Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОСПОРОГЕНЕЗА У ЯЧМЕНЯ HORDEUM DISTICHON L.

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОСПОРОГЕНЕЗА У ЯЧМЕНЯ HORDEUM DISTICHON L."

(ЮСИОВС®М ОРДША ЛНМНА И ОВДЯА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 5ШМШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНЮЙСИТЕТ шеня M.B.JCCWOHOCOBÀ

Бвологавскя* факу^твт

Не яцимт ру кишим

JU3AWBA Нядвждп

Э]ШОР<ШОЧОЙ^ИОШИВ;КОЕ ИЗУЧШИЕ ПРОЦЯЗС*

МИКРОСПСРОГЖКЗА ЗГ ЯОДЖЯ Ног deu.-1» di st Ichort Ь.

( 03.00.05 - Оопшпса)

МООВМ-1ЭТ8

.'Работа выполнена на кафедрах высиязс растений и физиология растений Биологического факультета Московского Государственного Университета шевж М.В. Ломоносове.

Научные руководители: профессорД.А.Транковскнй

кандидат биологически наук И.П.й«ако® ■ ■

О^шщальные ошшненты: доктор биологических наук

Е.В.Ивановская кандидат биологических наук . Э.Л.Ынляева ■'.......

Ведущее учреждение: ВНИИ щшклаююй молекулярной биологии и генетике ВАСХНИЯ, Лабора-1; ■■ Тория биологии развития сД рас-^вннй

Задата диссертащш состоится "т9 " и»я 1ЭТ8 года . в 15.30 часов на заседании Специализированного Долоте- ' скоро Совета К 5 в Московском Государственном Университете шени Ы .В .Ломоносова

Автореферат разослан "_" ■ 1978 года

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

. Просьба Ваши отзывы ж замечания направлять по адресу .' Москва, 117234, МГУ, ВголотческнЙ факультет, Учений Сов« Л 5.

Ученый секретарь Совета ю.Т.Дыпсав

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ _ Актуальность цробджя. Эапоследнне 3-4 десятжлетаяв эиб- . . рыжики растежжа накоплено большое ксиичествофвктов,' которые -позволяют представить ой шут картину, развития нахского к женско-у го иметофжтав вокрвтосеменных по данным световой микроскопии. В противоположность цитсморфодогнческни данным, фгаюлгогжчвсжая оугоость шбрюлогячесни процессов менее яова. Причина этого в ; значительней мере связана о методическими труда ос тлей изучения гаметофитав: ■ их развитое обусловлено изменениями в одной клетке нлж в неболызоЗ груше клеток г окруженных большим числом "неспе-дн^ачесхнх') соматических клеток. Поэтсму * попытки фкзиологиче-. екого анализа в этем случае наталкиваются на необходимость раа-работии инснодьзованжв микроскошгчесхнх шггофюиологическжх праеиов. ■■"'>:■:."."■;■',■ "¡ .:■■■ г.-. ■■. - V v- * ...-•-

Особая роль в ряду таких приемов щшадлеяжт мектронаов , мироскспнн» которая перестает быть только морфологическо! дио-шшдижД. Получаемые оеепемощью данные во многих случаях позволяет делать вполне определенные зштеш о "фушционалмюв". *' организации клетки, особенно, если исследование носит дтавяв-сяжй "временной* характер ( см. например, Фре& Бжсвнг А., Ux>-' леталер К., 1968; Гамалей Ю.В., 1972) . В области имбрюлогии растенжй злектронно-микроскопическихработ ве иного, а главное, они еве олвшкш фрагментарна: невелик круг обследовании объектов, в большинстве одучаев проанализирована ультраструктурсаж организация лишь нехотаркх стадий процессов макро- ж шосросао-рогенеэа* Только в небольшом _ числе случаев пропето развития ре" ■'"'' " i iVíjn^' С:,;;, iTSüi

31Ш

продуктивной сферы изучен этим методе« с достаточной полнотой. Поэтому в настоящее время , трудно делать какие-либо общие заключения, справедливее для достаточно «больших груш растений. Шло сведений о самих ранних измененияхв структура клеток , встушш-ш на путь генеративного развития. Такие изменения долхнн, ве~ роятво, наблвдаться в меристематнчесжях бугорках до их'диффере-шдоцвв на элемента будущего цветка. Переход к генеративно«? развитию интенсивно исследуется* физиологами растений преимущественно на двуцодьних, и дято^иологические изменения на ран- .них этапах ¿того'развития оциеавыв многочисленна работахдо-статоадо'подробно ( см. например, Мидяева Э-В'. . 1975; Нугаред,: -1976 ) . Электр№но-мнкроскоШ1ческие исследования меристем на ранних этапах закладки будущих цветков пока единичны! нате 1ап£в .. ж.,«г ,1974 ), а у однодольных отсутствует совсем;"хотя ,

хдатофизиологичесхие данные указывают на наличие изменений, на- ' пример у дшениди ка самих ранних этапах генеративного ор-' гакогенеза( Ростовцева 3.П. ,1963) . : ^

