Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфогенез при регенерации тканей ствола березы повислой

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Морфогенез при регенерации тканей ствола березы повислой"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

\

На правах рукописи

НОВИЦКАЯ ЛЮДМИЛА ЛЮДВИГОВНА

МОРФОГЕНЕЗ ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ СТВОЛА БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ

03.00.05 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ЛЕНИНГРАД 1990

Работа выполнена в лаборатории цитологии, генетики и селекции древесных растений Института леса Карельского научного центра АН СССР

Научные руководители: Заслуженный деятель науки КАССР,

доцент, кандидат биологических наук Л.Д.МУЗАЛЕВА

Заслуженный деятель науки КАССР, старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук

В.И .ЕРМАКОВ

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Е.С.ЧАВЧАВАДЗЕ,

доцент, кандидат биолог ических кзук Г.М.БОРИСОВСКАЯ

Ведущее учреждение: Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова.

Защита состоится ..!./?...\.. 1990 года

в /..■?.. час. на заседании специализированного совета Д.063. 57.20 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Ленинградском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственном университете по адресу:. 199034, гЛенинград, Университетская наб., 7/9, Биолого-почвенный факультет ЛГУ.

С диссертацией . можно ознакомиться в библиотеке ЛГУ (Ленинград, Университетская, наб., 7/9).

Автореферат разослан "гС" :.- 1990 года

Ученый секретарь

специализированного совета Д.067.57.20 кандидат биологических наук

В.Н.Никитина

ВВЭДНЙЕ

Актуальность исследования. Человек издавна использует регенерации растений в своих практических целях. И в настоящее время исследования в этой области представляют интерес для практики растениеводства, плодоводства, лесоводства и зеленого строительства. Далеко не последнее место здесь занимает изучение разных аспектов закивления ран после тех или иных повреждений. С другой стороны явление регенерации представляет большой теоретический интерес, поскольку разнообразные формы регенерации служат прекрасными подельники системами для изучения механизмов морфогенеза.

Проблемы, связанные с морфогенезом клеток и тканей высших растений, образованных в результате деятельности камбия, всегда привлекали внимание ботаников. Одним из перспективных в этой области является исследование аномального ксиле-мо- и флозмогенёза, которые имеют место у некоторых древесных пород, обладавших высокодекоративной текстурой древесины. На Северо-Западе СССР к таким древесным породам относится карельская береза. Большинство исследователей на сегодняшний день сходятся в том, что карельская береза является наследственной разновидностью или формой березы повислой ( Ве.'би&ъ ¿>^£¿¿¿^2. Относитель-

но механизма формирования аномальной узорчатой древесины березы карельской у специалистов до сих пор нет единого мнения, хотя многие авторы связывают этот процесс с нарушениями камбиальной деятельности (Яковлев, 1949; Любагская, 1969, 1978; Ермаков, 1986; и др.) или дане отмиранием отдельных участков камбия (Алексеева, 1962; Дрейман, 1574).

Как известно, для расшифровки механизмов каких-либо процессов часто оказывается необходимым использование различных экспериментальных подходов. Что касается аномального морфогенеза, то в связи со всем вние сказанным интересными представляются исследования, основанные на определенных искусственно зазванных нарушениях работы камбия у березы повислой С&е.£иЛа, ^¿.^¿¿¿¿¿я Ло£/5), не обладавшей узорчатой текстурой древесины. Примером подобного рода целенаправленного воздействия является искусственное удаление камбиального слоя вместе с корой при отделении участка коры от древесины в период интенсивного роста ствола по диаметру.

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключалась в изучении структурно-функционалышх особенностей клеток и тканей, формирупщихся в очаге .поранения на стволе березы повислой, начиная с первых этапов регенерации вплоть до восстановления целостности вторичного проводящего цилиндра ствола. В задачи исследования входило установление сроков начала пролиферации клеток на обнаженной в результате удаления коры поверхности древесины; изучение интенсивности каллусогепезс. в раневой впадине; изучение дифференциации каллуса и заложения в нем латеральных меристем; выявление особенностей распространения феллогена и камбия в каллусной ткани; проведение сравнительного анатоио-морфолсгического анализа нормальных и раневых тканей ствола березы повислой; получение физиологической характеристики некоторых этапов заживления раны.

