Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЦИТОЛОГИЧЕСКОЕ И ЦИТОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТЕБЛЕВОЙ МЕРИСТЕМЫ РУДБЕКИИ И ПЕРИЛЛЫ ПРИ ФОТОПЕРИОДИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИИ

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "ЦИТОЛОГИЧЕСКОЕ И ЦИТОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТЕБЛЕВОЙ МЕРИСТЕМЫ РУДБЕКИИ И ПЕРИЛЛЫ ПРИ ФОТОПЕРИОДИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИИ"

i* ' ' ' ' * - г v v • ; ■ s ••■* •*■ • :

л— '

i t

- МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА-ЯШИНА i И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО, ЗНАМЕНИ -i/. Л . / . ; • ■ ' ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЕМ«'МЛ. ЛОМОНОСОВА' . : • '

: '■'•■•■^■■-■-^п:/ .■ л-- , .

• 1 . . . " ■ . ■ »'V .

• л ' , Ы0Д01МЧЕСИ1Й ФАКУЛМБТ - v • '"У

.. " . ••' ' . .На-правах .мкопнси • '

v v- ■: У : i'-*"'.-'.: .• .:/ ■■ ;-. ■ ' t v., ' '

~ l. *.■ + j.,' - ^ -. - : ... • • У.-- '..:■

. ■v иохамед Абдед-Ыонеи Якут Фараг--

' : \ .V V, ; ' ' .. ' -. : '.i'-/;':

•' У' -. ВДТОЛОЮТЕСКОВ ¿ ШТОЙЙШЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ " СТЕБЛЕВОЙ • '•"•-'•'г '

■ . ' • ШКСХЕШ-ВДШВД а ПЕГКЛШ ШМ'СОТОПЕШОДШСЮЙ •• . v

v.' ' '*■.■'"' Специальность 03*00.05 боташка ~ . ^ ».

'■ ■ » "v, -t ;. ' ' : ' . "'■"=■

Л, ■■'' ' : , if'V- .л ■' ,*V i'VГ '

■■ - -, if J«-- Í ■■ ■■ -■ V ' - ■ : .-- ■ -

* V ^ - ' - [ X ' i , . ^^ »i . - L - t - -

Л'.' ^f ' 'f "V

\ Л ne*' ' 7 - * í. '

■ ' jji

, - ' V . • •: - ■ ■ ' " ■ -i

- rf - -. ' . .. . ■-,

V "Г;> ; ■ ' \ *'■■

к...- "i'-'l'• Ав торвфе ра»; ; -"-'/ч ; ' ""

" ^ ^ ^ - диссвртедии на соискание упеной степеM KíBflaiaTa ^ ^i V*

г.. г'-.: .-■'' .>-'■'/ . йаолотесни* наук ■ - ■/. : .'\.; ;

f *.-'■: '--i - í'-í/-''-.':' ■.'■íl-.'í'íf.'с :, ■ .' - - .'■•■■ - •

**' -1/ . ■. j "■"■.*■.. v ■ ¡'i **- ■ r' ' '-L y- ■"■',

■ 3 i ■ i". :■...-.' г ■ y . J. . ■ ^ " '"■"■'" ■ ■ ■ - ■■ '■' ' " ' ' ' ■■

" Г- ■ i' ' - '.TL- i v ^^ 'Л " " \ v ■

1 ч .. 4 - , v < ■ * ■ " ' .■- . - ^ - ^ ' * '. ; - - -.. -, - - ^ ^ * v "

'\„ . •>' ■," : ''Москва -1V73. •'

Работа выполнена на ка^лре высших растение и. кафедре физиологии растений Биологического факультета Московского государетввнаого уивперевтета им. И.В. Ломоносова.

Научный руководитель:., г/ '■''■■' .

. Кандидат биологических наук И .ПГ Ермаков V

-i/ Официальные оппоненты: г '

доктор биологических наук В Jî<i Ке$ели кандидат биологических наук Н.Ф. Татареако

' Диссертация направлена на официальный отзыв в отдел физиология» бвохнмод ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур.

Î - Автореферат разослав " * марта 1976 г."

' Зашита диссертации состоятся *31" марта ЮТО г. в15эочасов на заседании снешалкзированяого биологического Совета К З - К.053.05,14 но адресуС II7234» Москва, Ленинские горы« UTT, Биологические факультет, ауд. СБА.

С диссертацией можно ознакомиться,® библиотека дологического факультета MI7. 1

Ученыв секретарь Совета й 5

D.T. Дьяког„-

ОБЩАЯ ХАРШЕГМСТИНА

ритуальность проблемы^ Верхушечная меристема растений (стеблевой апекс) привлекает пристальное внимание исследо- , вателей на протяжении уже более 200 лёт как специфическая ткань/ которая обеспечивает протекание двух групп пронес- -сов - рост я органогенез вегетативных частей а форыирова-вве генеративных. органов растений. "

" Вегетативный период обычно охватывает большую часть / у жизненного дакла.растений, в деятельность стеблевых иврастем вето вреия создает все то разнообразие фор»» которое! известно нам из наших повседневна! наблюдений окружаппаго uxpft.'.' * Г.■*: '„' ' \ ■■'."■■■■,.' -'

Однако, к ад установлено к настоящему временя огромный набором наблюдений: над содши различными обьект&ш, такое разнообразие, по крайней мере в пределах голосеменных а покрытосеменных, базируется на деятельности тканя, которая жмеет ограниченное число типов строения. Это создает пред-посшаш-дяя понимания общих закономерностей вегетативного' ., органогенеза и усилия физиологов,биохимиков, цитологов и специалистов других ботанических дисциплин направлены на их выяснение» /.V;-;'

