Thursday, April 25News That Matters
Shadow

Morphological Differences of Leaves of Six Species of Apocyanaceae

*Dr. Prashant Kumar Jha, Head, Quality Control Laboratories, ALNRMAMC, Koppa
Professor (Dr.) Sanjaya K.S., Principal, ALNRMAMC, Koppa
*Corresponding Author: [email protected]
Received on: 12-11-2022            Accepted: 15-12-2022            Corrected: 30-12-2022

Abstract: Background: Apocyanaceae is one important families with number of medicinal plants. It comprises of 5,500 species worldwide and 118 species in India. Taxonomical identification of these species is important. Characteristics of flowers and fruits are usually taken in consideration. However, morphometrics of leaves are given so importance. So, in present study six species of Apocyanceae family studied based leaf-characteristics.
Materials and Methods: Leaves of Parsonsia alboflavescens (Dennst.) Mabb., Alstonia scholaris (Linn.) R. Brown., Ichnocarpus frutescens (Linn.) W.T. Alton, Vinca rosea L., Thevetia peruviana (Pers.) Schum. and Allamanda cathartica Linn. were taken for the study. Leaf attachment, leaf organization, laminar shape, margin type apex shape, base shape, lobation, petiolar attachment and petiole features were evaluated based on observation. Surface preparation for individual leaf was done to observe distinction among stomata of undertaken species.
Result: Parsonsia alboflavescens exhibited ovate-oblong to oblong-lanceolate leaves with acute to acuminate apex and rounded to cordate base. The vein order was measured up to 5° with strong intersecondaries. The vein order of Thevetia and Allmanda were noted up to 3°. The anisocytic to anomocytic stomata were present only dorsal surface of the leaves.
Discussion and Conclusion: The laminar size of all undertaken species were different. Except three species with opposite leaf-arrangement, Allamanda and Alstonia were having leaves arranged in whorls whereas Thevetia was having crowded or alternate arrangement. Only Vinca rosea was observed with stomata on both surfaces.
Keywords: Apocyanaceae, Parsonsia, Alstonia, Ichnocarpus, Vinca, Thevetia, Allamanda, Leaf morphology …..

Download PDF

 

 

Apocynaceae is one of the ten most diverse families of flowering plants, comprising of around 5,500 species from 378 genera1. Botanical Survey of India in 30th volume of Fascicles of Flora of India mentions 118 species from 48 genera present in India. These species are herbs, shrubs, trees and vines. Intergeneric and interspecific taxonomical differences are based on nature of plants. Leaf morphology is one important characteristics along with differences of habit and flowers in plant systematics3. Variations in leaves are usually dealt using traditional morphomterics. Foliar morphometric is important in terms of geographical variations, but the shape of leaf for individual species doesn’t change5.
Leaf attachment, its organization, size of lamina, petiolar attachment, its size, laminar symmetry are important structural differences observed in between families, genera and species at places. Diversified venation architecture is observed across species. The first-order veins run from the base of leaf to the apex and, further according to branching only second-order and their-order veins are suggested. They are based on gene expression during the development of leaves6. They become important to differentiate genera and species too as genetic and morphometric complementary tool for phenotypic (morphological) differences7,8. Stomata are important structure present with every leaf. Their shapes vary between species and within species, so stomata are key structure for taxonomical identification9.
The objectives of present study were to: 1. Evaluate the taxonomic and diagnostic morphological features of leaves of six plants from Apocyanaceae. 2. To evaluate the stomatal differences using light microscopy for leaves of six plants of Apocyanaceae.