Научная новизна. Еперзые проведены комплексные анатомо-фкзиологпческие исследования последовательных этапов морфоге-нетических процессов при регенерации тканей ствола в очаге

поранения, возникшем в результате искусственного удаления участка корн. На представителях рода Be-i^S-a* подобные исследования ранее не проводились ни в нашей стране ни за рубеноц.

Практическая значимость. Заявленные сроки и особенности прохождения отдельных этапов регенерационных процессов на стволах березн повислой используются при проведении опытно-производственных испытаний способа трансплантации коры карельской березы на березу повислую, разработанного з лаборатории цитологии, генетики и селекции древесных растений Института лоса Карельского филиала АН СССР под руководство!! В.И.Ермакова и защищенного авторский свидетельством на изобретение. Данные, полученные в результате изучения морфогене-тических процессов в очаге поранения на стволах березн повислой могут, такие, внести определенный вклад в познание механизма формирования узорчатой аномальной древесины карельской березн.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1985); XXII сессии Комиссии им. Л.А. Иванова по анатомии, физиологии и экологии лесных растений (Всесоюзное Ботаническое общество) (Ленинград, ISB6); XI Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Якутск, 1986); III Всесоюзной конференции "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений" (Петрозаводск, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликованы две статьи и 3 тезисов докладов.

Объем работа. . Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов. Общий объем работы 190 страниц, включая 14 таблиц, 83 рисунка и список литературы (193 названия, из них 90 иностранных).

Материал и методы исследования. Объектом исследования являлась береза повислая (be-iu^Lx. /эею/иЛа /¿-¿>¿3 или

), обладающая обычной слабо-выраженной текстурой древесины. Изучение заживления стволовых ран проводили в естественных условиях произрастания березы. Для эксперимента отбирали хорошо растущие, неугнетенные деревья в возрасте 15-20 лет. На высоте 1,3 и от земли прививочным ножом делали Ч глубоких, проникающих в древесину надреза в виде квадрата со стороной 2,5 см. Осторожно удаляли вырезанный участок коры и плотно обматызали ствол в зоне поранения водонепроницаемой прозрачной липкой лентой, таким образом предохраняя обнаженные ткани ствола от высыхания.

Учитывая результаты предварительных опытов 1982 года и принимая во внимание погодные условия, в 1983 году массовые эксперименты были залояенн в конце июня на 250 деревьях. В зависимости от поставленных задач фиксация материала, проводилась в различной динамике.

Фиксацию материала для микроскопических исследований проводили 3%-ши раствором глутаральдегида (б час.) с последующей дофиксацией 1%-нни раствором четырехокиси осмия (13 час.). Фиксированный материал заливали в эпон и исследовали под световым и электронным микроскопами.

Срезы толщиной 1,5-2,0 мкы для сзетооптичесного изуче-

кия изготавливали на ультратоиах УМТП-2 и ¿KB-III и окрашивали растворами сафранина и метиленового синего. Хорошие результаты были получены после деойного окрашивания (I% раствор метиленового синего в 1% растворе бури + 1% раствор азура II и насыщенный раствор кристаллического фиолетового) по методике А.-П.Сильвере и др. (1978)

Часть наблюдений проводили на нефиксированном материале. Б данном случае срезы готовили от руки или на замораживавшем микротоме PzlgomoSli.

Всего для светооптического изучения было приготовлено около 8С0 препаратов и отснято примерно IOCO негативов. . Препараты исследовали с помощью микроскопов J}rr>plLra¿ и //¿/-22. Фотографирование срезов проводили с использованием микрофотовасадки mf matlc.

Для электронномикроскопического изучения делали серии срезов на ультратоиах ¿JCB-III и 15В-1У. Изучение и фотографирование ультратонкях срезов осуществляли с помощью электронного микроскопа 7cdZa- &5-6I3. Всего получено 150 электронных микрофотографий.

Поверхность каллуса изучали с помощью стереоскопического микроскопа 1ГБС-9 с фотонасадкой и электронного сканирующего микроскопа Te&ia &S-300.