Переход в репродуктивную фазу развития обеспечивается :значительной перестройкой гормональной конституции {астения^ Последняя,,как 8то следует из наиболее 'распространен-" вой 4взиологичеокой.гипотезы о механизме цветения, являет*: оя двухкомпонентной системой Пайлахян, 1906, а, б; 1976), которая'под влиянием внешних (свет, температура; хямиче--ciute вещества) к внутренних факторов может изменяться, а вто изменение'воздействует на стеблевой апекс, переключав его вв генеративный:органогенез. Превращение вегетативного апекса в генеративный сопровождавши его цитологической перестройкой, закономерности которой служили предметом многочисленных исследований Швляева, 1073, Нугаред, 1476). В давнем случае число и видовое разнообразие изученных обь-■■ ектов существенно меньше по сравнению с теми, что использовалась в работах по вегетативному-'-орЕаногенезу, «-«х-к-ру

U:i:;. ¿i C-.j Oí?1:1

И:с\ л;,; Г .на LJSiiOS,

ограничивается, как правило, "модельными" растениями, пере- : ход к цветение которых легко контролируется^ лабораторных условиях.' -/'.. ■ * ■■■

Несмотря на довольно многочисленные исследования стеблевых меристем < особенно7в последние два-три десятилетия};с ■ использованием различных методов, известная Фрагментарность данных не позволяет еще,составить общее представление о конкретных морфогенетических,процессах,;сопровождающих*переход ^ растения я генеративному развитию, ■ -■■•"/■: '

' Целью л ис с ертацио нноЯ работы явилось изучение цитологиче-скоИ и цитохимическоя дифференциации апексов у растений,от- , носящихся к группам с различной гормональной организацией . ответственной'за'переход к ^ цветению,;в начальный период их трансформации в генеративное состояние. ; . "...

Имеющиеся цитологические данные о строении,верхушки побе-. га, особенно в'критический период перехода растения-к генеративному развитию, несмотря на их многочисленность, не да- . ют возможности проследить за'важными деталями переходных нор-фофизиологических процессов. При этом обращает на себя вни- . мание почти полное отсутствие количественных сведений,,кото-' рые:поэволипи бы объективно сопоставить строение .апексов'в разных состояниях и при достаточно дробных временных делениях. Поэтому шы'постаяшш задачу, используя физиологически хорош изученные объекты с раэным^ткпом гормональной организау ции - длиннодневное растение рудбекмо икорот ко дневное растение периллу'- с помощью количественных цитологических'и ' цитохимических методов исследовать, их апекс в течение всего периода трансформации из вегетативного в-генеративное состояние. •

■"""; Научная новизнаработы. С использованием количественных , цитологических и цитохимических методов установлено; что реакция на фотопериодическую индукцию у изученных растений локализована' в стеркневой зоне их апексов," включавшей клетки терминального района и медуляриой меристемы. '

: Показано, что структурная зональность апексов рудбекии и периллы в префлоральныи период является лабильной; это отра-

• Л^/ХГ'...--.- , , . 3. '

у жает сложный характер'процессов, про те каши х внихв момент ' •. г генеративной трансформации. ~ : ^:'V *

■ Окончание >префяор^иого;пвраода'с01фовохдавтсяЧастич- ■' ; юш восстановлением; зональной структур« апексов'до состоя- -,Лу'

V1 ' ;вая, характерного длявагетирутегорастеняя, чтоможет йыть* / :■ у " связано с,возобновлениемГработы пластохронного цикла,' напра-:.' "— вгеввой'аа формирование цветковых бугорков• ; •.. - ■;

"ЧУ^Практическая ценность работа'¿преде ляэтоя;тем. что рас- . ■ ' ;к 1 ^ крыта е - фивиологических механизмов, ответственных за переход. V. "ерастенн*в' репродуитвв ну в фа эу раз вя таяо ткрьшае тв о эмож- . ;^'.>носта;дл1я целеиаправленного'управлекня,их маэв'енвым циклом,*'*' Последнее

имеет большое значение для.'сельскохозяйственного V' • . • "ороиэводства,- ч ' * V Д* ' -•''••:':*''-"*..• V;''

4 , V Апробация работы ¿' Основные положениядиссертацкя докла- „ ; г-« давались, на; заседании кафедра'физяология - растений > Ей олог«-V " *-: V V1 ;чвског о' фаруль те та - 1С7, \ : ''; * К 1 г '> ~

■ * ■'.:'" •• Структура "к объем работа. Работа' состоят "аз, введения;". ' -' четырех глав, включающих' обзор литературы/' огшсание^матери- д ала и'методов^ изложение результатов'яаблюдениЛ'ж1 их обоу*-" ■' "V '--'- дение/ заключена«'и - выводы,'-Материал диссертации изложен на V-

■ 109 страницахяллюртряроэан 43'рисукками ж^ХЗ тайлицамя^ ' ^ *

' ■■■■. - Еябляография'в'клшаат ЭТ^нагменовашиг работ советских* за- ;* ; рубежных авторов» . '.У' '■'.■'< ■''-<',*.■■*

''-■'■ :-1.''.Матеря^ методика У^л.-'^ ''''.У-"'*1 • 4 У- "

>В качества объекта исслвдов'ания.сдухидя^раотения длинао-;" ,

)

рудбекяя двуцветная - одно ле тнее' рас та ни е нэ семеВства ■Compoaitaв произрастающее "в условиях . умеренных я • северных *■ ойрот; 'критическая для'задветааая длина 'даяу в того растения ' "' ' равна 12 часам .'- Растения , рудб'егаш ' находятся' в 'фазе розе тки я

. рот» Критаческая для: зацветания длзша дня у яераллы равна ....