г Пели я аадачя исследования. Учитывая, о сдвой сторони. важ-иостъ изучения физиологической природн амбриологических вроцес-сов, а с другой стороны, болыпую цеккость анализа ультреструк— тури клеток для понимания ш. фунвэдюнальнвх особешостей. щ псу-ставялн перед собой пель исследовать с поедаю ыетодов адектрон-ней микроскопии развитие мужскогогвметофита у одкой из вахней-; шжх сельскохозяйственных культур - ячмеаяНогйви*и ь.» начиная в сакахранних этапов формирования и функционировании вегетативной меристемы, в мсыент заложения в ней цвевковше " бугорков / дифференциации тычиночных бугорков," а в последующем : : ;

в спорогенной ткани г в функционально связанных о веб тканях пыльтшав течение всего процесса иикроспорогенеза. ,' ,>

- -'- Научная новизна. Установлено, что переход ыервстемн в генеративное состояние соироволдается усложнением структуры клеточных органоидов. Врослежено изменение структур« цитоплазмы при микроспорогенезе, выражающееся в ее упрощении на ранних стадиях ипоследующеи усложнении прифоркировании зрелого" пыльцевого зерна и накоплении в нем запасных веществ. Установлено, что -у, ультраструктурная организация клеток каждого слоя пыльника отражает его Зункциовальные особенности и степень участия • в процессе иикроспорогенеза. Показано » что образовшие пыльцевого зерна у ячменя сопровождается трансформацией всей структурной 1 : организации клетки. Наначадьных этапах гта трансформация свя- -зава, вероятно^ о процессом автолиза в питоцдззме, а на более -поздних вырахается в образовании и накоплении запасных веществ, тогда как мембранная система всех клеток зрелого гаметофита ока анвается крайне редуцированной. : ^ .

, Практическая значимость. Исследование образования репродук тивной системы у растений представляет вахкув задачу, которая имеет большое теоретическое и практическое значение. Be теоретическая значимость определяется, в частности, возможности) установления с помощью эмбриологического анализа филогенетических отношений мегду таксонами разного ранга, а практическая - возможностью целенаправленного управления генетико-селекхшошаш процессам на основании познания закономерностей процесса оплодотворения в.шяроксм смысле, - . -..''-'■'■''*'

Апробация. Материалы даос ортаци* сыли доложены на засада-

нив кафедра ^водагаи растениа Еяологического факультиа МГУ. • ' : ■ v " fldteu джсоертаизд. Вгесертадия изложена ва 136 отр. иа- ' шиншисного текста, содерошт 10 рисунков и в виде приложения у.; 82 тайяищ о адектроногра$даши и швфофотографиямн. Список ля- > тературы эдиючает 185 наимеяовйшй, яз которое 118 яностраннн! .

ИСТОЧНИКОВ« ' '' ■ ; . ОБЫКГ И МЕГОЛН ИССЛЕДОВАНИЯ ., ': . ,

Объектом исследований был выбран двузрядный ячмень Ногавтед "distichori L. ОТНОСЯЩИЙСЯ К классу Monocotyledoneae . ПОрЯЦ-Ку Poales { Qraainales) СемеЙСТву Т>оаевае { Oraminese■) , . "

ТриОе Н&гйеае »■ роду Hordeum» В РОД9 Hordfe-urn насчитывается бОДЬ -_ шв двадцати однолетних в многолетних видов ,'нз которых иохво вы- : -, делить растения валиыев сельскохозяйственном отношении , а каев- -■'■■*;. HO! Hordeum vulgar« L»=JIordeum oolistlchon Ь.. - ячмень ОЙОШО- . венннй многорядвкй \ HHordeun distichon L. — яцмйут^' TiTtyrpgrir^vjft. ■ - Некоторые автода выделяют как отдельный вдд я Hordeum hexasti- •• ...'■'•: сыт it - шестярядввй яэдеяь (Яновский П.М.,.1949; КУРсан(ш ХИ. я др., 1951; Тнхомяров Ф.К., 1974 ). Считается, что Hordeu-n di-V'K etichon L< ПроИЗОШбЯ ОТ дикорастущего вида Hordeum. spontanea л

L. (Бахтеев Ф.Х., I960; Иурсанов д.и. и др., I95D . Для него ■V;/:'' ' характерен двухсторонний колос с колосквии, содержании трицвет- У' '. ка - дентральныйСсидячий нпдодоносящвй) s два боковых, на короткой ножке, бесплодных. Нашаработа проводилась на яровом яч-ыеве сорта Московские Л 121 > '"ртн^тглржпщ^'иг к varietet ¿teficiens в сросшимися кэерновке гшевами ( цветковыми чешуяыи) . В онтогенезе однолетшп злаков н, в частноотк, у ячм0ня период от на-развития конусанарастания дообразованяя зрелой зерновки

... . ' ■■ ,■.. v ... V..^' ■ » - Í . , ■ — 5 — У" • ' ■ " "" Г '

■ , Y ¿ - ' :-"; /, - -' ' ■ ^ „V ^■■ t ^ ■■;, ■ v Л . ■

- í '■* ■ ■ - ' . * : ' 1 " - -v* -':. г,. ■" " ....- ■■' V /.^модио pasaejmTb (;ус^вно )-^.двенадата этшов.органогенеза,' • ".. "-'«Г v' " ; ^каждай кэ.^которис--характеризуется своши 'морфодапгческшш осс^/ ' ;

'■■''■:'> '\ бенностями( Купешанф.М., 1955» 1ЭТЗ) V Тема. нашей работы ох- ■

ь v -у-,. ^ .■''■,>-»■ - : ■.■-■■'.-'■ • -,• > ■ •• ~ -•.-■■.•*:>-■ ..

