Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфогенетические процессы при масс-клональном размножении некоторых декоративных луковичных и клубнелуковичных растений

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Морфогенетические процессы при масс-клональном размножении некоторых декоративных луковичных и клубнелуковичных растений"

Р г □ со

МОсГКОВгаЪй'.ЪрДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 582. 572: 581.143. 6

ЧУРИКОВА Ольга Альбертовна

МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ МАСС-КЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ НЕКОТОРЫХ ДЕКОРАТИВНЫХ ЛУКОВИЧНЫХ И КЛУБНЕЛУКОВИЧНЫХ РАСТЕНИЙ

03.00.05 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1993

Раоота выполнена на кафедре высших растений Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель - кандидат оиологических наук.

доцент Р.П. Барыкина

Официальные оппоненты - доктор оиологических наук.

профессор Н.П. С ок.о лова кандидат оиологических наук Л.В. Карпова

Ведущая организация - Институт физиологии растений РАН

Защита состоится 26 марта 1393 г. в 15 часов 30 мин. на заседании специализированного совета Д.053.05.65 по присуждению ученой степени кандидата оиологических наук на Биологическом факультете Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, по адресу: 119899. Москва. Ленинские горы. МГУ. Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

автореферат разослан февраля 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

С.Н. Лекомцева

актуальность темы. Масс-клональное размноаение. основой которого является культура изолированных клеток, тканей и органов растений, представляет собой метод высокоэффективного размножения редких, генетически уникальных форм растений, ценных сортов сельскохозяйственных и декоративных культур, позволяющий наиоолее полно реализовать заложенные в организме потенциальные спосооности к регенерации, i его помощью можно в кратчайшие сроки и с наименьшими затратами получать большое количество.однородного оздоровленного от патогенных микроорганизмов и вирусов посадочного материала.

Широкое внедрение и применение в настоящее время масс-кло-нального размножения в народном хозяйстве ооусловливает неоохо-димость его научного оооснования. Установление закономерностей морфогенетических процессов in vitro представляется весьма актуальной задачей. Составить четкую картину их разнообразия у представителей луковичных и клуонелуковичных растений на основе литературных данных из-за их фрагментарности, а порой противоречивого характера, не представляется возможным.

Несмотря на длительную историю метода культивирования изолированных клеток, тканей и органов растений in vitro, обилие сведений по оиохимическим. физиологическим и некоторым другим аспектам, осооенности морфогенетических преооразований. происходящих при этом, остаются слаоо изученными. Получение дополнительной информации о ходе морфогенеза in vitro у различных представителей важно для расширения и совершенствования наших знаний в ооласти экспериментальной ботаники.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы состояла в изучении оощих закономерностей морфогенетических процессов в изолированных эксплантах органов разной морфологической природы (.листьях низовой и срединной формации, цветоносах, почках; у девяти луковичных и клуонелуковичных представителей семейств лилейных. ирисовых и амариллисовых. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- исследовать ответные реакции тканей эксплантов вегетативных органов на хирургическое вмешательство у представителей одного и того же или разных таксонов :

- определить меристематические потенции отдельных тканей эксплантов;

- выявить природу меристематических очагов в эксплантах:

- исследовать картину последовательной дифференциации зачатков побегов и корней с целью выявления черт сходства и отличительных осооенностей в эксплантах органов разной морфологической природы, их ооусловленность;

- изучить характер васкуляризации вновь возникающих структур. на примере нарцисса уточнить гистологический состав гидро-цитной системы.

Научная новизна. Впервые прослежен морфогенез in vitro от инициальной клетки до дифференциации зачатков пооегов и корней в эксплантах разной морфологической природы у лилий, гиацинта. нарцисса и гладиолуса. Установлено единоооразие процессов, происходящих при культивировании эксплантов цветоноса, листьев низовой и срединной формации, что моает служить дополнительным аргументом в пользу существующего представления о пооеге как о целостной системе.

У гладиолуса уточнено строение клуонелуковицы. осооенности формирования деток и морфологическая природа столонов. В образовании последних принимает участие первое удлиненное междоузлие оокового пооега - гипоподий. Отмечены случаи их ранней фасциации.

На примере нарцисса с использованием светового и трансмиссионного микроскопов уточнен гистологический состав "гидроцит-ной" системы. Она включает, наряду со спиральными и лестничными гидроцитами, ситовидные труоки с клетками-спутницами.