■ - ,s" .*■-■' ■ ■ V ■ ^ -, ■ . *

. 6 часам»: * ■ '■. '■■ ^ " í- : - ' т-^

Была поставлена серия опытов с рудбекиеЯ-Я периллой о целью изучения влияния.длины, дня на"дифференциацию апексов у обоахвадов.*} г : о -, *- V ■ ' : ' :

. Растения.рудбекии,-выращенные до 3-х месячного возраста * на короткой фотонериоде, инду цировали.0,2,4 и 6 длинными дня-: ми. '■ "■ ■■,■: ^. —V.—

'....* Для периллы индукция;составила 0,4,6 и.8 коротких дня.

Цитологическое'; иорфоыетраческое и цитохимическое исследования апексов'проводили на постоянных препаратах, приготовленных по.общепринятой методике. . . í1^ ■ ■ ■;' .

.'.: Цитологическое и морфоцгетряческое исследования. Препара- -ты апексов обоих растений, фиксированные■по Флеммингу, гидро-лизовали IH HCF 16 минут при 60°С. В реактипе Пвффа, приготовленной по прописи де Тоыази с основным фуксином для фуксин-сернистой кислоты, препараты.вндерживалясь I ,ч ас.т-{Пиро,1962>^ ! : : Полученные постоянные препарата, подкрашенные нетилеяо-вой. синьор изучали с помощь» ин торфе ре нци она о-поляриэационяо- -го микроскопа ЫР 5 или: ЫББ-IА на центральных срезах апекса. '«.

Вапексв выделяли следоищие:зоны: I) "меристему ожидания" (Ш);2) свриферичеокую меристему ЧШ);-3^«едулярную мориста-ну Ш); 4} эпидермис (ЭП). В некоторых случаях-апексы разделяла на сегаенти, считая от их 'верхушки.:У рудбекии длина-сегментов составляла 100 ыкм, а у периллы - 50 мкм. С помощью ^ окулярного ыикроыеJpa И0В-1-15Хили иорфометрической сетки (Автандилов, 1973; Ягубов, Нац, .1974;^есин,1967), измеряли ' длину и ширину клеток, объемы г четок, . ящер и ядрышек. . ■ ' ; . я

По результатам этих измерений рассчитывали следуодие отношения: объем'ядра/объеы клетка; объем ядра/объемцитоплаэ--^ мы; объем ядрышка/объем ядра.'Рассчитывали также корреляцией-v , ные.отношения между изучавшимися параыетраш .(Ее2ли, Х962; .Зайцев/ 1073; ПлохинскаЗ, 1967).'г ;;-.'.: : . Для подсчета патетического индекса яа этих же цеытраль-

х) Материал для анализа был предоставлен ст.н.с. Ин-та -

• физиологии растекий им.'К.А. Тимирязева АН СССР Ыиля-. евой Э.Д., эа что выражаю.ей искреннюю благодарность.

j

ных. срезах высчитывали в - каждой зоне'(или■ в каждом сегменте) общее, число клеток и число клеток в штозё/ учитывали все стадия митоза, кроме пролазы.'.; ■■ ^

.'-'у '": Цатодотометрическое изучение-количества РНК в ядрышке. Использовали,"материал-после фиксации-в свеся Карруа (613:1) -в „течение' З'^асов. Срезы*, окрашивали растворсм галлоциакива -хромовыми квасцами (ГХК). в течение 43 часовпри комнатной' температуре '<Шре,-19$2,\;-;.и1е4 Сеогс^,1960?,' после-чего * -цитофотсметрлческим методой' определяли относительное количество РНК в ядрыш^ клеток различных зон каждого варианта. "-ИэмеренияпроиэводалиУна однолучевом цитофо томе тре'при длине .волны 545 ммк; ';;■''■ "л * - „Л ■.;':■"'" г"

*--' V; При' изложении материал в. диссертации, вред ставлен в ви-де-цифровых;таблиц^ графиков,1показывающих изменения во враме ни. изучавшихся »параметров'для;каждойэоан апекса или его /, сегмента," а* также ; диграмм и: схем/ демонстрируших структуру апекса в определенный момент вроаепи.. . •• : ■

Результаты всех измерений ^подвергали. статистическойобработке," пользуясь, указанными выше руководствами, • а также ккигоа; зпйвсог.с;?/, ' 1 .,."-./•'-'■•'. *■' Л

Результата .исследования и "их-обсуждение * ■ - -.-:. ^

, . л - I. Изменение митотического индекса в зонах' -апекса • ; л-"', рудбекик и' периллы,при индукции цветения. " - '

"Ч^"Ыитотаческая зональность"-апексов розетсчного растения 'рудбекия и стебельного растения периллы 'до мшен та индукции; различна в вырахается в отсутствия деленвй'в меристеме охи-данвя и1 медулярной меристеме, у, рудбекии и, в'общем;!; более "высокой ми готической, активности апексов периллы.' „.'••,.'•.'••'• Данные5диссертации показывают, что ."митотаческая структура". апе ксов; длиннодаевного(И.коротк¿дневного расте ний от-;личвется:гкак'в' вегетативном,состояшш, так и при дозирован-