V'. j.- >r :v ватывает только; 1-УШ, этапы органогенеза по • этой.классификации;., .

'.*.'^ это этапы от начала развития'точки роста до.образования зрелой ;

: -¡ . - трехадеточной. пыльад^ разделить на две' группы: с;1:по . /

•/.-•; . Л 1У,и о У по.УШ. Первая груша - »то развитие вегетативной мери-

• стемы и начальные^ стадии ее перехода ,к генеративншу состоянию. ;;

" ." . - л'-% Вторая группа охватывает микросяоро- я мшсрогаметогенезПри" ,. • .

tló-,tошгоании данних наблюдений, отшюящвтоя Н.1У-УИ1 этапам j;мы поль- *

■■*:.> ''' зовались общепринят^^эмйриологическсй. терминологией, а ссылку-' . .

. - .. эташ.применязя как удобный прием сравнения состояния обьек- - ^ '

; . та, особенно.на.ралгасс этапах его^развития.^Ячмень выравдаали-

- на полевсм участке Ботанического сада МГУ» а. тшош в горшках в

оранжерее и в вегетационном дшаке. в среднем 10 растений.в rop- ,v-

■■ шкё диаметрш 25 си• -• >'•'

1 ' " т ' Взятие^ upoó для электронной микроскопии проводили в .тече- : " : ^

нве 1974-77 гг, Материах фиксировали дауыя методами:11 1&ой-" С;1. ^'

■■-"л ;,.ч';; ная фиксшщя глутаровыы альдегидом и четырехокиоью осмия (ca+0s04) ,

/ ;-чЭта ^шссашя хорошо сохраняет. общую морфологию клетек {

- ',,- '1975 ) / П.' Двойвая фиксация шшяйодад.+ 'четырехокись всмия^л/Л";:' :

"*' : f ~ (Zrur,+0вО.^áiliet,МОД1фСКаДЕЯ.'larti,ГгйпС18, 1973) ,. Эта V \

ч; .;7;^:;фнксация1применяется для выявления различных мембранных систем

■'.Iv, .;клеток, ткани провсдага^через спирт или ацетон по общепринятой ?' .

: „ :4 ^ыетодике и заливали а Эпон 812. ,Чтоба подобрать необходачу» об-^: ;

лаоть при заточке пирамиды для ультрамизфотошягпервоначалшо1,; ^

■,: •\ - ,&1ли сделаны полутонкие срезы, порядка I мгм. на мнкротша ^ei- .

. , .- " i::

" chert,Tepla-Bs-49Cft ш на обячнсн ротационном микротоме, но со ; стеклянными нохааш.Полутонкие срезы красили толуиднновым синим (byn¿,j.A. V Í96S) > Ультратонкув pesky делали ¿3 ультромшсрото- >■' • г ' мвтькв шиитеsla вз -49СА.Срезн псмещали на стандартше сет-■Jví;" í га 50. 100 или 200>евсь , как о покрытием последних формваровоа :; пленкой( для 50щ«всЬ - 0»ЭСС( фОЕИвараввй р-р; для 100 и 200 ; mesen -0,20-0,15? р-р) » так я без подложки. До просмотра сет-

со срезами вавгтревпровали ураниладетатсми свднцм^Лпиги Б., 1975) « Цатерхал <5вл просмотрен и отснят на электронных ни-кроскопах Tesla. BS-5I3» JEM ТА, JEM IOOB,Hlt»ci HU-IIB-lV ; • ■ ' v

"Л - ■'/■ РЕзгалаян и их аюгадшив у?'

. г _ В работе проведено изучение ульгрвструктуря клеток в працес-? се форарюааик мужевогогаметофита(в широком саза еле) у ячменя, в результате которого установлено, чтоструктура оргавондав су- ■■ щественно изменяется в зависимости от пути развития и фушшиони-_ рованкя данной клетхи.В главе ш диссертации приведено описание

- алектроногрефиа, отражашхх стрыдде клеток виидериоа и субзпи-' дегыальной зона в средней части конусаварастшшя проростка, в ; ,; .V; листовом вугорве, вдетк<ш* валЕке.внедифференцировалнсмтнчи-вочисн бугорке, а в последующем в спорогенно! ткани и во всех ; слоях отеши внящика в процессе микроспорвгенева. v.-

- Дня того, чтобн оценить обцие аахсвасервооти габлюдаемнх из-1 меваннЯ^мн предотавжях ваш результаты в виде схематических ри- v сувхов» которое даат усреднению хартицу строеяия( разнообразия "в строении) того яии иного 'органоидо в определений мемент жиз- ■