2. Materials and Methods
2.1. Collection and Identification of Plants
2.2. Measurement of taxonomic and diagnostic morphological features of leaves of six plants: Leaf attachment, leaf organization, laminar shape, margin type apex shape, base shape, lobation, petiolar attachment and petiole features were evaluated based on observation while size of lamina, margin type and petiole was measured using scale. The angles for base and apex were measured using arc. The various orders of veins were observed using 4x objectives. Clearing leaves were done using 5% solution of sodium hydroxide at 40-54°C for one week.
2.3. Surface preparation of leaves of six plants to find out the types of stomata: The leaf surfaces (both dorsal and ventral) were peeled off to observe the stomata under high power of fluorescence microscope from Dewinter.
3. Result
3.1.: : The six plants (Parsonsia alboflavescens (Dennst.) Mabb.; Alstonia scholaris (Linn.) R. Brown.; Ichnocarpus frutescens (Linn.) W.T. Alton; Vinca rosea L.; Thevetia peruviana (Pers.) Schum.; Allamanda cathartica Linn.) from Apocynaceae family were collected from the herbal garden of A.L.N. Rao Memorial Ayurvedic Medical College (ALNRMAMC). They were identified taxonomically based on morphological characters and flowering characteristics in Quality Control Lab, ALNRMAMC.
3.2.1:Leaf-related Characteristics (Figure No.: 1)
                                                                            Parsonsia alboflavescens                              Alstonia scholaris                                        Ichnocarpus frutescens
Leaf attachment                                                   Opposite                                                                     In whorl of 4-7                                                       Opposite
Leaf organization                                                 Single lamina                                                            Single lamina                                                          Single lamina
Petiole features                                                    Thickens at the base                                                Thickens at the base                                              Thickens at the base
Petiole size                                                            2-4 cm                                                                         0.5-1.2 cm                                                                0.4-0.7 cm
Position of petiolar attachment                       Marginal                                                                     Marginal                                                                    Marginal
Laminar size                                                        12-18 cm x 4-9 cm                                                     9-20 cm x 2-5 cm                                                    5-7.5 cm x 2-4 cm
Laminar shape                                                    Ovate-oblong to oblong-lanceolate                       Elliptic-oblong  to obovate                                    Elliptic-oblong to oblong-lanceolate
Laminar symmetry                                             Symmetrical                                                              Symmetrical                                                             Symmetrical
Base angle                                                            Greater than 180°                                                     Less than 90°                                                           Less than 90°
Base shape                                                          Rounded in young and cordate in matured          Cuneate                                                                    Acute
Apex shape                                                         Acute to acuminate                                                    Obtuse or rounded                                                 Acute
Apex angle                                                          Less than 90°                                                              In between 90° and 180°                                      Less than 90°
Margin type                                                        Entire                                                                           Entire                                                                        Entire
Laminar length and width ratio                     1.5-2.0                                                                          3.0-4.0                                                                      1.8-2.1
Lobation                                                             Unlobed                                                                        Unlobed                                                                   Unlobed
   Vinca rosea                                                            Thevetia peruviana                                        Allamanda cathartica
Leaf attachment                                               Opposite                                                                        Alternate, crowded                                                Opposite
Leaf organization                                             Single lamina                                                               Single lamina                                                           Single lamina
Petiole features                                                Thickens at the base                                                   Thickens at the base                                               Thickens at the base
Petiole size                                                        2-4 cm                                                                            0.4-0.6 cm                                                               0.4-0.7 cm
Position of petiolar attachment                   Marginal                                                                         Marginal                                                                   Marginal
Laminar size                                                    2.5-6.5 cm x 0.7-2 cm                                                  7.5-15 cm x 0.7-1 cm                                              6-10 cm x 3-4 cm
Laminar shape                                                Oblong-lanceolate                                                        Linear-lanceolate                                                   Oblong to oblanceolate
Laminar symmetry                                        Symmetrical                                                                   Symmetrical                                                            Symmetrical
Base angle                                                       Less than 90°                                                                 Less than 90°                                                           Less than 90°

Base shape                                                      Cuneate                                                                           Cuneate                                                                     Acute
Apex shape                                                     Acute                                                                                Acute                                                                          Acute
Apex angle                                                      Less than 90°                                                                 Less than 90°                                                           Less than 90°
Margin type                                                    Entire                                                                              Entire                                                                         Entire
Laminar length and width ratio                2.5-3.5                                                                             10.0-15.0                                                                    1.8-2.1
Lobation                                                        Unlobed                                                                           Unlobed                                                                     Unlobed