■ ноа индуктивнои воздействия;-Общей чертой является резкое ^

^увеличенк'е'-активноети'делений'V "меристеме ;0мдакия,и относи-

■ тельное постоянство"активности"периферической'меристемы. Ре-

■ акция же* в покровном слое V в" медулярной меристеме асекса у'

РвоД. Схша зональности апексов руд<5е кии к периллы, построенная по данным измерения митотического индексе. Различия в штоткчеокой активности показаны частотой штриховки. ^ "

Л) РудОвкия Б) Перялла

сравниваемых объектов имеет противоположное направление. . ч: /Сказанное схематически изображено на рис.1 Сиасштаб не соблюден),.показывающем перераспределение митотиявоиой активности между'зонами апексов рудбекги и периллы.- ч :;-*'"

Хорошо видно формирование 7 рудбекии через 4 дня фотопера од ач ее койиндукции своеобразной мантии; за счет отсутствия делений!в медулярноЗ меристеме. Однако при дневной индукции как бы восстанавливается единство стеркневой зоны, включающей меристему, ожидания и медулярнуюиеристеыу, существовавшее в контроле и' нарушенное при.активации меристемы ожидания 2-х дневной индукцией. Это единство базируется па при- . мерно одинаковом уровне матоткческой активности, у , - ■'.■■■'■.,■;■>

! Тот же .процесс образования мантии при переходе вофло-ральное состояние внден и у периллы, но в данной случае меристема ожидания как бы включается в периферическую мористому, .тогда как медулярная меристема "изолируется" от первых .двух-за счет понижения в ней миготического индекса.- -> ;' г

В конце префлоральноро периода и у рудбекиа, » у периллы в качестве самостоятельного слоя кантик апекса выступает эпидермис, митотическая активность которого отличается от таковой других ЗОН. ■•;',. ' . :: -у. .

■ Усредненный анализ 'ыитотическоЙ активности в. различных зонах апекса ^длиннодневного растения руд бекии и короткоднев- . ного рас те еденный в,»той работе,^принципиально не

отличается от полученных на этих же объектах данных Гукасян '' йетО, ХЭТ1), ГукаСйн,'ьЧаЙлахяна и Миляевой С! ЭТО); Ииляе-вой, Чайлахяна (1974), а указывает на локализацию ответной реакции апекса на фотопериодическую индукцию в медулярной зоне-и иеристеме ожидания, хотя зта реакция и различна у обь-ектов с разным отношением к длине дня.

-Мы попытались установить существование морфологических ■■■■'■ вертикальных градиентов в апексе рудбекии и периллы при переходе"» генератавное;состояние»проведя анализ, в частности, митотической активноотив сегментам меристем.

Распределение митозов по сегментам зон апекса рудбекии " показало,'что рост верхушки стебля,у этого растения в префло-р&лышй период обеспечивается только активностью его самого

апикального-района.'И дашь на поздних1 этапах индукции, перед самый началом формирования цветковых'йугоркоэ(1делендд захватывают. и', нижележащие /районы, в первую очередь," в 'перифериче-ской'меристеме..Посегментный анализ распределения^митотической активности в апексе рудбекии позволяет уточнить момент $орми-; рованил'ыаятня; тахчетко выявляемой: при- усредненном анализе; " меристеме - он првходится на последние этапы,ее префлоралького . развития и:совпадает с началом активных'делений в'медулярноЗ/ меристеме.. 5 у" -'-''Л г■',"*.•> -■Гл'Л . -■

Шготическая активность в зпняермясе периллы распределена более'равномерно и лишь после 9 дней^индукции сосредоточилась исклхяителько'в апикальном сегменте, превысив в 2 раза мято- ; тнчесгл.Ч индексов меристеме ожидания.'"Вообще; в конце префло^" ральяой фазы у'периллы число-делений в'меристеме ожидания уменьшается по. сравнению с сегкентамя других зон апекса (у руд- • ' бекви происходит .то же самое). -с:' •*•.*•' : •

:., ^периферической меристеме- происходило перераспределение< ыятотнческой акгирчости между сегментами таким образом, что •ври 4 и 8 днях фотопериода ческой индукция в самад апикальном -сегменте'она,оказывалась а;2 - 1,5 раза меньше;.чем в баз&ль-йоы . В других вариантах яе на&ясдалось различмИвчисдеделя-щихся клеток между сегментами этой .зоны. ; '-Ч", л-' ..' Для медуляраой зоны отмеченн периодические перемещения ' : . частоты делений от ее апикального сегмента к баэальвоыу." В V' начальный период индукционных изменений а в - префлорал^иый период в ашхалькш сегмвйте ия готический 'индекс бал равен чу— '

! _ ■■■ -.. ■ ■'■■ ч ■ . - ■ '->.,■ - .....■ ■. < . 1 . -*.■ .... ■ - ■ ■ . . . ' ■■

ЛЮ, ' V ' \ •• 11 ■' ■■' ■"'■

, Можно' оииетить ряд факторог ,, которые 'влияют начастоту делений клеток вегетативных апексов: внешние ус'ловхя/ тахке как свет, - температура, химические 'воздействия, -В.том числе гориопоми; внутренние Си ори ты, - отрагающиеся на колебания . вктивкости делений в течение суток^сезонные изменения, пла-стохрошшй цикл апекса* Особую важность.имеют'работа, в.кото- ; р ы х изучалось изменение митотического индекса в.целсм апек-'; се или в отделышкего'зонах всвязи с переходом к геяератив-ному морфогенезу.*" .'-.■'Л*''1". ■*' '-1: ■;. ; •.