Практическая значимость. Результаты сравнительного изучения регенерационных процессов могут найти применение у селекционеров и цветоводов. Полученный фактический материал оудет полезен при составлении рекомендаций по культивированию луковичных и клуонелуковичных растений in vitro, а также при дальнейшей разраоотке научно оооснованной технологии их выращивания.

Раоота имеет также методологическое значение, результаты исследования могут оыть использованы при изучении морфогенети-ческих процессов в ходе регенерации in vitro у других таксонов.

Содержащуюся в раооте информацию можно использовать в качестве иллюстративного материала в практических и методических курсах по морфологии и анатомии растений.

нпрооация раооты. Материалы диссертации доложены на научном семинаре лаооратории оиотехнологии растений ГБС РйН Сфев-

раль. iаба г.J, молодевной научной конференции биологического факультета МГУ (Москва. 1369 г.). IV Молодежной конференции ботаников iСанкт-Петербург, 1992 г.). Диссертация апробирована на заседании кафедры высших растений биологического факультета МГУ (.ноябрь. 1332 J.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна работа. три находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на ¿9.¥ страницах машинописного текста, состоит из_введения, .к глав, выводов, списка литературы, включающего Т'А^названий. в том числе HQ на иностранных языках, и прилояения. Иллюстративный материал представлен .^рисунками и .f. таолицами.

Материалы и методы исследований. иоъектами исследований послужили следующие представители сем. Liliaceae: Li1iиш regale Mils.. L.iongillorum Thunb.. L.speciosum Thunb. сорт "Uchida". L.pardalinum Kellogg.. L.candiduu L.. 'L.martagon L.. культивируемые на опытном участке лаооратории биотехнологии растений Главного Ботанического сада РАН. а также полученные из коллекции Ботанического сада БИН им.В,Л.Комарова РАН и Ботанического сада МГУ им. М.В.Ломоносова. Hyacinthus orientalis L. сорт "flnna Marie", сем. Iridaceae: Gladiolus hyBridus сорт "Dixilend". ceM.Hnaryllidaceae: Narcissus hybridus hort. сорт "Geranium", выращенные на опытном участке отдела цветоводства ГБС РАН.

Экспериментальная часть работы проведена в лаборатории биотехнологии растений ГБС РАН. а морфолого-анатомический анализ материала, с применением сканирующего и трансмиссионного электронных микроскопов - на кафедре высших растений и в лаборатории злектронной микроскопии биологического факультета МГУ.

Выбор органов, используемых в качестве источника эксплан-тов. и времени постановки эксперимента осуществлялся в соответствии с подрооно разраоотанной в лаооратории оиотехнологии растений ГБС РАН методикой (Румынии. Слюсаренко. 1989: Румынии и др.. 1930), а также с рекомендациями, имеющимися в литературе iHosoki. HSahira. 1380: Hussey. 13601, Предстерилизационная об-раоотка, а также стерилизация материала проводилась по общепринятой схеме (Румынии, Слюсаренко. 1983 J.

Луковицы лилий, гиацинта, нарцисса и клуонелуковицы гладиолуса закладывали осенью на хранение при температуре*4°С для прохождения периода покоя. Цветоносы гиацинта срезали на стадии бу-

- ó -

тонизации б первых числах пая в день начала опыта.

У лилий для эксперимента использовали неповрежденные и непораженные вредителями и оолезнями наружные и внутренние луковичные чешуи. Фрагменты чешуй размером 8-10 мм для индукции морфогенеза помещали на основную питательную среду по прописи Му-расиге и Скуга iHurashige, Skoog. 1962). видоизмененную согласно рекомендациям Симмондса и Камминга (Simfflonds. Cummine. 1976). а также В.н.Румынина и н.Г.Слюсаренко 1 1989к Прооирки содержали в климакамере при температуре+22 -¿5 С и круглосуточном освещении интенсивностью ¿00-400 як. Сформировавшиеся в процессе регенерации на эксплантах луковички целиком или расчлененные на отдельные чешуи переносили на среду для размноаения i Румынии. Слюса-ренко. 1989). предварительно удалив апикальный и. частично, оа-зальный их участки, ¡lo мере ооразования новых луковичек материал пассировали на две разные среды: для размноаения и для укоренения i Румынии. Слшсаренко. 1989 ). Молодые укоренившиеся растения оез предварительного охлаждения или после 40-дневного периода покоя при температуре+4"С (.Murashige. Skoog, 1961. Uan Hartrijk. Blom - Barnhoorn. 1979. Stinart, Asher. 1981) высаживали в закрытый грунт в смесь: дерновая земля, листовая земля, торфокомпост. торф, цеолит в соотношении 1:1:1:1:2.