Гистохимическое определение рН проводили с использованием универсального индикатора, для получения которого смешивали 2 объема 0,02^ метилового красного,' два объема 0,0*$ бром-тимолового синего и один объем 0,02% фенолового красного.

Мацерадив ткани для подсчета числа клеток каллуса про-

водили в снеси % ^О^О^ и 5% НСКв течение 8 часов. Количество клеток подсчитывали в гемоцитометре с сеткой Фукс-Розенталя (Чернавина, Потапов и др., 1978).

Оводненность каллуса определялась высушиванием до постоянного веса при температуре Ю5°С.

Фиксации материала для физиологического анализа осуществляли текучим паром в течение 30 мин. Количественное определение разных форм углеводов проводили по методу Н.И. Ястрембовича и Ф Л.Калинина (1962) в модификации Г.й.Софро-новой, Г.И.Трубино и др. (1978). Общий азот определяли микрометодом Къельдаля в модификации В.Т.Куркаева (1959), белковый - по Барнштейну (Ермаков, Смирнова-Иконникова, 1952). Небелковый азот находили по разности мегду общим и белковым азотом. Калий определяли фотометрически.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обобщая представленные в настоящей главе литературные данные, следует отметить, что вопроси регенерации повреяден-ных тканей ствола древесных растений привлекав! больное внимание исследователей. Причем многие работы имеют практическую направленность, что указывает на ванное место, которое занимает данная проблема в хозяйственной деятельности человека. Изучение влияния на скорость зарастания стволовых ран разнообразных факторов продемонстрировало широкую амплитуду колебаний этого показателя в зависимости от характера повреждения, условий внешней среды, физиологического состояния растения, его генетически обусловленной регенерационной способности и т.д.

Что касается анатомо-цитологических особенностей обра-

зувщихся в очаге поранения тканей, то имевшиеся в литературе данные ограничены небольшим количеством исследованных видов и, очевидно, далеко не в полном объеме отражают возможные здесь структурные модификации. Основные исследования в этом направлении проводились за рубежом на видах древесных растений, сильно отличавдихся по своей природе от видов, произрастающих в наших почвенно-климатических условиях. Мы не встретили работ, в которых с использованием современных микроскопических методов и данных физиологического анализа были бы рассмотрены все последовательные этапы морфогенеза (пролиферация клеток на раневой поверхности - каллусогенез - гистогенез проводящей системы - восстановление функциональной целостности органа) при заживлении ран на искусственно лишенных коры участках ствола, древесных растений. На березе подобные исследования до настоящего времени вообще не проводились.

Глава III. КАЛЛУСОГЕНЕЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ ШРФОГЕНЕТИ-

ЧЕСЙОГО ПОТЕНЦИАЛА РАНЕВОГО КАЛЛУСА Раздел I. Формирование каллуса на раневой поверхности Массовые эксперименты по регенерации тканей ствола березы, были заложены в период активного функционирования камбия (конец июня). Изучение обнаженных в результате удаления коры поверхностей показало, что разделение тканей коры и древесины произошло по зоне материнских клеток ксилемы и, следовательно, камбий оказался удаленным вместе с корой.

Первые признаки изменения морфогенетического ландшафта в очаге поранения были отмечены через 52-59 часов после удаления коры и являли собой начало формирования первичного каллуса. Шявлены различия по форме проявления активности луче-

вих и веретеновидных кспленных производных камбия: лучевые производные шарообразно разрастались над раневой поверхностью древесины без предварительных делений, тогда как веретеновид-ные клетки поначалу делились поперечными и антиклинальными перегородками и только после этого образовывали холмообразные вздутия над раневой поверхностью. Основная масса каллус-ной ткани формировалась в результате активной пролиферации клеток первичного каллуса, происходящих от лучевых производных камбия.

Продолжительность периодов роста каллуса мы определяли по колебаниям процентного содержания сухого вещества, а также путем подсчета количества клеток в 100 мг сырой массы каллуса в трехдневной динамике, начиная с 7х суток после поранения, т.е. по окончании формирования первичного каллуса.