На рис. I показаны изменения вакуолящой системы и ретику-г лума мерисгематической клетки в период от начат образования ^ стеблевой верхушки при появлении всходов до формирования тшш-/ ; ночного бугорка (1-17 этапы органогенеза ) . На первом этапе раз- < витая меристемы она представлена отдельными вакуолями, на внут- > ренней стороне тоноиласта которахвнявлнется очень тонкий елей ; ; электронноодотного вещества. На втором, третьей и четверток «а-; пах вид вакуома изменяется и обнаруживается четкая связь его с ретикулумсм. При этом чей дальше идет в своем развитии мерие- .' тема , тем эта связь боле е подчеркнута, а весь комплекс занима-. ет определенное расположение в клетке , (сздлая ядро. При пере' ходе ко 2-му втапу происходит значительное уменьшение вакуома, , а в последующем ваблпдается постепенное увеличение его объема V 1 о одной стороны, и увеличение толщины электронноплотпо го слои на тоноплаете.-сдругой. цистерны ретнкулума, начиная оо второго) ; этапа, ; заполнены таким же алектровношютнш вещаствск и можно „!' ввдеть, что вакуоли образуются за счет расширения этих цистерн.

Рис. I,:Развитие ведоояярного аппарата в мериотеме ячменя на ' 1-17 этапе: органогенеза, я - ядро. В - вахголь.

У Условна а обозначении и рво.1 - 5:Д" конус нараотаная;

^ листовые бугорки; ^ колосковсе бугорки; начало

фэ^мировшнатмчнночвого бугорка; ввделешмврхеспорхаль-

шх кдзтов; / материнская клетка микроспош; гвя™" с':

тетрада; 0 сдаоклеточная пнлъу.а; ^^ треххлеточная пнлыеа. Пунктиров швелеяя исследовавшиеся зоны. .

Вероятно, утолщение слоя на тоншласте идет также за счет переноса содераамого толстостенных 1ранул в полость вакуолей, образованно kotojhx связано с одной аз цистерн аппарата Голодая. Эта шотерна обычно наблюдается у диктноссын с ярковнраженной функциональной полярностью ( pro. 3 ). Ш четвергам,этапе; на-блидается фрагментация вакуолей, которые' остаются связанными с ретикуяумсм, но более четко проявляется их связь н с аппаратом ■„ Гольдаки. Это еще раз подчеркивает органическуп взаимосвязь мембранных систеи клетки в целом н возможность го: взаимопреврада- ' ннЭ. Из рис. I тага» видно, что строение вакусма в эпаде^надь- О ном и субапидерлальнсм сдоях иервотемы одинаково % кзыеияется одаотншо.Дальяейший генеано вакуоляриой онстеии идет по двум ванравдешшм* Первое из них связано о дифференциацией клеток, их старением в отмиранием в зшще реальном, фиброзном и с ре днем , слоях Пильняка; Второе - характерно V. дак клеток слорогенного . слоя и талетальяого слоя. Такаа дивергенция начинается на ста- -дил археснориальной клетки, когда, по-видимому, все слои структурно однотипны. Каким образем н почему в этот мскент вакусм иериетшатической эовн перестраивается, а в последующем дает :■■■■■ различные морфологические ткех- не ясно. ■ ,'[ ^ ' - \ '

/ ' Вакуолизация тадетадьноа клетки связана о фушщиеЯ i уого слов ( рис. 2 ) , На стадии материнской кдетяя микроспор танатцль-ная клетка имеет средшэразвлтув вакуодярнуп систему, ара этев "значителыгагоразвитая достигает андоплазаатическЕй ретнеулум, ■ который принимает характер зргастоолазмя, образующей многослойную мохбранную обнладну вокруг всех клеточных органелд, ядре ■ вакуоля. Qieore с тем в глеткв ваблхщавтея и мелкие вакуольки.

во их число невеликой На стадии тетрады картина резко изменяется. На месте »ргастоплазш появляется огромное количество мед —-ких вакуолей. Маяно предположить, что в везикулярное состояние перешел ретикулум. Одновременно с этим сохраняется часть кана -лов гранулярного ретикулума. На стадии одноклеточной пыльцы ретикулум тапетальной клетки вновь приобретает вид эргастоддазмы, ■■■ тогда'как вакуолизация клетки практически сведена до нудя. Логично рассматривать такие преобразования мембран тапетальной клетки как отражение сложных и мно гообразнш: функций. которые она выполняет в пыльнике.. Эти функции могут быть связаны с питанием развивающихся пыльцевых зерен с одной стороны и с участием в процессах синтеза оболочки зерна - с другой. По крайней мере морфологически вторая группа процессов более очевидна я изучена в многочислен®« палиноло гических работах (Мей ер Н.Р.. 1966; Ярошевская А.С., 1974; ИоеГегг Ь.Ь.ЛЗтар1ек1п8оп н.с. . 1976 и др. ) .Однако и 9 атом отношении функциональная интерпретация морфологических картин не всегда однозначна. Так, но вашим наблюдениям у яэдеия тапетальныеклетки выделяют в полость шльншса через плдзмалашу пузырьки, окруженные мембраной, на ранней стадии тетрады. В это время еще сохраняется собственная клеточная оболочка тапетума, а его эндоплазматический ретикулум развит очень сильно. Тетрадный ксмплекс покрыт толстой каллозной оболочкой* но на шазмалеше молодых микроспор уже выявляется слой электрон-ноплотного вещества ( вероятно, зкэива ) . На бшее поздней стадии,

Рво. 2. Изменение структуры эвдоплазматического ретикулума в тапетальной клетке. Я - ядро, в - вакуоль.