3.2.: Vein-related Characteristics (Figure No.: 1)
Parsonsia alboflavescens                                 Alstonia scholaris                                              Ichnocarpus frutescens
1° vein category                                           Basal actinodromous                                                   Pinnate                                                                          Basal actinodromous
2° vein category                                           Brochidromous                                                             Intramarginal                                                              Weak brochidromous                                                    Interspacing 2° veins                                  Irregular                                                                        Irregular                                                                        Irregular
Inter-2° veins                                               Strong intersecondaries                                              Weak intersecondaries                                              Strong intersecondaries
Agrophic veins                                            Simple agrophic                                                             Simple agrophic                                                          Simple agrophic
Basal veins                                                   5 basal veins                                                                   3-5 basal veins                                                             3-5 basal veins
3° vein category                                          Random reticulate                                                        Mixed opposite-alternate percurrent                     Random reticulate
3° vein course                                             Sinuous, exmedially ramified                                     Sinuous                                                                         Sinuous, exmedially ramified
3° angle to 1°                                               Obtuse                                                                             Obtuse                                                                           Obtuse
3° vein angle variability                            Inconsistent                                                                   Inconsistent                                                                  Inconsistent
4° vein category                                          Reticulate                                                                       Dichotomising                                                              Dichotomising
5° vein category                                          Dichotomising                                                               Not applied                                                                   Not applied
Areolation                                                    Moderately developed, 5 or more sided                  Moderately developed, 5 or more sided                  Moderately developed, 5 or more sided
Highest excurrent                                      4°                                                                                     3°                                                                                     3°
Marginal ultimate                                      Fimbrial, no teeth                                                        Fimbrial, no teeth                                                        Fimbrial, no teeth
Leaf rank                                                     4r                                                                                     3r                                                                                      3r
  Vinca rosea                                                            Thevetia peruviana                                            Allamanda cathartica
1° vein category                                          Basal actinodromous                                                 Basal acrodromous                                                      Pinnate
2° vein category                                         Brochidromous                                                           Weak brochidromous                                                  Weak brochidromous                                                        Interspacing 2° veins                               Irregular                                                                        Irregular                                                                         Irregular
Inter-2° veins                                            Strong intersecondaries                                             Strong intersecondaries                                              Strong intersecondaries
Agrophic veins                                          Simple agrophic                                                           Simple agrophic                                                            Simple agrophic
Basal veins                                                3-5 basal veins                                                              3 basal veins                                                                   3 basal veins
3° vein category                                       Random reticulate                                                      Dichotomising                                                                Dichotomisimg
3° vein course                                          Sinuous, exmedially ramified                                   Sinuous, exmedially ramified                                      Sinuous, exmedially ramified
3° angle to 1°                                            Obtuse                                                                           Obtuse                                                                              Obtuse
3° vein angle variability                         Inconsistent                                                                 Inconsistent                                                                    Inconsistent
4° vein category                                      Dichotomising                                                              Not applied                                                                     Not applied
5° vein category                                      Not applied                                                                    Not applied                                                                     Not applied
Areolation                                                Moderately developed, 5 or more sided                  Moderately developed, 4 or more sided                   Moderately developed, 5 or more sided
Highest excurrent                                  4°                                                                                     2°                                                                                       2°
Marginal ultimate                                 Fimbrial, no teeth                                                        Fimbrial, no teeth                                                           Fimbrial, no teeth
Leaf rank                                                 4r                                                                                    2r                                                                                        2r

3.3.: Surface Preparation for Stomata: Stomata observed in six plants on dorsal and ventral surfaces were as (Figure Number:2):
Upper Surface                                                                             Lower Surface
Parsonsia alboflavescens (Dennst.) Mabb.                                         Anisocytic and anomocytic                                                       Absent
Alstonia scholaris (Linn.) R. Brown.                                                    Anomocytic                                                                                  Absent
Ichnocarpus frutescens (Linn.) W.T. Alton                                        Anomocytic                                                                                  Absent
Vinca rosea L.                                                                                           Anisocytic and anomocytic                                                       Paracytic and anisocytic
Thevetia peruviana (Pers.) Schum.                                                     Anomocytic and paracytic                                                         Absent
Allamanda cathartica Linn.                                                                 Anomocytic                                                                                   Absent