Проведенные исследования показали, что в ходе развития раневого каллуса» образованного в очаге поранения на стволе березы в наших экспериментах, иокно выделить те же три основные фазы роста, которые характеризуют цикл развития каллусов, культивируемых Ln vcita : лаг-фазу и фазы экспоненциального и стационарного роста. К лаг-фазе следует отнести первые двое-трое суток после удаления коры, предшествующие разрастанию клеток на обнаженной поверхности древесины. Фаза экспоненциального роста включала период с 4х по 14е сутки, когда рост каллуса происходил главным образом за счет деления клеток. Фаза стационарного роста охватывала короткий отрезок времени с 15х по 17е сутки, когда основная масса клеток каллуса находилась на разных стадиях растяжения и дифференцировки. И, наконец, после 17х суток в каллусе вновь происходила активизация клеточных делений. Уинроскошгческий анализ показал,

что в зто время здесь начиналось заложение латеральных меристем - феллогена и камбия. Полученные данные были подтвер-здены результатами определения в раневом каллусе количественного содержания разных форм углеводов и азотистых соединений (Глава У).

Раздел 2. Дифференцировка раневого каллуса

Среди активно делящихся и растущих клеток каллуса была выявлена ранняя дифференцировка каллусной паренхимы. Это было сделано путем определения рН клеток. Нак известно, .особенно большие изменения общего рН клетки происходят при ее переходе от мер::стематического состояния к дифференцированному, что, по-видимому, объясняется увеличением вакуолярно-плазмен-ного отношения (Гэлстон и др., 1983).

В течение 10-12 суток после поранения рН всех каллусннх клеток был близок к нейтральному, что согласуется с неристе-матическим характером активно делящихся клеток. Первые признаки изменения рН клеток каллуса были обнаружены через 10-13 суток после удаления коры: некоторые клетки имели розовое окрашивание, что' по цветной шкале используемого индикатора рН соответствовало рН 4,5-5,0.

В процессе дифференциации каллусной паренхимы в ее клетках появлялась крупная центральная вакуоль, в которой в виде капель накапливались фенольные включения (танины). Все это зело к сильному понижению рН клеток, который в дифференцированной каллусной паренхиме березы колебался в пределах 3,54,5. Такие значения рН каллусных клеток были отмечены на 1820 сутки после поранения.

Появление дифференцированной каллусной паренхимы сввде-

тельствовало о достижении клетками определенного возрастного состояния и, естественно, что сначала такие клетки появлялись главный образом в онтогенестически более старых слоях каллуса. Обращает на себя внимание тот факт, что эти клетки являлись продолжением радиальных лучей древесины. Данные микроскопического анализа указывают на значительное сходство структурной организации данных кадлусннх клеток и клеток радиальных.лучей вблизи поверхности древесины.

О заложении в каллусе феллогена и камбия ми судили по появлению характерных меристематических зон и дифференциации специфических производных. Зона заложения феллогена проходила в подповерхностных слоях каллуса. Камбий закладывался на 3-4 слоя клеток выше раневой поверхности древесины. На основании изучения серии срезов, сделанных на разном расстоянии от краев раны, было установлено, что заложение латеральных меристем в каллусе начиналось по периферии очага поранения и постепенно распространялось в центростремительном направлении. Поскольку по краям раны каллус находится в непосредственное контакте с неповрежденными и нормально функционирующими тканями ствола, то, очевидно, есть основания предположить, что при регенерации меристем дедифференцировка каллусных клеток и возвращение их к меристематическому недифференцированному состоянию происходила путем гомеогенетической индукции со стороны уже существующих инициадей феллогена к камбия ствола.

Раздел 3. Гистогенез в очаге поранения

Поскольку "продвижение" меристем в каллусе от периферии раны к центру занимало определенный промежуток времени, то перед тем, как происходило их с?шкание, по периферии раны уже

футпщионировайй ранее сформированные феллоген и камбий. Поэтому материал, взятый на разном расстоянии от краев раны, дает возможность изучать как дифференциацию меристем, так и результаты их активности.

На срезах, сделанных из средней части раневого"окошка" видно,что в раневой впадине уже имеется.хорошо развитый слой перидермы, а заложение камбия находится на самых ранних этапах. Эти данные говорят о том, что феллоген дифференцируется значительно быстрее по сравнению о камбием.