когда тетради начинают расседаться, на плазмалаше тадетума по. прежнему обнаруживаются пузырьки разнообразного размера, а его : ваутрвшяя клеточная стешса почтя полностью исчезаетJ Именно в: это время ретикудум тапетальной. клетки становится везикуляряым. Ми никогда'не. ввделк выделяемые пузырьки вдали от штзыалеымн ; тапетуш, и по морфологически! картинам трудно судить, прошю-дат ли высвобождение йхвещества внолость пыльника и принимают ли они участие в растворении собственной стенки тапетума( или ; каллезвой оболочки ) или в синтезе экэины микроспора. Eue позже ; лна стадии одноклеточной шльда завершается формирование варуж-: ных'слоев ее оболочки. В это время на сиену пузырькам приходят тельца Убиша, первоначально связанные о длазмалашой. тапету- < ма,а ваоследунцем отхквалщкеся от нее и виходядае на:вару» - -ную поверхность тапетальной пленки.. РеяЕкулуи в тапетуме - цдс-/тернальнай. интенсивно развит. Не ясно, встраиваются-ли орбику-• ди( ххи хх части) в оболочку пыльцевого зерна ш она - лвнь . катализаторы процесса ее роста. '

Ободочка пыльцевого зерна ячменя состоит из 4-х олоев :од-: - ного внутреннего - инткшг и трех наружных, обрезушкх екзину. ..' Два слоя втаина построены из влектреявоплотяого материала; оеи -; столбчатой структуре • Между шмх находится электровнопроэрвч,- " ' ный слой, (|ы ие ставали задачу специально исследовать щболоч .: ; ку пыльцевого зе!ка. Интерпретация ее структуре - саыостоятель-ная проблема, выходящая за раскж нашел работа. ...

Развитие Бакуодяртой система спорогенной июни тоже тесно связаяо со , стадией развития клеток. У археспоршльяах клеток вакуоли практически отсутствует , ^ а ка сдедутацем этане: они мел- ',..

у-1 кие и немногочисленные. Вакуолизация клеток постепенно растет, ""достигая максимума у одноклеточной шшода. При эки ваблщает-

ся интересное явление,' которое мн интерпретируем как аутофиппк : - ¿утофахкн затрагивает мембранную систану клеткяи рибоссмальный . . аппарат, но'^е пластида и митохондрии, в ней не принимает учао-1; тие аппарат Гсишсга. Таким образом, вакуолизация в микроспоре .; не только отражает процесс ее поляризации перед далевиа*г но я»- • ';.;■^ ляется необходимой, поскольку связана о перестройкой метаболиз-

иа, направленной ва образование больших количеств запасных ве- ■'■*■■'.'*; ; -У ществ - ллшедов нкрахпала. По данным других нвторав{шсклеен " с»н. »¿г«Нв81ор - КагПпоп V 1977). , аналогичнае процес-

са вабиодались во время мейоза, но ве <4ш1 выражены столь шь- *, •... но, как в ваших найявдениях. ' у У ■""'у, У^Лу'.:У""У-"

' . ■:" .-.V-''-- -0"'; ■' У ..' ''У : +У V + '■' ■'":'- у ' -У;.. У - - ,.'■■.-■у1:":'-..: • Морфологические вариации аппарата Гольдки представлены на • рао. 3, Видно, что с первого до, трети» »таи органогенеза разли-1 «к в етидерасе, так и в субвпадер-

мальиой меристеме на ааблкшается. Можно отметить лишь некоторое : I ; ' " увеличение размера аппарата Голадда в меристеме лвотсганхбутор-. ков. Ашшрат Голыош: производит одного вида пузырьки и, суда по положешт, они несут "страитеяьннйматергол" на образавание кле- . точной стойки. Актшгность дкктиоссы на этих этапах низкая, рез— ' кие перемены в структуре аппарата Гольдки аачтупаютв начале

Рис,, Изменение струюдо аппарата Гольюш в процессе микро- - ' ; ; 'у-'■■■■■:■ * слорогенеза у етвевя. ГО - тонаяласт,КЛ.СТ. - клеточгая .

,:;у ■ • у у/ стенка, В - вакуоль, у': ;'у;У'У-;' ::

V* O

.Л'Г-т

4, - . - t. ».

" s ■

ml "

' l " '. 1

V '1*

.. ,. М1РИСТСПА - . - 4; ■■ • rrn ■ • ■■■ ■ ' ■ Эшисгнис --

► *- \ -."t Л, Y ^:.•?