9 гиацинта в качестве зксплантов использовали, наряду с че-шуями i листьями низовой и срединной формации), цветоносы. Фрагменты чешуи и листьев размером 6-10 мм. диски цветоносов 0.7-0,8 мм толщиной помещали на специальную среду для индукции морфогенеза по прописи Хассей iHussey. 1980). Пробирки и чашки Петри содержали в климакамере при темлературе+16 С и круглосуточном освещении интенсивностью ¿000 лк.

Тронувшиеся в рост почки гладиолуса вычленяли с неоольшим участком осевой части материнской клуонелуковицы, помещали в стерильные чашки Петри и удаляли у них одну-две поврежденные во время стерилизации почечные чешуи, часть верхушки^и участок осевой части клубнелуковицы, снимая, тем самым, апикальное доминирование. Зкспланты высаживали на питательную среду для индукции морфогенеза по прописи Мурасиге и Скуга iMurashige. Skoog. 1962) и видоизмененную согласно рекомендациям В.й.Румынина с соавтора-

О

ми 11990). Прооирки содержали в климакамере при температуре+22-25°С, освещенности интенсивностью 600 лк и фотопериоде 16/ 8 ч. После образования многочисленных новых зачатков побегов их отде-

ляли от первичного экспланта, переносили на среду для укоренения (.Румынии и др.. iЭЭОJ и культивировали при температуре*18-20°С.

Диски цветоноса нарцисса 0.8-1 мм толщиной помешали, согласно рекомендациям Г.И.Выхристовой 11984) адаксиальной стороной на среду для индукции морфогенеза iHosoki, Asahira. i 98 О J в стерильные чашки Петри и содераали при температуре-»20-22°С. интенсивности освещенности, составлявшей 600 лк и фотопериоде 16/8 ч. После формирования на эксплантах луковичек их переносили на среду для размножения и для укоренения iHosokí. Hsahira. 1980).

При описании морфологической структуры вегетативных органов использовали оощепринятую в ботанике терминологию (.Федоров и др.. 1356. 1362). а процессов, протекающих при культивировании эксплантов in vitro - терминологии, предлоаеннчю Т.Б.Батыгиной •ЛЗЗО, 1991). Под термином "каллюс" мы. вслед за Н.П.Кренке 11328, 1950 ). Н.К.Веховым. М.П.Ильиным ( 1934). С.О.Гребинским (1961) и др.. понимаем ткань, ооразующ'уюся у растений на раневой поверхности в результате роста и деления всех живых клеток обна-яенных тканей, состоящую из тонкостенных паренхимных клеток. Лля морфологических и анатомических исследований материал фиксировали кандые 2-4 дня в этиловом спирте и растворе Карнуа i этанол, хлороформ, уксусная кислота в соотношении 6:3:1) с 6-10-ю кратной повторностьи. Анатомический анализ эксплантов проводили на временных и постоянных препаратах, изготовленных по общепринятой методике ^Прозина. I960) с использованием микроскопов МБР—1 и Polyvar, фотографирование - с фотонасадкой. Характер поверхности эксплантов луковичных чешуи L.regale и ранние этапы органогенеза исследовали при помощи сканирующего микроскопа Hitachi S-405A. В процессе выполнения раооты была сделана попытка уточнить гистологический состав васкулярных тяаей. а такае структуру отдельных их элементов. Для изучения ультраструктуры клеточных оболочек проводящих элементов на трансмиссионном микроскопе фрагменты эксплантов подготавливали по стандартной методике (Тапочка. Ча-мара. 1988: Гайер. 1974). просматривали с помощью микроскопа 3ео1 UEM-100B-2) и фотографировали.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗКСПЛАНТАХ ЛИСТЬЕВ НИЗОВОЙ И СРЕДИННОЙ ФОРМАЦИИ У ЛИЛИЙ И ГИАЦИНТА

Регенерация представляет собой сложный морфогенетический процесс, одним их первых этапов которого является заживление поврежденной поверхности. Ооразунщаяся из остатков разрушенных клеток и их содержимого пленка, а также относительно рано формирующаяся раневая проока предохраняют живые ткани от внешней инфекции и создают олагоприятную среду для проявления меристемати-ческой активности отдельных клеток.