Наряду со сплошным слоем феллогена, формирующего наружную перидерму, мы наблюдали отдельные очаги перидермы во внутренних слоях каллусной ткани. На поперечном сечении они обычно выглядят как сферические или полусферические образования, для которых характерно отложение феллемы внутрь очага, а фел-лодермы - наружу. Сферические очаги перидермы встречаются в средних слоях раневого каллуса и располагаются между наружной перидераой и вновь сформированным камбием. Полусферические очаги мы наблюдали в самых внутренних слоях каллуса возле раневой поверхности древесины. Они имели место как в тех зонах каллусной ткани, где еще не было признаков заложения камбия, так и непосредственно под формирующейся камбиальной зоной.

Изучение сериш последовательных тангентальных срезов через всю толщу раневого каллуса показало, что в некоторых местах наружная перидерма, повторяя сложные очертания выемчатой поверхности каллуса, делает глубокие мешковидные или многолопастнне впячивания с тоннелевидными углублениями внутрь каллусной ткани, которые на поперечном сечении имеют вид изолированных очаговых образований. Поэтому многие сферические очаги перидермы следует, по-видимому, рассматривать

как неотъемлемую часть сложных инвагинаций поверхностной перидермы. В то ке время, учитывая рыхлую структуру раневого каллуса нельзя исключить возможность самостоятельного возникновения перидермальных очагов, не связанных с наружными покровными тканями и окрунаэдих изолированные полости в толие каллусной ткани. Ейзможность эндогенного заронденяя очагов перидермы внутри раневого каллуса находит подтверждение и в факте существования полусферических меристеаатических зон, формирующих феллему и феллодерму в самых внутренних слоях каллуса возле раневой поверхности древесины. Своим широким основанием они как бы опираются"на древесину, куполообразно возвышаясь вглубь каллуса. Полная изолированность этих образований от наруяной перидермы не вызывает сомнений.

Злектронномикроскопический анализ показал, что у.сжду поверхностным слоем перидермы и зоной залояекия камбия каллус-ная ткань неоднородна, в ней среди дифференцированной каллусной паренхима встречаются ситовидные трубки с сопровождающими клетками, образующие несвязанные мезду собой островки лептома. Разобщенностью очагов флоэмы, очевидно, объясняется существенная особенность ультраструктурн сопровождающих меток, которая заключается в накоплении их хлоропластами больших количеств крахмальных зерен. Это свидетельствует о нарушении оттока ассимплятов в ситовидные трубки, что, в сео» очередь, косвенно указывает на отсутствие транспорта углеводов через проводящие элементы острсвков флоэмы.

Хэксон и Эдельман {Напдлп, ,1970) на каллусе

моркови показал;;, что залояение в недифференцированной каллусной ткг.нл элементов лептома происходило в ответ на выработку сахарозы в процессе начавшегося фотосинтеза.

Дифференциация хлорофиллонссной паренхимы в верхней трети толщи слоя каллуса была нами отмечена через 2,5 недели после удаления коры. В это же время, согласно данным физиологического анализа в каллусе резко подскочил уровень сахарозы. Таким образом, возможно, что именно накопление фотосн-нтетической сахарозы послужило сигналом для формирования очагоз флоэмы в ранезом каллусе в наших экспериментах.

На поперечных светооптических срезах хорошо просматривается волнистость камбиальной зоны, которая обычно не выходила за пределы нигней трети каллуса и располагалась между бывзей.раневой поверхностью древесины и островками флоэмы з 'средних слоях каллусной ткани. В раневом камбии сильно нарушено соотношение веретеновидяых и лучевых инициален з сторону увеличения количества последних. Значительно отличаится от норш их размеры.л форма, что оказывает соответствующее влияние на размеры и форму камбиальных производных. Самые начальные этапы активности раневого камбия характеризуется преимущественным отложением производных з сторону флоэмы. По мере нормализации его деятельности это соотношение меняется в сторону ксилемы.

Глава 1У. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАТШИЧЗСКЙ! АНАЛИЗ НОРМАЛЬНЫХ И ШЕШ ТКАНЕЙ ДРЕЕЕСИНЫ И КОРЫ БЕРЕЗЫ 1ЮБИСЛ0Й Раздел I. Строение нормальной и раневой древесины В результате проведенных исследований установлено, что анатомическое строение проводящих и покровных тканей, образованных к концу вегетационного периода (фиксация материала проводилась 30.08.83) з результате деятельности раневого камбия и феллогена, характеризуется существенными особенностями

по сравнению с неповрсгденниии тканями ствола.