; 0 : 4P=> ' -г * 1

Ш

Щ iär^ »S Ï 2 I m Ï

llkWmM ' T****» ■ 1. ' Itowui ütaii i »

« 1 *. ? Й1

• Ш ТМ1ТИИ - . Щ Л *

Щ wi.f. , >" L ■ il

l- «i h . . ■Ш t* - -1

■ vj>.,' • -V® "• r ■* : . *'1 • * \ -'■■"■Г- ■■ Ш " - * ' ,' " ' • ' • ' • i

S. ' ~ AtrevtHUM 'i 4 • • i»-** 'iUruKMIUM - , \ САОЯ ; Дптмсрмшя .;',. ГАОЯ ,. ütrtHtMUM v »до« ; . - ©

.»¡¿.a v^;

L -к ' ■ ; *

,-í':. »"' *'-Y" -

/.v : à * ¡ ' !' f .

- •.. •.•

четвертого этапа органогенеза,'на стадии образования цветочных бугорков. Они вырезаются, с одной стороны, в увеличении морфологического разнообразия тюв его организации, с другой - в количестве и разнообразии производимых пузырьков. Наблюдаются, хотя и редко, органеллы, состоящие из 2-3 цистерн небольшого размера, которые либо вообще не производят ничего, либо производят небольшое число светлых пузырьков. Другая форма - это полярные дтстиосомы, у которых цистерны на одной из сторон заполнены алектронношготннм содержимым и отчленяют осмиофшкые ну-зырьки. Обнаруживается форла органеллы, у'которой обиазуится цузирыш двух вияов - обычные и алектрокноплотнае. Наконец,' есть вид аппарата Гольлжн.у которого с двух его сторон наблвдаются заполненные электроннбплотным содержимым цистерны, производя-, щие разные по виду1 пузырьки. При этом нужно отметить,"что плотность вещества с обоих сторон может быть разная. Иуяно отметить и еще одного вида дкктяосомы, у которых обнаруживается тесная связь с мембранной системой клетки в целом. Одна из их цистерн, имеющая алектронношютное содержимое, отделяется от комплекса и посредством расширения своего пространства, по-видимсыу, дает начало вакуоли. Такое разнообразие структуры и активности наблюдается как в эпвдерыисе, так и в субэпидермальных слоях, при этом'во втором случае размер органелл больше. На дальнейших этапах развития уже эмбриональных структур происходит резкая инзк-тивацкя аппарата Гольджи й хотя при ыикроспорогенез е он выглядит более развитым, чем на стации археспория, все гко его вид мало отличается от наблвдавшегося на ранних Лазах "лзэвктпя мс-ристеш. Наблюдаемое явление стае "таз укашлгаот на розкпе каш-

■. г.':;--,- ,.г; 16 - ; ГлН '

чественнзе и качественные измеиения,наступашие в мериотеме во вршяее перехода * от вегетативного к генеративному состоянию. Роль аппарата Гольдки в этот момент ошечалась нате1япве а. * . еъ в1. ' 1ЭТ4 ;нани впервые показано изменение его морфология в мериетекатических клетках в начале детерминации генеративного развития у однодольных. '. \ /г.;

Иэменениеотруктуры пластид в исследовавшемся процессе представлено на рис. : 4Видно, что в процессе развития меристемы ячменя происходит: дифференциация пластид, которые из протопластид ' на I втапе. органогенеза превращаются в лейкопласта на Ш этапе, :; / Максимальное разнообразие структуры я вахиации размера пластид ■.■ обнаруживаются в начале 1У этапа, когда4 явчиночинй бугорок уже ' /'.' эалояилоя, но дока существует как недифференцированная меристе-матнческая ткань. В эпидермисе н оубашщеркальншс слоях лейко-" - ■ пласш крупные , а их мембранная система отличается повышенной ос. кзофальностью» Однако дифференциация тычиночного бугорка» виде- : дзвхе в на! слоев будущего пыльника и спорогенноЭ ткани оонро -' гоцдается резким упрощением структуры пластид, кото£иа превра -

шпгся в нропластиди (явление, как мы видим, аналогичное тсиу, . чаю 1Ш яйДтдщ^пт при изучения строения аппарате Голыши) ¡уменьшится разаерыорганоицов, исчезают тилякмим,- матрако просвет- ' ляется. в последующем становлении окончательной структуры стен-кж пальника и при микроснорогенэзе поведение аластвд в кавдеой ; "

Ржс. 4; Яэменение строевяя пластид в процеосе мякроспорогенеза

- у ячменя. Г:.'; '^ ^'Л'-г;- • ** ■

-да-;