,Однако'данные о митотичеокой активности вегетативных.и ге-^

неративдых апексов, вероятно, еще более проэвеоречивы,,чем _данные в отношении'анатомической,зональности и ее динамики,;

' и не^могух.считаться окончательно^установленными, в частно- ""' сти,.из-за .трудностей при сравнении фактов^ относящихся к . ^ обьектам^из.раэличныхгсистематичесвих групп,'имеющим .трудно. —-сопоставимые жизненные' циклы л выращивавши в разных.эксперв-

• : ментальных;условиях.V ;."..■„■' '::' :'*<; • ■ ''v;•'■■'■■.

В общем можно заклтить,'что митотическая активность тер- ' " цивальных'клеток вегетативного апекса возрастает при переходе в цветение,^и таким, образом^ становится" равной или■ почти ровной, митотической активности пзриферийных-клеток.-Однако. V ■ . происходит и общее возрастание идготической активности во ■ а всех районах апекса. г' .• ■■./. .-V-'","> ■ ..'"'V

'Приведенные в работе литературные данные показывает, что -для настоящего монета еще нет окончательно утвердившегося., представления о.функциональных изменениях митотической.актив-" - 'ности внутри стеблевых апексов^ Возможно,' что и не должно .быть одного'такого представления, и что механизмы работа алел-"

• са могут отличаться у: представителей различных, далеко отстоящих систематических групп. Однако, имеющиеся факты не позволяют делать' и¿такого утверждения; и; потребуется' ел» многочи- \ .

• еденные исследования при строго сопоставимых условиях,'чтобы ¡ прийти к окончательным выводам. Л г ■ ■

, л:> Полученные 'вами , результат« указывают на решавшую роль меристемы ожидания а непосредственно прилегасодах ней групп

• клеток,в1началь[ша'сериод.генеративиой,трансфогмацш(1как у

: длинкодневного растения Грудйекии, так н у коротк¿дневного ра-..\ ■ стеняя-периллыНа последующих стадиях такой трансформации .; реакция распространяв тся . на ыедулярвую меристему, изменения . -в"которой у, сравниваемых видов ,имеют противоположное направ-. ленив.'/?'■■ .. л < Попытка,установить:последовательность реагирования-кле-ток внутри зон апекса позволила уточнить роль-самого апика-■'-' ль ног о района стеблевой меристема,в'префлоральный .период.

. Однако эти:результаты не могут;дать,однозначного ответа о, — ■/• последовательности гормональных'воздействий на меристему в •

период ее генеративных изменении» ■ -■ ■'- г-

; 2. Корфометрическое исследование апексов руд-

1 бе кия и периллы при Фотопериодической-индукции. '

; Менее определенны сведения о соответствии-цитохимической, зональности апекса его цитологической организации; 'выража--ицейся; например,1 в различиях фораш клеток; размеров клеток, 'ядер, и ядрышек» величины ядерво-цитоплазматаческих отноше- : аай и т.п. Поэтому мы попытались, используя измерения кле- ' ток в начестве объективного.критерия для оценки различий между ними, оценить соответствия между.цитохимической зональностью меристем периллы я рудбекии и ее изыененкя:'Л. при. переходе к,цветению'и-их анатш о-цн то ломче скоЗ структурой.'; ■■.■;'. На рис,2 представлены данные о структуре апексов рудбекии и периллы в процессе фотопериодической индукции по данным измерения длины и ширины клеток; входящих:в различные ЗОНЫ. ■■-'.:■ ■ >л ■• '. : - ■ ■ --

Исследуя антологическое устройство апексов, кы убедились,. что визуальный анализ и описание их динамической -структуры представляет собой трудную задачу,"так как во многих случаях (нацример^в префлоральном периоде у рудбекии, ' в вегетативном состоянии у периллы) различия как величины, так и формы.клеток не очень велики.'^Используя простые измерения клеток, шг смогли отвлечься от"субъективной оценки, структуры препаратов и получали возможность сравнивать отроение апексов по объективный показателям. Как и при анализе ' митотической активности зон апексов, мы попытались по.ре- ..■■.. зультатаы, приведенный в' этом разделе, составить-обобщенное представление о строении верхушечных меристем стебля рудбе-кии и периллы и их изменений при переходе к генеративному * развитию. Око демонстрируется схематически рисунком 3. - .

По 'анатомическим признакам в вегетативном апексе руд- . бекии хорошо'различимы все 4 зоны: эпидермис, меристема ожидания, периферическая и медулярная. После двухдневной индукции четкие морфологические'границы'ыевду первыми тремя зона-

Рис.2. Измене ни в размеров клетокразлачных зон апекош

: рудбекшгя пернллы при фотопериодичеснсй индукция. ■ Условные обозначения: ' V;'

■Л' '.. ■ ! ■ .-..Длина Ширина

1 "'.*'' . " ■■ 'клетки , клетки.

Меристема ожидания £¿3 : ^

." Эпидермис ' - ;■/ ЕЭ, .Ш ;

Периферическая меристема СП ПИ

■ ■ Ыедудярная меристема - ЁЭ ЕШ

мя исчеэают,явесь апекс ыожетбнть описая терминах теории" ту ники-корцу са".Такаяс трук тура а це кс ас охраняв тс я в после 4-х дневной яндукции,'а черезб индукционных даей наблюдается тенденция к.восстановление его исходного строевая.-. К этому моменту заканчивается префяоральная фаза, апекс сильно увеличился в размере, крупнее стали и составлимцие его клетка. ....... ' ■'■.■* ■ ■ ,.