Полученные нами данные по анатомическому строению нормальной древесины березы повислой согласуются с результатами исследований других авторов СНаМ, 1952; Вихров, 1959; Алексеева, 1964; Гроздова, 1965; Барильская, 1977, 1979; и др.). Что касается раневых тканей, то микроскопический анализ показал, что древесину в области зарастающей раны на по. перечном сечении можно разделить на 3 зоны: нижнюю зону, имеющую обычное для древесины березы строение и сформированную до поранения в результате деятельности неповрежденного камбия; среднюю, разделительную зону, характеризующуюся подавляющим преобладанием паренхимных элементов над всеми остальными и периферическую зону, расположенную между слоем паренхимы и восстановленным камбием и сформированную полностью в результате его деятельности.

Изучение поперечных, радиальных и тангентальных сечений средней разделительной зоны позволило установить происхождение составляющих ее паренхимных элементов; Часть из них произошла от веретеновидных материнских клеток ксилемы, оказавшихся после удаления коры на/или вблизи поверхности повреждения. В результате изменившихся условий основная масса веретеновидных элементов дифференцировалась в клетки древесинной паренхимы. В формировании слоя паренхимы приняли участие гипертрофированные клетки радиальных лучей, а также клетки каллусной ткани, образованные путем пролиферации лучевых материнских клеток ксилемы на первых этапах заживления раны и впоследствии отторгнутые от остальной массы каллуса восстановленный камбием и его ксилемными производными.

Мегду сдоем скопления паренхимы и камбием находится зона послераневого прироста древесины (периферическая зона). При относительно нормальном количестве древесинных волокон соотношение структурных элементов этой зоны по сравнении с нормальной древесиной заметно изменяется в сторону усиления степени паренхиматизадии и уменьиения числа сосудов.

Большой интерес предетавляпт тангентальнне срезы раневой древесины, так как именно здесь в наиболее ярко выраженной форме проявляется специфический аномальный характер расположения ее структурных элементов. В отличие от древесины неповрежденной части ствола, для которой характерна упорядоченная вертнкально-тяжевая ориентация-волокнистых элементов и члеников сосудов, раневая древесина обладает нерегулярным свилеватый строением. Ее осевые элементы ицест неправильна изогнутую форму и вследствие неупорядоченного расположения образуют на тангентальном срезе причудливый еолнистый узор. Помимо изогнутой формы (угол изгиба многих волокон равен или даже прешэает 90°) и укороченных размеров для волокон и сосудов раневой древесины характерны и другие типы структурных модификаций. Окончания некоторых волокон, например, вместо заостренных могут быть округлыми, тупыми, иногда раздвоенными. Возрастает количество пор на единицу площади их оболочек. Если у волокнистых трахеид нормальной древесины поры в поперечной плоскости сечения встречаются редко, то у некоторых волокнистых трахеид раневой древесины на поперечных срезах насчитывается по 3-4 окаймленные поры,

В зоне послераневого прироста древесины существенно возрастает количество лучевой и аксиальной паренхимы. На поперечном сечении ширина лучей варьирует от I до 10 и более

клеток. Лучи гетерогенные, образованы лежачими, квадратными и стоячими пареяхимными клетками. Типы встречающихся лучей можно также охарактеризовать как 1-Зх-рядные, сближенные, агрегатные и иирокие. Однако такое подразделение является довольно условным и более или менее четко прослеживается на поперечных срезах, тсгда как на тангентальнол сечении эти лучи представляют собой скопления паренхимы неправильной формы, которые сложным образом анастомозируют менду собой.

Аксиальная парен >: та а в раневой древесине по сравнению с нормой более обильная, однако характер ее распределения остается прежним - вертикальная паренхима здесь диффузная, терминальная и метатрахеальная.