Морфогенетические процессы в эксплантах листьев низовой и срединной формации у лилии и гиацинта протекают, в целом, сходным ооразом. Первые деления отмечаются спустя 1-2 недели после помещения их на питательную среду. Меристематическая активность сначала ограничена 1-3 суоэпидермиальными слоями клеток мезофилла преимущественно адаксиальной стороны экспланта. наиболее богатых питательными веществами и отличающихся спосооностью к де-дифференциации. Первые клеточные перегородки ориентированы всегда периклинально. а не по диагонали, как это отмечал Нейлор (Мау1ог. 194из. Однако, упорядоченность делений отностельно оыстро утрачивается, в результате чего под общей оболочкой инициальной клетки возникает группа мелких клеток с густым цитоп-лазматическим содержимым и четко различимыми ядрами - полиада. иоразование полиад не представляет собой исключительное явление. Так. согласно данным Е.А.Кондрать'вой-Мельвиль с 1956 > в молодом стеоле таоака под оболочкой одной инициали формируется группа элементов внутреннего луоа. Некоторые авторы 1$1еиаг(1 е1 а1, 1356) отмечают гетерогенность такой клеточной популяции и высказывают предположение, что образование очага дифференциации первоначально в виде компактного меристематического массива освобождает находящиеся в его центре клетки от избытка питательных веществ. В результате этого создаются определенные условия, ооеспечиванщие возможность для организованного роста. В ооль-шинстве случаев наолюдается лизис ооолочек полиад. приводящий к ооразованию единого массива меристематической ткани, из которого впоследствии дифференцируются многочисленные зачатки побегов. Реже отдельные полиады непосредственно становятся очагами дифференциации адвентивных почек.

Волна клеточных делений от поверхности постепенно распространяется вглуоь практически на все живые ткани экспланта. в результате чего формируются оощирные зоны меристемы, из которых в дальнейшем дифференцируются зачатки пооегов. а также разветвленная гидроцитная система 1Гидроцитные узлы и тяжи). Последняя, видимо, служит не столько для изъятия питательных веществ из среды, сколько для перераспределения имеющихся в самом экспланте энергопластических веиеств. направляя их в зоны активных новооо-разовательных процессов. Более подробное изучение морфогенети-ческих процессов, протекающих в луковичных чешчях L.regale показало. что формирование гидроцитных узлов может предшествовать дифференциации зачатков пооегов. или же они дифференцируются в основаниях узе сформировавшихся пооеговых конусов. Зачатки почек возникают в меристематической зоне эндогенно в результате ряда последовательных делений, нлексн пооегов выделяются своей мелко-клеточностью. При достижении почками ёмкости 1-2 метамера в их основании дифференцируется проводящая система, которая, посредством гидроцитных узлов и разветвленных гидроцитных тяжей соединяется с таковой чешуи.

Согласно Морелю iMorei. 1S?4). дедифференциация субзпидер-иальных и эпидермальных клеток - широко распространенное явление в сем.ИНасеае. Во всех исследованных нами случаях регенерации эпидерма, как правило, не принимает непосредственного участия в Формировании очагов меристемы. Ее клетки растягиваются по поверхности развивающихся суоэпидермально меристематических оугорков и время от времени делятся антиклинальными перегородками. Под давлением оыстро разрастающихся участков меристемы эпидерма разрывается. клетки ее отмирают и отшелушиваются. Единичные случаи Формирования меристематических зон эпидермального происхождения, отмеченные у L.longillorua и L.pardalinui. видимо, можно объяснить тем. что в качестве эксплантов оыли взяты участки базаль-ной части луковичных чешуй. где все ткани длительное время сохраняют спосооность к делению. Однако, такие очаги меристемы, в дальнейшем, как правило, не ооразуют апексы пооегов. Относительно слаоо выраженная регенерационная активность эпидермы обусловлена ее оолее ранней и глуоокой специализацией по сравнению с мезофиллом, оыстрой утратой спосооности клеток к возобновлению меристематической деятельности, а также отсутствием достаточного энергетического источника в виде запаса питательных веществ.

- 10 -

Зачатки корней закладываются эндогенно на стеблевой части придаточных почек, имеющих 2-4 листовых примордия. Одновременного развития зачатков придаточных почек и корней, на что указывал Л.Я.Йрвекюльг (1965) для листовых черенков гиацинта in vivo, в нашем эксперименте не наблюдалось. Зто. вероятно, связано с применением in vitro гормональных регуляторов роста. Для индукции кирнеооразования оыла использована модифицированная среда (Румынии. Слюсаренко. 1Ува; Чурикова и др.. 1591).