: ' л Рис.З.-Схема зональности апексов рудбекиа и периллы,.' ■ Д-.

1 - построенная оо морфоыэтрическии дашшм,

■ ' ■ А) Рудбекия ! ' Б) Перилла'

' ' ■■■■ - ■ " "■ .•"''■"■■ с. Ч'1"-4 .'-'■''■'' >',■ ■

\ ^ в противоположность этому,-именно вегетативны! ашкс • -.-.-, ^ . .-' ?периллы морфологически может быть;описан как двухзональная -: * .структура, состоящая из корпуса, включающего-медулярнуо ие-::

■■;■■ ■*,'."' ристему, и мантии, состояяеЗ из'остальных'зон.. Индукция га>. нератавного развития сопровождается выделением в стеблевое

мериотеме.периллы четырех зон, хорошо различающихся по рааие-;раы'составл,.£Ш1Их их клеток - эпидермиса,'меристемы.ожйдаша, ■ серяферич ее к ой и модулярной меристемы. 11а последующих' етапах особенно'ясно выявляется зпидереальная ткань, тогда как различия между меристемой ожидания и периферической зоной становятся менее существенни (после 8-дневноЙ индукции) и, вера-*втно, можно говорить о тенденции к формированию в конце пре-фяорального периода двуслойной мантии вокруг медулярной оери-стеми. * ' ■ /у*- ; /'.';' '' . '

Л Несмотря на различиую"морфалогическую организацию веге-; татявных"апексов рудбекии'и периллы и разную направленность в изменениях этой организации.на начальных этапах индукции ^генеративного развития,> конце префяорального периода у обоих- объектов' происходит, вероятно, возврат к зональности^ га-* ралтерноЯ для'вегетативного, состояния. . .. ;- '.

. • • Исследование объемов ядер представляет интересную цито~-физиологическую задачу," поскольку атот.показатель может служить критерием прижизненной функщюнальной активности клеток. Путем определения размеров ядер клеток;'"как показано миогочис ленными исследованиями, можно обнаружить изменения деятель^» воста органов и.тканей,»происходящие как под влиянием внешних ток и внутренних факторов ; (Хесин, 1967). ; у

■ ^"Кариометрическая структура", (рис.4,5) апекса рудбекии г в^вегетативном состоянии может быть представлена двумя зонами, в одц? из. которых входят клетки периферической меристемы, а в другую - все 'остальные клетки'.; Двухдневная индукция вызывает нарушение такой'зональностиза счет,создания четкого-гра диента размеров ядер в центре апекса*?при "этом оказываются от граняченяыми друг от друга шрас^ла ожидания ш медулярная ме ристема. На 4-й деньввдукции апекс построен из даудслойной мантия (за счет сильного уменьшения объемов"ядер вэпидорнясе я выравнивания их "размеров в'периферической части и меристеме

1

ш

&

Рис.4. изменение средних величии объема ядер клеток различных зон апексов рудбевии и периллыгпри ;фотоперйодическо1Гяндукцин.' - * ■•''

- - Условные обозначения:

иеристема ожидания : гт

Эпидермис ■...'. '

Периферическая иерастема I—| Модулярная меристема >/ - ^

. к

а .

' 16.

.Рее.5. Схема зональности апексов рудбекяи м ' периллы, достроенная по измерениям объема ядра» " .■ " — ■ ■ >

А) Рудбекня

Б) Перилла

ожидания), окружающей центральную зону* В последующем такая структура апекса в принципе, вероятно, сохраняется, но центральная зона ори этом выделяется'не семыми крупными, а,-наоборот, самыми мелкими ядрами.

Структура вегетативного апекса периллы по данным карио-метрии пре-ставлена тремя зонами, т.к. эпидермис и перине-

дневная индукция вызывав ^изменение этоЗ.зональности, и в апексе'можно'выделить еданую'центральную зону,; окдеженну» в'' верхней части периферической меристемой/ покрыта вместе эпи-дер«исом.-На шестой день, за:счет увеличения ^размеров';ядер в 'меристеме 'ожидания;;восстанавливается исходная; зональность "апекса;,а через 8.индукционных дней, в конце-префлорального периода!, - структура,меристемы практически .тождественна веге-'' тативной. {за исклшендем относительно более крупных.ядер в '* клетках меристемы ожидания)",; ^ ' - „'■■'

* ^ ^.Таким образом, кариометрический анализ стеблевых мерк- : стем рудбекии и вершин лозволилрбнаружить Неодинаковое распределение размеров ядер¿по'зонам в вегетативнсм.состоянии'^ е,разную направленность■в:изменении;этого распределения при: индукции генеративного развития,.-0каз'алось/что "кариометра-ческая структура" апекса периллы более постоянна,;чем у•рудбекии. Префлоральная организация апексов в'хонде иядукцион^1 ного периода у этих растений обладает общими Чертами. ;,

- ■ ^ ■■ • >•; ;. < ^ •. 'г'1"-. . 1 ■ - ., . • •^ • •

': л-1 ' : X • х . у > V • '

V -'^ -л- • > уГ.- — \-y-i;-

■ у--^''.'' .ЛЛ;- V ч ''.V.- . ';

I;--' В 'вегетативном состоянии В;апексе4 рудбекии праятиче-У скинет различий в.объемах ядрышков'ого вещества между;выде-" 'леннымя зонами. Только в периферической меристеме:размер яд-цышек увеличен,на 25^. ;Прит двухдневной, андугадаи и это незка-" чятельное раэличие исчезает, и во всех* частях.апекса клетки имеют ядрышки'одинакового^ размера; Только;после;4 дней индукции .происходит дифференциация, зон апекса•по объемам 'ядрышка.