: ткани оказывается специфичным: в эпидермисе, средна! сдое к та-1 петуме он* превращаются в лвакоплаоты о тилакотеами обйчного строения ( в последнем йз сдоев Ьнжнесколько более мелкие > ,.в фа^ощиа'олвв -часть из вот развивается в. хлоропласта I; а чвегь -в лейкопласта небольшого размера. Максимального выражения - структура достигает в мсмент мейоза спорогеаноЗ ткани, а впослв-■ дупцем начинается уменьшение объема мембранной систсми и сросвет-лвние матрикса. Судьба последних стада! ихдегенередии неизвестна. В сяорогенной псани пластидн остаются неразвитыми до скончания мейоза, после чего в них начинается интенсивное отложение ; крахмала и увеличение же числа, * так" что в зредш птице®«* зерне они оказываются преобладающими органоидами, привтш мембранная система пластид не развивается. необходао отметить, .что ва-чало образования крахмала в клетках тетради сопровождается его • появлением в тяпетуме и в ^аброзноы слое. Однако в последних случаях сосуществует только на этом ограничением этапе развитая и никогда'больше не обнаруживается. Таким образок, при фор-мироваиии мужской части'генеративной сферы у ячменя переход *Х; * дифференциации меристалатпческсй ткани и вычленение спорогенно— ; " го рада клеток сопровождается дедаффериш щт СНей ( еввнилизшдай > : структуры пластид, пооде которой происходит усложнение их стро-... еижя, степень которого зависит от морфогенеткческо® судьба тка-

Нй рис.5 схематически показаны изменения структура мато-; хондрий, обнаруженные ншж. Хорошо видно, что до плчпла 1У вта-

па органогенеза ( на всех этих этапах судьба зона апекса детерминирована» водафференцвация клеток едене произошла) пито -хиндрш увеличиваются в размере. При этсм в апвдеряюе оиг ос- ; таются более мелкими, чем в субапихермалышх слоях* Вх матр*хс средней шютности 'со светлой зоной внутри, а кристи могут'быть'' описаны ках трубчвтае в начале и шастинчате в конце втого пе-; ржода. Переход к дифференциации слоев пыльника сопровождается > : изменением структуры митохондрий во всех клетках: в спорогенной ткани они наиболее мелкие ипрактическностаются такими до мо- " мента образования микроспор, после чего их размеры увеличиваются,.а в эрелсышлыхевсм зерне - втодовольно крушне органел-лн с большим числом пластинчатых крист; в снервш они мельче, .".чем в вегетативной клегке . и с скльно расширенными кристами; < различается их структура в клетках наружного и внутреннего ело-, ев - в пёрвем случае сои крупнее, таепт более светлый матрикс : и расшренше кристы; в последуицш в фиброзном слое митохонц-' рии наиболее крупные, а в зпидерлсе - самые мелкие. Несомненно,: что структура млтохондрий. настодько различная в резных у тканях, отражает функциональные особенности каждого слоя пнль-, ника. Каблвдается нехотений параллелизм в изменении* структуры^ митохондрий и пластид. Важным представляется тот факт, что в . начале дифференциации тычиночного бугорка (в начале , собственно ; генеративного развития) происходят изменения мжтоховл^иома клеток .которые в общем можно списать как упрощение их организации.

Рис. 5. Изменение строения митохондрий в процессе мнкроспороге-'■" Ь. -V неза у ячменя. ; г ''■''¡■.¡>^-^'¡'Н'-

, I иТ .

^ /. ."*« Несметен . л " ЗпИДЕРНИС. ш

ШШШШШШ 'Ж®*®

. л

1 я» .за ш §

Опогогсммя ТКАНЬ 4 ВИ>Г«МНИН Слои Нлгишый; '' - Слом '■■■ ¿ у:-/ ■ -а:--';;;'.' Г а 0 1 и М

. ч ■ » . " ♦ А .-", .->.у» V ш

ТдЖ£1»М Фиброзным ■. ' СДОЙ V Щ-

- .-„"-¿Г"' т"'" ■* ^■.ЧЯ!^!."'.; ; У,- • '' ' г' Ч ; _ г. V ? ©

11 ДСГЕНЕ- ГАКМЯ ■ Слоя ■ "IV! . ¿тмпци* Дггснгпцм '. САМ Л^ЕНСРАМЯ . слоя ■

л-.• • ™ ■

■ V ■

. . <

.ч 'V* V '■

А-.-

^проанализировали также изменения формыi размеров и сто- , пена хроматизацви ядер при мякроснорогевезе . Йктерфаза является . сложным периодом и возможно,' что разнообразие структур органоидов на каждоы этапе в какой-то мбре связаво о тем. что клетки раходались в разном состоянии ( Gj,s,g2- периоды). Это особенно ъахно учитывать при рассмотрении структур« ядра. Средние размеры ядер остаются одинаковыми до начала ■ дифференциации тычиноч-, ной меристемы; а степень их хроматизации (объем ■ кокценсировадно-го хроматина) несколько больше в эпидермис©, чем в нижележащих Ï. клетках. Ьиленение спорогенкой ткани сопровождается зкечитель-нш увеличением объема клеток в ней л уменьшением объема конденсированного хроматина. ' Степень кснденсапии хроматина уменьшается : в это время и в других тканях пшгьника. Характерный является уве» личение ширины перинуклеарного пространства ядер в конце & »топа оргапогенеза. Даяькейтве вариации структуры ядер отличаются/ в разных'слоях пыльника:' в эпидертасе наблюдается "фэнгадональ^-ное сморщивание" ядер (Хесш, 1967) во время мейоза в спороген-шве клетках, а в фиброзном и среднем слое оно происходило на стадии тетрады» В стенке пыльника наибольаего размера ядра отмечены в тапетальных клетках, Интересно,что объем гаплоидных ядер в микроспоре равен или даже больше объема ядер тапетальных кле- ■ ток, а степень конденсации хроиатнна в них - мепыче. Возможно, »то является отражением большей¿активности метаболических процессов в микроспорах по сравнению с клетками стенки пыльника. ) -, v ' • Приведенные в настоящей работа данные ультраструктурного анализа клеток стеблевой меристемы ячменя в процессе эт перехода к генеративному 'развитии ив течение михроспорогенеза поэ»0-