Проведенный сравнительный анализ результатов морфолого-ана-томического исследования морфогенеза in vitro позволил выявить и некоторые отличительные особенности как у отдельных видов лилий, так и ч гиацинта. 9 L.longiflorum и L.pardalinm в формировании несистематических очагов, наряду с счоэпидермальными клетками мезофилла. участвуют и эпидермальные. Зкспланты луковичных чевуй L.iormosanun и L.pardalinua характеризуются сравнительно ранней дифференциацией гид&цитных узлов - уяе на стадии полиад, что. видимо. определяет и оолее быстрое развитие адвентивных почек. Образование раневой прооки отмечено лишь у L.regale и L.candiduB. Не исключено, что у других видов формирование ее подавлено высокой активностью других морфогенетических процессов.

ннализ морфогенеза у исследованных нами видов лилий подтвердил данные некоторых авторов о оолыаей регенерационной активности внутренних чеичй луковицы по сравнению с нарукными iГлоба-Михайленко. 19Ó6). что определяется их химическим составом (высокий уровень растворимого азота и низкий - Сахаров) (Myodo. Kubo. 1952). Зто половение. видимо, такяе справедливо и для луковичных чевуй первого и второго годичных приростов луковицы гиацинта. Имея значительный запас питательных вечеств. они отличаются оолее высокой спосооностью к формированию de novo зачатков адвентивных побегов и корней по сравнению с ассимилируюпими листьями. Зто проявляется в количественных показателях.

Результаты сравнительного исследования регенерационных процессов in vitro свидетельствуют о том. что особенности морфогенеза в значительной степени ооусловлены природой органа, осуществляемыми им Функциями и в меньшей степени зависят от таксономической принадлежности ооъекта.

- 11 -

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ АНАЛИЗ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗКСПЛйНТйХ ЦВЕТОНОСОВ ГИАЦИНТА И НАРЦИССА

Морфогенетические процессы в эксплантах осевой природы iцветоносах) in vitro у гиацинта и нарцисса при большом сходстве об-нарчживают и некоторые отличия. Так. если у гиацинта на поврежденной поверхности дисков цветоноса образуется защитная пленка, то у нарцисса первой ответной реакцией зксплантов на поранение является формирование, наряду с ней. многочисленных длинных ¿-4-х клеточных трихом. Они развиваются на морфологически нижней стороне диска цветоноса, контактирующей с атмосферой культураль-ного сосуда, в результате гипертрофированного роста и деления аивнх оставшихся неповрежденными околораневых клеток. Образование таких же трихом и на эксплантах листьев у нарцисса при культивировании in vitro, видимо, можно рассматривать в качестве диагностического признака.

ннализируя особенности строения трихом можно предположить, что они несут определенную функциональную нагрузку. Оболочки могут ослизняться и. наоухая. впитывать влагу (Мирославов. 1374). Не исключено участие трихом в синтезе и транспорте продуктов секреции в окружающую атмосферу (Васильев. 1970). а также гормональное воздействие на клетки первичной коры и сердцевины, стимулирующее их дедифференциацию и последующие деления, на что указывал и Еиго iBigot. 1970J.

Способность к дедифференциации и восстановлению меристема-тической активности проявляют прежде всего клетки неповрежденных сдоэпидермальннх слоев первичной коры цветоноса гиацинта и нарцисса. На 7-10-й день культивирования они начинают делиться пе-риклинальными перегородками. Относительно быстро формируются по-лиады. ооразуюиие обвирные зоны меристемы. Клеточные деления постепенно распространяются вглубь экспланта. вовлекая в этот процесс внутренние слои первичной коры, а также клетки обкладок проводящих пучков (гиацинт) и сердцевины (нарцисс). Однако, ме-ристематические потенции клеток от периферии к центру цветоноса заметно уменьшаются.

В пределах периферической меристематической зоны эндогенно ооосооляются более мелкоклеточные группы, которые, впоследствии, дифференцируются в конуса побегов. Подстилающие их клетки, вы-

тягивасъ в радиальном направлении, как бы быносят зачатки почек за пределы экспланта. что осооенно ярко выравено у гиацинта. Б ряде случаев кеглеобразные клетки могут повторно делиться, образуя второй, внутренний ярус меристематических очагов. Однако дальнейвего развития из них зачатков почек, как правило, не происходит из-за апикального доминирования, наиоолее сильно проявляющегося у нарцисса oeaDrook. Cuming. 1976). а такае конкуренции за питательные вещества.

