022. Microclonal propagation and features of adaptation to ex vitro conditions of forest berry plants of the genus Vaccinium. Food Production Engineering and Technology 52(3):570-581. [Чудецкий А.И., Родин С.А., Зарубина Л.В., Кузнецова И.Б., Тяк Г.В. 2022. Микроклональное размножение и особенности адаптации к условиям ex vitro лесных ягодных растений рода Vaccinium. Техника и технология пищевых производств. Т. 52, № 3. С. 570-581]. CrossRef
Esau, K. 1969. Anatomy of plants. Mir, Moscow, 658 pp. (in Russian). [Эсау К. 1969. Анатомия растений. М.: Мир. 658 с.].
Ivanova, L.A. & V.I. Pyankov 2002. Structural adaptation of the leaf mesophyll to shading. Russian Journal of Plant Physiology 3:467-480. CrossRef
Gamaley, Yu.V. & Ts. Shiirevdamba 1988. Structural types of desert plants. Deserts of the Trans-Altai Gobi: Characteristics of dominant plants. Nauka, Leningrad, 106 pp. (in Russian). [Гамалей Ю.В., Шийревдамба Ц. 1988. Структурные типы пустынных растений. Пустыни Заалтайской Гоби: Характеристика растений-доминантов. Л.: Наука, 106 с.].
Gigaloshvili, T.S., O.I. Rodkin & V.G. Reutsky 1997. Microcloning conditions form a specific cultural phenotype. In: Biology of plant cells in vitro, biotechnology and preservation of the gene pool, Moscow, November 25-28, 1997, p. 413, Institut fiziologii rastenij im. K.A. Timiryazeva, Moscow (in Russian). [Гигалошвили Т.С., Родькин О.И., Реуцкий В.Г. 1997. Условия микроклонирования формируют специфический культуральный фенотип // Биология клеток растений in vitro, биотехнология и сохранение генофонда,Москва, 25-28 ноября 1997 года / Москва: Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева. С. 413].
Kataeva, N.V. & R.G. Butenko 1983. Clonal micropropagation of plants. Nauka, Moscow, 97 pp. (in Russian). [Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. 1983. Клональное микроразмножение растений. М.: Наука. 97 с.].
Kieber, J.J. & G.E. Schaller 2014. Cytokinins. Arabidopsis Book 12:e0168. CrossRef
Khrolenko, Y.A., T.I. Muzarok, T.Y. Gorpenchenko & Y.N. Zhuravlev (2015). Anatomical and morphological features of the shoots structure of Filipendula camtschatica (Rosaceae) in culture in vitro. Turczaninowia 18(1):90-98 (in Russian). [Хроленко Ю.А., Музарок Т.И., Горпенченко Т.Ю., Журавлев Ю.Н. Анатомо-морфологические особенности организации побега Filipendula camtschatica (Rosaceae) в культуре in vitro // Turczaninowia. 2015. Т. 18, № 1. С. 90-98]. CrossRef
Krasinskaya, T.A., N.V. Kukhartchik & M.S. Kastritskaya 2010. Adaptation process of plant regenerants after in vitro in ex vitro conditions and ways to improve it. Plodovodstvo 22:309-320. (in Russian). [Красинская Т.А., Кухарчик Н.В., Кастрицкая М.С. 2010. Адаптационный процесс растений-регенерантов, выращенных в культуре in vitro, в условиях ex vitro и способы его улучшения // Плодоводство. 2010. Т. 22. С. 309-320].
Kultiasov, M.V. 1963. Ecological bases of introduction of plants of natural flora. In: Ecology and introduction of plants (M.V. Kultiasov, ed.), pp. 3-37, Moscow State University, Moscow (in Russian). [Культиасов М.В. 1963. Экологические основы интродукции растений природной флоры // Экология и интродукция растений / под. ред. М.В. Культиасова. М.: МГУ. С. 3-37].
Markovskaya, E.F., A.A. Kosobryukhov, K.V. Morozova & E.N. Gulyaeva 2015. Photosynthesis and anatomic-morphological characteristics of sea aster leaves on the White sea coast. Russian Journal of Plant Physiology 62(6), 830-836. CrossRef
Mokronosov, A.T. 1978. Mesostructure and functional activity of the photosynthetic apparatus. In: Mesostructure and functional activity of the photosynthetic apparatus (A.T. Mokronosov, ed.) pp. 5-30, Izdatel'stvo Uralskogo Universiteta, Sverdlovsk (in Russian). [Мокроносов А.Т. 1978. Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата / под. ред. А.Т. Мокроносова. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та. С. 5-30].