• Г" Меристема.ожидапшГи медулярвая'меристеыаиыеют"ядрышки в 1,7 раза: более крупныечем ■ апидершо • и периферическая; ( зона. НоМг-ч 6-дневной"индукции распределение ядрышек"по зонам изменилось: в" периферической и модулярной меристемах они шелл объем 2,4 куб.мки, а в 'еовдермисе - около 1,2 куб.

МКМ. . • • . ->.' ' V, ' .'у;

. ;Иначе*выглядит,распределение, втнх.оргаяовдов у периллы. Если сравнить контрольные данные,', относящиеся.к нулевому дню

у двух объектов, то'окажется, что весьма слабая тенденция , ^дифференциации "нуклеолярной структури1* апекса у рудбекяи более' четко проявляется у периллы. У последней в вегетативном апексе более крупные ядрышки обнаружены в меристеме,ожидания и в периферической, зоне. В начале фотопери одической индукции (4 коротких дня) ядрышки большего размера были в периферической и модулярной меристемах, а через шесть коротких дней различии в их объеме между зонами практически - не было.* Резкая дифференциация апекса по размерам ядрышка произовь да в конце префл орального периода, через 6 коротких дней: в меристеме ожидания и в клетках эпидермиса ядрышки, почти в 2 раза крупнее, чем в периферической и медулярной меристемах (6,5 и 3,5 куб.мкм соответственно). , ■ у,- ; • ^ . \

'. Существующие данные указывают, что степень спецвализа- : ции клетки отражается на ее ядерно-плазменном отношении,'-' ■■>■■ - (ЯГО) такиы-образом* что оно уменьшается-при развитии процев-"са._Ядерно-ядрышковое отношение ОНО), за счет более бистро-го возрастания объема ядрышка," ери активизации функции-клеток, возрастает; тогда.как при угнетении деятельности клеток функциональное сморщивание ядер сопровождается еще большим 'уменьшением объема ядрышек, так что ядрышко-ядерное отноше-. ние уменьшается.' Исходя из этих общих положений СХесин,Ю67),-а , также учитывая.что* на показатели ЯПО и ЯЯО влияют такие факторы, как возраст.организмов, условия их существования, "степень специализации тканей,'фаза митотического цикла и ряд другйзг^-и-лто в апексе растения одновременно протекают процессы,тканево!ОмФФеренциации и деление-клеток, в работе проведен анализ изменения их величин-лри' фотосериодической -индукции, .-у ■ ■ ■"/■"" ' V -■-'* ; .'". ' <'

Этот анализ показал, что самые общие вывода, вытекаедие из данных, об изменении ЯГОи ЙЯО, " своей основе противоре- ; чат непосредственным измерениям метаболизма клеток в апексе, проведенным разними авторами на многих объектах.

. Проведенный к работе корреляционный анализ показал, что ■<■ показатель силы связи между изучавшимися параметрами по аб- . оолитной величине не велик, а для вар ядро-клетка и ядро-ци-

Г

V. * ■. ' - :.>■; 1 ' '>' • '' •, .!. : 18^ ч- ' '

г , - ', топлазмаон противополоиея по знаку . п Слабая связь между мор. фометрическими.показателями в давнем случае может указывать: 'на сложную функциональную зависимость меклу нимн^ иэ-эа чего' »

; Г ; , . толкование скисла отнопений типа ЯШ, ЯЯО для апексов не мо- *

: «вт быте однозначным,'а их малая информативная нагрузка вв- '4Ч

". ставляет отказаться от их употребления.' <*.-:'■. V- V --

/■■■■■'■.•-. ■■■ • , Л' =■■:'.■>',.■.: :■' ' г 5 - '■ , *' :'*; г". ■' /Ч», "';■*«' ' ч

^ч-V-'; : Э, Исследование изменение количества РНК в яд» ■ч.? ; ' .' _ ' рншках различных зон апексов рудбекия.н перил- .''•••"* * ■ Д ' • '** .'-•> лы]'при фотосериодической индукции. \ - .

*■■ ;"">"-■'■■.■_■ ч: '-1 лчччЧ" V - -А- ■''■.■ ч: -

" "■ - Клетки, принадлежащие разншзонамв егетативного апекса*

уве-

личению в периферическое а меду лярвой зонах по сравнению о г ■■■■> '7 клетками меристемы' ожидания1 и эпидермиса*.' У сериллы, напротив,4'

■ч*'V- ^значимое:преобладание количества РНК наблюдается в" пе|«ферн-. -г' ; , ' ^'вской зоне, .тогда нак «едулярная зова.и меристема ожидания не

..■ -'"-Г'- '-- отличаются по этому показателю. * < ( • ■■■ ■*■''"'.^.ч"'""'"

; Изменения, абсолютных: значений количества ядрышко вой РНК У . в каждой ид зон в процеосе'индукхщи и кх статистическая'оцен--

к а представлены в' таблД - для рудбекии и в таОл,2-для перил-

.лн. ч? .. ¿-у

■-■■■* г •■ ■■■ - .■...:■(•■" ■ *■'. ■ ■'..■■'' , . ч ч; > - ч ■ (

-■■■■■■ *'■ ■■ Ч",; '*■ ■ 1 .-' • ч-« — ч ■; -\г- ■; :■ "V-■ ; ? ' •

■ч ^ V, ^ •' Табл.1.'Количество РНК в ядрышках различных воа алек-^:---';

■ ;.:->са рудбекяи'при фотопераодической.индукции

Дч.'ч*'. ч; ^\ '(отн.ед;^ [ у--:' ^

.!' • . ' ч"* • : " ' • ' . ' - Лни индукции - - .. Ч- . г

Зона'апе -:—-——-;-;- ■ — .,.