^ дяют отметить некоторые общие закономерности. Во-первых, образование генеративной меристемы до момента ее дифференциации на ■ '■.::> ткани сопровождается постепенным усложнением строения всех кле- ; ч - V точных органоидов, «второе достигает своего. максимума перед вы- членением спорогешюй ткани* Во-вторях, при образования споро-. • .. генной ткани и выделении отдельных слоев стешшпвдьнииа' (нача-

- "■".■'■■ до микросаорогенеза; генеративное развитие в узком смысле) про- -; исходит.."ювенилизация", упрощение строения органоидов, и только

• после этого вновь начинается усложнение их структуры, но уже . специфическое в каждой грутхе клеток. В результате ( и это в-

третьих) на морфологии клеток разнцх тиоав тканей внутри пвль- ; ' ' вика отражается специфика фуящий,1 которые они выполняют, ,

' . В настоящей работе, используя метод злектронно-ыдкросколв-лесяого анализа, проведено изучение строения клеток и клеточных органоидов и их изменения в -процессе дифференциации ткакей,!на- -■;. чиная с, саодх ралпих этапов морфогенеза вегетативной меристемы % : Ногдеит «11э*1сЫм* ь. при'ее переходе в генеративное состояние . '■, ; в .дальнейшем■образовании в развитии тычинки, затрагивая все особенности протекания процесса микрссиорогепеза. На основании этой " работы кожно сделать следующие выводы: . у у , ""V Л ..

I.. На ранних этапах перехода вегетативной меристемы к гене- Д ративному развитию в цитоплазме клеток ее средней части происхо- ; : : У; :. дат дифференциация органовдов при сохранении оснновной функции. • " - г зтих клеток - способности.к митотаческочу деления. Эта цифферек-;-циация затрагивает мембранные системы югетки (энзоплазиатический

- - ретихулум, аппарат Гплъдяи, вакуом), пластиды!и митохондрии.

- '': у ■■.':■■■■ ■',"■■■■ ■' у-'"';? .у-?'-":- ;' "у'4''

. -Л ,7: - 23 - ^."■.■■:"■;

2. Начало образования спорогенной ткани и дифференциация ; ' . стенок пыльника на отдельные слои сопровожцаетсяде дифферент»-: ровной, относительным упрощением структуры гщтоллазматпческих ;77--органоидов, ' ;7-: - .■ '■■;.. . "" .'""'.••• 'V1.''V:'' : ■

З.Удьтрастружтурная организация клеток каждого слоя стенка шщьтиса отражает его функциональные особенности и степень участия в процессе микроспорогенеза', >■■'. .■: -Г"'7-'.".

' 4. Обнаружено изменение мембранной системы тапетальвых кле-, ток, внрававдееся прежде всего зизменении морфологии эндоплаз-' магического ретикулуыа,": связанном с процессом микроспорогевеэа 7 и,'в частности, о формированием оболочки пыльцевого зерна. ;■; 5. Показано, что микроспорогенез сопровождается трансфо^- ■ мацией всей структурной организация ыеристематической клетки. 'На начальных этапах эта трансформация связана, вероятно,' с про* цессом автолиза в цитоплазме, а на более поздних выражается в :■ образовании н накоплении запасных веществ, тогда как мембранная система всех клеток гаметофита оказывается крайне редуцированной. г ■ л;7.:'7" Список работ, \ -*"1;7:';

7-/ представленных к опубликованию до теме диссертации: : * -У 7

1. Об изменении структуры клеток тапетума у ячменя в процессе • ;. кикроспорогенеза (в соавт. с И.П.Ермаковыц).

2. 0 строении цитоплазмы развивающейся микроспоры ячменя

■ (в соавт. с И.П.Ермавовым). - ■ '■■■'.■'.

■ 3. Изменения уяьтраструвтурн цвтоплазматаческих органоидов в ые-'

ристеме ячменя при ее генеративной транефодаации (в соавт.

■ С И.В.Ермаковым). - ■ .: ■ ->:77-'.4

: ï ft'-: ft-ft■ ■ ftftóft/ft : • ПТДГИ*"" ^ /""»»» • ^ ^^ r* ; ;

: e .V :ft:' • *Уол. Пвч; тяра» вакаа$0

. ; Отпечатано в мвожителыюй лаборатория реоло-. ; гичвотото факультета UIÏ, Москва» leMÖpi« ■. . '

■ - ■■■ V 1 »