Figure No.: 1: Showing Characteristics of Leaves and Their Veins

Figure: 2: Surface Preparation of Both Surfaces of Six Plants To Show Presence and Types of Stomata

Discussion and Conclusion: Three of the selected plants had opposite leaf attachment while two were having leaves in whorls and one was having crowded leaves. All of them were having single lamina with symmetrical lamina. The size of petiole varied among all species. Except Parsonsia, all species were having cuneate or acute base and acute apex. Differences were observed in venation as highest excurrent at 4° was noted with Parsonsia while minimum at 2° was noted in Thevetia and Allamanda.
Leaves of all species except Vinca, exhibited stomata only on dorsal surface. Vinca was having anisocytic and anomocytic stomata on dorsal surface while paracytic and anisocytic on ventral surface. Stomata present with other species were of anisocytic or anomocytic type. If all charcters are taken together, morphological differences are observed. A detailed sectional study is needed to find out anatomical differences among the species.
Conflict of Interest: No Conflict of Interest exists as declared by author.
References:
1. Available on: https://www.kew.org/read-and-watch/recurating-the-apocynaceae (accessed on 10-11-22).
2. Available on: https://www.nhbs.com/fascicles-of-flora-of-india-fascicle-30-book#:~:text=Volume%2030%20deals%20with%20a,four%20subspecies%20and%2016%20varieties. (accessed on 10-11-22).
3. Bell, A. and Bryan A (2008). Plant Form: An Illustrated Guide to Flowering Plant Morphology. p.432. London: Timber Press.
4. Marcus, L.F. (1990). Traditional morphometrics. In: Rohlf FJ, Bookstein FL, editors. Proceedings of the Michigan morphometrics workshop.p.380. Ann Arbor: University of Michigan press.
5. Hernández-Esquivel, K. B., E. M. Piedra-Malagón, G. Cornejo-Tenorio, L. Mendoza-Cuenca, A. González-Rodríguez, E. Ruiz-Sanchez, and G. Ibarra-Manríquez (2020). Unraveling the extreme morphological variation in the neotropical Ficus aurea complex (subg. Spherosuke, sect. Americanae, Moraceae). Journal of Systematics and Evolution 58: 263– 281. https://doi.org/10.1111/jse.12564
6. Sack, L and Scoffoni, C.(2013). Leaf-venation: structure, function, development, evolution, ecology and apllications in the past, present and future. New Phytologist. 198(4): 983-1000.
7. Viscosi V, Cardini A (2011) Leaf Morphology, Taxonomy and Geometric Morphometrics: A Simplified Protocol for Beginners. PLoS ONE 6(10): e25630. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0025630
8. Klingenberg CP (2010) Evolution and development of shape: integrating quantitative approaches. Nat Rev Genet 11: 623–635.
9. Willmer, C. and Fricker, M. (1996). Stomata. p. 51. Springer Science & Business Media.
10. Ash, A., Ellis, B., Hickey, L.J., Jognson, K., Wilf, P. and Wing, S. (1999). Manual of Leaf Architecture. Leaf Architecture Working Group, Washington.
11. Vasco, A., Thadeo, M., Conover, M., & Daly, D. C. (2014). Preparation of samples for leaf architecture studies, a method for mounting cleared leaves. Applications in plant sciences, 2(9), apps.1400038. https://doi.org/10.3732/apps.1400038
12. Katifori, E., & Magnasco, M. O. (2012). Quantifying loopy network architectures. PloS one, 7(6), e37994. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0037994
13. Johansen, D. A. (1940). Plant Microtechnique. McGraw-Hill Book Co., New York, New York, USA.
14. Foster A. S. 1950. Morphology and venation of the leaf in Quiina acutangula Ducke. American Journal of Botany 37: 159–171.