Mokronosov, A.T. & R.A. Borzenkova. 1978. Methodology for quantitative assessment of the structure and functional activity of photosynthetic tissues and organs. In: Trudy po prikladnoi botanike, genetike i seleksii 61(3):119-133 (in Russian). [Мокроносов А.Т., Борзенкова Р.А. 1978. Методика количественной оценки структуры и функциональной активности фотосинтезирующих тканей и органов // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Т. 61, вып. 3. С. 119-133].
Murashige, T. & F. Skoog 1962. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum 15(3):473-497. CrossRef
Nakonechnaya, O.V., E.P. Yusupova, V.V. Volkonskaya & I.V. Gafitskaya 2025. In vitro propagation of herbaceous species of the Aristolochia genus. Botanica Pacifica 14(1):99-102. CrossRef
Nakonechnaya, O.V., Gafitskaya, I.V. & E.P. Yusupova 2024. Aristolochia of the Siphisia section in vitro. Biology Bulletin 51(6):1671-1678. CrossRef
Nakonechnaya O.V., S.V. Nesterova, N.M. Voronkova 2018. Germination of Aristolochia seeds (Aristolochiaceae). Moscow University Biological Sciences Bulletin 73(4):209-216. CrossRef
Nakonechnaya, O.V. & V.V. Volkonskaya 2023. Microclonal propagation of the species from the genus Aristolochia: a review. Botanica Pacifica 12(2):138-144.
Nesterova, S.V. 2008. Aristolochia contorta. In: Red Data Book of Primorsky Krai: Plants (A.E. Kozhevnikov, ed), p. 65, Apel'sin, Vladivostok (in Russian). [Нестерова С.В. 2008. Кирказон скрученный // Красная книга Приморского края: Растения. Владивосток: Апельсин. С. 65].
Raeva-Bogoslovskaya, E., Y. Vinogradova, O. Molkanova & M. Hussien. 2023. Anatomical structures of Saskatoon berry (Amelanchier Medik.) leaves under different cultivation conditions. Bangladesh Journal of Plant Taxonomy 30(2):185-193. CrossRef
Szigeti, Z.M., K. Solymosi, R. Kovásznai-Oláh & J. Dobránszki 2026. Effect of the cytokinin type in the culture medium on the ultrastructure of leaf chloroplasts and photosynthetic pigment content of in vitro apple (Malus × domestica Borkh.) shoots. Plants 15(2):223. CrossRef
Tselniker, Yu.L. 1978. Physiological bases of shade tolerance of woody plants. Nauka, Moscow, 215 pp. [Цельникер Ю.Л. 1978. Физиологические основы теневыносливости древесных растений. М: Наука. 215 с.].
Tyurina, E.V. 1982. The importance of the anatomical method for elucidating the origin, adaptation, and introduction capabilities of plants. In: Unconventional methods in research of Siberian vegetation (A.A. Gorshkova & V.P. Sedelnikov, eds), pp. 77-88, Nauka, Novosibirsk (in Russian). [Тюрина Е.В. 1982. Значение анатомического метода для выяснения происхождения, адаптационных и интродукционных возможностей растений // Нетрадиционные методы в исследованиях растительности Сибири / отв. ред. А.А. Горшкова, В.П. Седельников. Новосибирск: Наука. С. 77-88].
Vasilevskaya, V.K. & A.A. Butnik 1982. Types of anatomical structure of dicotyledonous leaves (towards the methodology of anatomical description). Botanicheskii Zhurnal 67(7):876-890 (in Russian). [Василевская В.К., Бутник А.А. 1982. Типы анатомического строения листьев двудольных (к методике анатомического описания) // Ботанический журнал. Т. 67, № 7. С. 876-890].
Vechernina, N.A., O.K. Tavartkiladze, I.D. Borodulina & A.A. Erst 2008. Adaptation of regenerated plants using hydroponics. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta 3:7-10 (in Russian). [Вечернина Н.А., Таварткиладзе О.К., Бородулина И.Д., Эрст А.А. 2008. Адаптация растений-регенерантов с использованием гидропоники // Известия Алтайского государственного университета. Т. 3. С. 7-10].
Voronkova N.M., E.V. Burkovskaya, O.L. Burundukova & T.A. Bezdeleva 2008. Morphological and biological features of plants related to their adaption to coastal habitats. Russian Journal of Ecology 39(1):1-7. CrossRef
|
|