В эксплантах цветоноса нарцисса к концу первого месяца культивирования дифференцируется слоано разветвленная гидроцитная система. Развитие ее обычно предиествует образованию зачатков пооегов. pese гидроцитные узлы дифференцируются в основании уае сформировавшихся конусов пооегов.

У гиацинта отсутствует васкулярная связь между развивающимися de novo зачатками почек и тканями экспланта цветоноса. Это. видимо. связано с тем. что ко времени постановки эксперимента •.конец апреля-май) оольиая часть питательных веществ цветоноса оыла узе израсходована на формирование соцветия.

Неоольшим содержанием энергопластических веществ в эксплантах цветоноса гиацинта, слаоо развитой проводящей системой, а также низким уровнем эндогенного ауксина, видимо, можно ооъ-яснить подавление процесса корнеооразования даже спустя 3.5 месяца культивирования in vitro. Только перенос отделенных от эксплантов почек на среду для укоренения стимулирует заложение на их осях придаточных корней.

ОСОБЕННОСТИ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭКСПЛАНТАХ ПОЧЕК ГЛАДИОЛУСА

Для успевного проведения экспериментальных работ по изучению морфогенетических процессов in vitro важно знание особенностей структурной организации органов, фрагменты которых используются в качестве эксплантов. Встречающиеся в работах неточности при освещении строения и морфогенеза клубнелуковицы гладиолуса (Сысина. 1953: Федоров и др.. 1962: Кукувкин. 1984 и др.) побудили нас. исходя из анализа литературных данных (Седова. 195?: Андреева. 19?? и др.) и результатов собственных исследований, более подрооно остановиться на особенностях формирования аксиллярного комплекса и клуонелуковичек (детою. Первая клубне-

луковица осооей семенного происхождения многолетняя, до цветения нарастает моноподиально: клубнелуковицы последующих поколений развиваются по типу однолетних. Снаружи они покрыты пленчатыми основаниями подсохших низовых и срединных листьев. Почки возобновления формируются в пазухах двух самых крупных срединных листьев клубнелуковицы. Пазушные почки нижних чешуевидных листьев метаморфизируются в детки Андреева. 1977). По данным H.H. Сысиной 11953). они могут формироваться лиоо по одной, либо в числе нескольких, ооразуя в последнем случае структуру, получившую у автора довольно неудачное название "клубнепочечный мешочек". В действительности здесь мы имеем дело с метаморфизирован-ннми коллатеральными почками, возникающими в пределах протяженной зоны пазушной меристемы. В ней. наряду с основной крупной срединной почкой, закладываются дооавочные коллатеральные почки, служащие резервными органами возобновления и вегетативного размножения. Число их определяется Еозрастом особи, клубнелуковички и генотипом. Выбранный нами в качестве обьекта исследований сорт "Bixilend" отличается высокой способностью к образованию деток. Каждая клуонелуковичка состоит из первого удлиненного междоузлия бокового пооега - гипоподия и последующих ¿-3-х укороченных ме-тамеров с утолщенной осью. Отмеченные случаи срастания гипоподи-ев нескольких соседних клуонелуковичек на ранних стадиях.развития приводят к формированию фасциированных структур, удаляющих группы деток от оси материнской клубнелуковицы и выносящих их за пределы пазухи кроющего листа. Подооные случаи фасциации при множественном заложении луковиц в пределах аксиллярного комплекса" оыли описаны ранее у некоторых сортов тюльпана i Силина. Лани-лова. 1961).

Результаты проведенных нами экспериментов по культивированию почек с небольшим участком осевой части клубнелуковицы показали. что морфогенетические процессы in vitro протекают так же. как и in vivo, но отличаются более высокой интенсивностью. Через неделю после помещения эксплантов на питательную среду они увеличиваются в размерах. Становятся отчетливо заметными пазушные срединные почки двух супротивно расположенных аксиллярных комплексов. Наряду с последующим их ростом и развитием происходит множественое заложение добавочных почек, которые, в свою очередь. претерпевают внутрипочечное ветвление, приводящее к формированию новых коллатеральных почек возрастающих порядков. В ре-

зультате этих процессов образуется сложный аксиллярный комплекс. Внутри него зачатки многочисленных почек отличаются разной степенью дифференциации. Почки, как и формирующиеся из них клубне-луковички. соединяются мевду сооой посредством обычных проводящих элементов. Образования гидроцитной системы при этом не наблюдается.