Раздел 2. Строение нормальной и раневой кори березы повислой

Микроскопический анализ раневой коры показал, что в ней Mos.no выделить три зоны: покровный слой перидермы, сформированной в результате деятельности раневого феллогена, под ним довольно мощный слой коровой паренхимы, дифференцированной из клеток каллуса, и зону флоэмы, образованной в результате деятельности раневого камбия.

В отличие от обычной феллемы березы, в которой наблюдается чередование слоев тонкостенных и толстостенных клеток, раневая феллема в основном состоит из радиальных рядов толстостенных клеток. Между толстостенными клетками в отдельных участках феллемы встречаются включения тонкостенных клеток, которые никогда не образуют сплошного слоя. По сравнению с обычной феллемой толстостенные клетки здесь примерно в два раза короче и имеют более широкие просветы.

Раневая флоэма характеризуется высокой степенью парен-химатизации, которая, с одной стороны, связана с увеличением числа лучей л количества составляющих их клеток, а с другой стороны, является результатом дифференциации фшоэмных производных камбия преимущественно в клетки тяжевой паренхимы. Количество проводящих элементов флоэкн, представленных ситовидными трубками с сопровождающими клетками, значительно меньше по сравнению с флоэмой нормальной коры березы. Ситовидные трубки примерно в два раза короче, по сравнению с нормой, и часто изогнуты под различными углами к тангентальной оси, что обусловлено аномальным строением раневого камбия, откладывающего эти элементы.

В отличие от нормальной коры березы, где склерификация пареяхкмннх клеток луба наблюдается на год после их образования, в раневой коре была отмечена ранняя склерификация флоэмной паренхимы. Склереидн в данном случае встречались как в'непосредственной близости от камбиальной зоны, так и в некотором удалении от нее. Несмотря на разнообразную форту всех их можно отнести либо я брахисклереидам, либо к макросклере идам.

Глава У. ФШЮ'ЛОГИЧЕСКИЗ ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ ПРИ ЗАЕИВШИИ ?®ШИЧЕСШ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА СТВОЛАХ БЕРЕЗЫ 1ЮВИСЛОЙ Изучение в каллусе разного возраста количественного содержания отдельных фракций углеводов (глюкоза, фруктоза, сахароза, трудногидролизуемые олигосахара, крахмал, лабильные и стабильные гемицеллюлозы, целлюлоза) и азотистых соединений (общий, белковый и небелковый азот) позволило установить

их значительные колебания в связи со сиеной фаз роста и развития раневого каллуса.

Гидролиз сахарозы на фоне относительно высокого потребления глюкозы, с одной стороны, и накопления фруктозы, с другой стороны, свидетельствовал об активных клеточных делениях в каллусной ткани на 14е. сутки заживления раны. На 17е сутки формирования каллуса было отмечено 'более чем пятикратное увеличение содержания сахарозы; возрастало также отношение концентрации глюкозы к фруктозе. В клетках к этому периоду повышалось содержание веществ клеточной стенки - гемицеллю-лоз и целлюлозы. Возрастало содержание общего азота, рассчитанное на усредненную клетку каллуса. Все вместе эти показатели хорошо согласуются с фазой стационарного роста каллуса, когда основная касса его клеток находилась на разных стадиях растяжения и дифференциации.

Последующая активизация клеточных делений, связанная с залолением в каллусной ткани латеральных меристем, выражается в понижении к 24м суткам эксперимента концентрации моносахаров, сахарозы и нерастворимых углеводов. Соотношение азотистых соединений указывает на снижение интенсивности синтеза белка и активизацию процессов гидролиза белковых веществ.

Анализ разных форм углеводов в регенерировавшей и нор-же

мальной коре одних и тех'деревьев во второй половине сентября показал, что суша растворимых углеводов .в восстановленной коре меньше, а нерастворимых, наоборот, больше. Оудя по низкому содержанию сахарозы и повышенному фруктозы здесь происходит гидролиз сахарозы. Принимая также во внимание относительно высокое количество крахмала и гемицеллюлоз,

ионно заключить, что регенерировавшие участки коры в основной откладывают углеводы в запас, тогда как транспорт их здесь затруднен.

ЗАКЛЮЧЕН И Е

В заключении отмечается, что хотя многие из рассмотренных в работе морфогенетических реакций в очагэ поранения, взятые по отдельности, ииевт место у тех ялп иных древесных пород, в целом морфогенез при регенерации тканей ствола у березы повислой довольно специфичен.