В процессе регенерации происходит интенсивный рост и развитие уже имеющихся зачатков пазушных срединных и дооавочных почек, оольшая часть которых при обычных условиях остается спящими (.нндреева. 197?), и множественное заложение новых. Наблюдаемая активизация деятельности клеток пазушной меристемы является ре-зультом удаления верхушки материнской почки и низкого содержания в среде цитокининов.

Придаточные корни закладываются на осях клуонелуковичек через 14-27 дней после переноса на среду для укоренения. Полученные регенеранты. высаженные в открытый грунт весной, зацветают значительно раньше i через 6 месяцев), чем растения, выращенные in vivo.

НЕКОТОРЫЕ НСПЕКТЫ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ВАСКШРНОЙ СИСТЕМЫ В ЗКСПЛйНТнХ in vitro

Характерной особенностью гистологической дифференциации в эксплантах листьев и цветоносов, культивируемых in vitro является развитие гидроцитной системы (.гидроцитных узлов и тяаей). Посредством ее осуществляется перераспределение различных энергопластических веществ и гормональных регуляторов роста iRud-nicki. Nouak. 1376). проведение их в очаги меристематической активности клеток. Более мощно она развита в запасающих луковичных чешуях у лилий и гиацинта. В дальнейшем к ней непосредственно присоединяется проводящая система возникающих de novo адвентивных почек, обеспечивая их питание на начальных стадиях развития до перехода к самостоятельному существованию.

Дифференциация гидроцитной системы - один из широкораспространенных морфогенетических процессов при регенерации. Однако, до сих пор недостаточно хорошо изучены гистологический состав и струтура элементов, осуществляющих симпластный танспорт. Нами была предпринята попытка уточнить с помощью светового и транс-

миссионного электронного микроскопов особенности развития и структуры гидроцитной системы на примере цветоноса нарцисса.

Проводящие элементы образуются из проваскулярных тяжей, которые возникают в результате нескольких последовательных параллельных делений рядом расположенных паренхимных клеток внутренних слоев первичной коры и сердцевины.

бодопроводящие элементы гидроцитных узлов и гидроцитных тяжей (.спиральные и лестничные гидроциты) отличаются от трахеаль-ных элементов листа и стебля меньшими размерами I короткие и широкие). наличием ядер, живого цитоплазматического содержимого.

Электронно-микроскопические исследования показали присутствие в гидроцитной системе, наряду с гидроцитами и активно функционирующих флозмных элементов '.ситовидных трубок с клетками-спутницами). участвующих в симпластном транспорте растворов питательных веществ, о чем свидетельствует и их микроструктура. Узкие и относительно короткие членики ситовидных трубок имеют простые полностью сформированные ситовидные пластинки, пронизанные плазмодесмами. с отверстиями, выстланными небольшим количеством каллозы и содержат мелкие пластиды. В единичных случаях можно оыло наблюдать плазмодесмы и в боковых стенках члеников ситовидных трубок.

й целом, спектр проводящих элементов в культуре тканей значительно уже. чем в растительном организме, что было отмечено Р.Г.Б'угенко (19?5). Функциональная нагрузка водопроводах элементов здесь невелика, что и объясняет их относительно невысокий уровень специализации. .Дифференциация же высокоспецилизированных флоэмных элементов ».ситовидные трубки с клетками-спутницами), видимо, ооусловлена важной ролью энергопластических веществ в обеспечении успешного хода процесса регенерации.

Итак, анализ морфогенетических процессов в эксплантах отдельных частей пооега - луковичных чешуй. представленных листьями низовой и срединной формации, а также безлистного цветоноса - у исследованных лилий, гиацинта, нарцисса выявил наличие ряда оощих черт.

Регенерация не сопровождается каллюсобразованием. В качестве первой ответной реакции на поранение является образование защитной пленки или раневой пробки. Дедифференциация затрагивает прежде всего клетки суоэпидермального слоя мезофилла или первичной коры. Здесь в результате интенсивных делений развиваются об-

Обширные меристематические зоны, в которых, ооычно эндогенно, дифференцируются зачатки адвентивных почек. Образование конусов пооегов. как правило, сопровождается формированием "гидроцитной системы", более мощно развитой в эксплантах листовой природы.

Зачатки придаточных корней появляются на осевой части почек обычно при переносе последних на среду, индуцирующую их развитие. Таким образом, морфогенез протекает, следуя терминологии Т.Б.Батыгиной 11930. 1991^по типу гемморизогенеза.

Своеобразной ответной реакцией эксплантов нарцисса на хирургическое вмешательство, наряду с образованием защитной пленки, является развитие трихом, видимо, принимающих участие в метаболических процессах. Однако это предположение нуждается в дальнейшем специальном исследовании.

9 гладиолуса морфогенетическая реакция in vitro, отличная от лилий, гиацинта и нарцисса, обусловлена реализацией уже имеющейся в эксплантах почек протяженной зоны пазушной меристемы.

Сходство регенерационной способности тканей различных частей побега, обусловленное тем. что большинство их имеет общее происхождение. может служить дополнительным аргументом в пользу существующего представления о нем как о целостной системе.

выводи

1. Нами установлено, что морфогенетические процессы в ходе регенерации in vitro в эксплантах листовой, осевой и пооеговой природы у шести исследованных видов лилий, гиацинта, нарцисса и гладиолуса происходят, в соответствии с терминологией Т.Б.Батыгиной (.1990. 1991 J,no типу гемморизогенеза. При этом формирование пооегов предшествует заложению придаточных корней.

2. В образование очагов меристемы в эксплантах как листо-еой. так и осевой природы могут вовлекаться практически все живые ткани. Эпидерма, как правило, не принимает непосредственного участия в этом процессе, что. видимо, обусловлено более ранней и глуоокой ее специализацией.

3. Наибольшими регенерационными потенциями характеризуются один-три субэпидермальных слоя активно фотосинтезирующих. богатых питательными веществами клеток, которые способны к дедиффе-ренциации и перехбду в меристематическое состояние.

4. Незначительные различия в морфогенетической реакции in

vitro обусловлены в значительной степени морфологической природой органа - источника эксплантов. его функциональной нагрузкой и в меньшей степени зависят от таксономической принадлежности оогекта. Выявленное сходство в характере первых клеточных делений и развивающихся впоследствии структур в эксплантах как листьев, так и стеоля у всех исследованных растений подтверждает взгляд на пооег как на целостную систему, регенерация которой совершается по единому плану.

5. Своеобразные трихомы, возникающие на раневой поверхности эксплантов цветоноса у нарцисса, видимо, принимают участие в ме-таоолических процессах.

6. Формирование разветвленной "гидроцитной" системы в эксплантах разной морфологической природы обеспечивает перераспределение и мооилизацию энергопластических и оиологически активных веществ, содержащихся, в первую очередь, в самих эксплантах. а также в питательной среде, неооходимых для реализации дифференцирующихся de novo зачатков пооегов и корней.

"Гидроцитная" система представляет сложную васкулярную систему, включающую, наряду со спиральными и лестничными гидро-цитами. ситовидные труоки с клетками-спутницами.

?. Йорфогенетические процессы in vitro в эксплантах гладиолуса мало отличаются от закономерностей дифференциации, свойственных им in vivo, что ооусловлено сложной морфологической природой экспланта точки к При этом наолюдается активизация деятельности пазушной меристемы, сопровождающаяся более интенсивным множественным заложением многократно ветвящихся коллатеральных почек.

По материалам диссертации опуоликованы следующие работы:

i. Чурикова Ü.H.. Румынии Б.Н.. Барыкина Р.П.. Слюсаренко й.Г. Некоторые особенности морфогенеза in vitro при масс-кло-нальном размножении лилий // Бил. ГБС АН СССР. - 1991. - Вып.159. - С.43-49.

¿. Чурикова ü.ri.. Румынии В.Й.. Барыкина Р.П.. Слюсаренко й.Г.йорфогенетические процессы в луковичных чешуях некоторых видов лилий при масс-клональном размножении // Бюл. ГБС АН СССР (в печати).

3. Чурикова O.fl. Некоторые особенности размножения гиацинта

in vitro // Тр. IU Молодежи, конф. ботаников Санкт-Петербурга, май 1992. БИН РАН.- С.-П.. 1992 (в печати).

4. Чурикова О.н. Морфогенетические аспекты масс-клонального размножения гиацинта «.в печати).