Сопоставление анатоыо-ыорфологических особенностей строения раневых тканей древесины и коры березы повислой с имеющимися в литературе данными по строению аномальных тканей древесины л кора березы карельской (Соколов, 1948; Яковлев, 1949; Алексеева, 1962,1964; Либааская. 1978; Барш1ьскал,1978, 1979; и др.) показало, что нейду ними существует большое сходство. Логично предположить, что много общего имеется и в механизме формирования этих тканей. Однако для окончательного вывода по. данному вопросу необходимы дальнейшие исследования.

ВЫВОДЫ

Т. Анатомо-морфологический анализ зоны поранения показал, что регенерация тканей ствола березы повислой осуществлялась через образование раневого каллуса. Основная масса каллусной ткани формировалась в результате активной пролиферации клеток первичного каллуса, происходящих от лучеиых производных камбия.

2. В процессе формирования каллусной ткани выделена три основные фазы роста: лаг-фаза (первые 2-Зе суток после уда-

ления корт), фаза экспоненциального роста (4-14е сутки) и фаза стационарного роста (15-17е сутки). После этого в каллусе начиналось активное формирование гистогенных зон и слоев.

3. Заложение сплошного слоя раневого феллогена происходило от периферии раны к центру в подповерхностной зоне каллуса. В средних слоях каллуса и вблизи бывшей раневой поверхности древесины были обнаружены изолированные очаги перидермы, в которых феллоген откладывал феллему внутрь очага, а феллодерму - наружу.

4. Зона заложения камбия проходила в нижней трети каллуса вблизи поверхности древесины. В раневом камбии нарушено соотношение веретеновидных и лучевых инициалей в сторону значительного увеличения количества последних. Веретеновид-ные инициали изогнуты под различными углами по отношению к тангентальной оси. На ранних этапах деятельности восстановленного камбия основная доля его производных дифферецирова-лась в клетки ксилемной и фяоэкиой паренхимы. Доля проводящих элементов по сравнение с нормой была намного уменьшена.

5. Установлены значительные отличия тканей, образованных в результате деятельности раневого камбия, от тех же тканей з норме. Наиболее важными отличительными чертами раневой древесины являются: свилеватость, возникающая вследствие изогнутой формы волокнистых трахеид; редкая встречаемость сосудов и их аномальное строение; высокая степень па-ренхиматизации в связи с форшрованием крупных скоплений паренхимных клеток и увеличением процентного содержания лучевой и аксиальной паренхимы.

6. В раневой флоэме ситовидные трубки имеют изогнутую форму и укороченные размеры. Изменилось количественное соот-ноиение .флоэмных элементов за счет увеличения содержания лучевой и тяжевой паренхимы. Происходит ранняя склерификация флоэмной паренхимы.

7. Изучение углеводного состава кори, регенерировавшей в очаге поранения, в сравнении с неповрежденной корой тех ха деревьев, показало, что в восстановленных участках коры, очевидно, ввиду аномального строения флоэмы, затруднен отток ассимилятов из кроны.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Новицкая ЛЛ. Сравнительный анатомический анализ нормальных и раневых тканей коры и древесины березы повислой// Тез.докл.конф. молодых ученых. Уфа. 1985. с.19.

Новицкая Л.Л. Исследование регенерационных процессов у березы на Севере // Тез.докл. XI Всесоюз. симпоз. "Биол. проблемы Севера". Якутск. 1986. с.165-166.

Новицкая ЛЛ. Сравнительно-анатомический анализ нормальной и послераневой древесины березы повислой // Рук.деп. 3- ВИНИТИ 18.09.86. 5 67I4-B86. 16 с.

Новицкая Л.Л. Анатомо-морфологяческие аспекты регенерации тканей коры на стволах березы повислой // Селекционно-генетические исследования древесных растений в Карелии. Пзтрозаводск. 1987. с.19-31.

Новицкая ЛЛ. Некоторые физиологические особенности образования каллуса при заживлении ран на стволах березы повислой // Тез.докл. III Всесоюз. конф. "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений". Петрозаводск. 1989. с.89-91.