■ Ч : .• Ч1 О"'';..-". - 2 ' '^Ч-/; 4 $ V ч->' * •

. ! • ''.'.V: Эпвдвроо. л; 0,48+0,016 .. 0,48+0,019 0,58+0,016 0,59^,015; "•.. Меристема • -^!'~> Л"'-.•* ; ■:■'■■''■

ожидания . 0,51+0,015^.0,52+0,016* О,€1+0,МО 0,54+0,019 • .

^ Перв$«риче- '.... ' ■■'г';/

■ екая меря-- п ">'■*, * ; ■:>•;■■•■•■ . *

.*. ; .. стема.- •.. 0,55+0,015 0,47*р,019, 0,53^,018 0,55+0,019 г

.•• V . ' мв^стенаЯ 0,53+0.011, 0,50+0,016 0,62+0,01б-* 0,52+0,17 *

— -•--• ■■'•■......■■ ''Г..' :._■ ' ..:■--• - ' -

■ -..' : ■ Z -'i • . . ■■'.■ - • 'г •. • . '. ■'''. ■■■■ V ! -- .'■-■ . . ■ ■■■, - ■' ' 4 •/ '■'■•х ■

• ■ . > - ^ . . 1 ■...... - ■ .-:.■:-'■ V : ■ ■ ; ■- •-■■*■•., л

■•■■' ■ ■■ . - .V ■; /■ ^. . ■ - ,. : ■ 10.

2 К , . 1 , . i

Табл. 2. Ко.лчество ГИК в ядрышках различных зон апекса перклш при фотопернодической индукция.*'

. ■ " ■ Дни индукции „• ,■■. ■ Зона апекса —.....-■ ■—.—........ ........,,.,, ■ —-■—.....

■ .-•; ■.,..; '.у О , .у. 4 : ,,-. ".•■■;.■ 6 ' ■'-.. - . ■ В

0,37+0,013 ; 0,27+0,016 0,31+0,017 0,25*0,015 , 0,33+0,012 0,35*0,013 0,44+0,018 0,35*0,0X3

О,42*0,017 0,35^0,014 0,4&£0,017 . 0,30+0,020 0,33+0,003 0,28+0,012, 0,33*0,000 0,31+0,0X4

- В начале преМорального периода достоверное снижение ' 'количества РНК в ядрышках периферической меристемы происхо- ■ : дило иурудбекии,"и у периллы. Однако в:дальнейшем у рудбе-ыш*оно восстанавливалось до исходного уровня, а у периллы, пройдя через фазу временного повышения; количество РНК вновь - V уменьшалось примерно' па 30£;по сравнению с"вегетативным апек-

■1 ■; ,■ -Различная реакция обнаружена также я в модулярной ие-риотеие этих,растений i уперяллы изменения в этой зоне были - не существенны и количество РНК в ядрышках оставалось примерно на одном уровне} у рудбекии после дневного латентного периода.количество РНК повышалось примерно на 25%, но к ко»- ■ цу префлораль ной'.стадии оно снижалось до уровня, характерного для вегетативного состояния. -н-у", „

кокно ответить еще одну особенность, поведения ядрншко-вой РНН в разных зонах: в меристеме.ожидания и в медулярной У-меристеме изменения Увеличение)-ее количества отмечались в

* середине префлорального периода у обоих объектов (между 2 в -4 днями у рудбекии.и'между 4 и 6 днями у периллы), тогда .

как в периферической.зоне колебания ее содержания не были ' . связаны с каким-то определенным периодом времени.

. Полученные в работе данные об изменения содержания РНК в ядЕИшках апексов рудбекии и периллы впроцесое генера-

Эпидериио ' .

:Меристема ожидания-.; ,

Перифераче- г екая мери-".: / -с тема . --

Медулярная меристема

тивной перестройки их-структуры позволяют утверждать, что : специфическая реакция на стимул,:ведущий к такой перестрой--не, связана, с функционированием меристемы ожидания -у ;перил-ды и меристемы ожидания и.медулярной зоны у рудбекии. Веродт-., но, в конце префл орально го периода количество РНК в ядрышках восстанавливается до уровня, характерного для вегетативного состояния апексов. .• '■■:...■ '..',..-г-¡..'-/У

' . '■-■■-.' 3 а к л очен и е -V' а

Отологические и цитофмзиологические,исследования у бе- < дательно показывает, что физиологическая реакция целого'ра-! ' . стения на изменение его гормональной конституции, связанная с переключением'програымы его развития с вегетативной на генеративную; реализуется в стеблевом апексе ж выражается, в • ; - ; . смене типа морфогенеза в нем.'' . .

■Поскольку вегетативный апекс^оредставляет собой сложную систему, различннч части которой принимают неодинаковое уча- ' 5 'стие в формировании листьев, стебля и в процессах самовозоб- : ; , вовлекая, возникает вопрос о последовательности фуыкциониро- ■"'.-вания и взаимодействия зон апексов у разных групп растений ; при переходе к цветению. (Ыаллева,ЮТ5). Шиляева и ЧаЯлахяк

(19/4) показали; что реакция зон апексов на воздействие фото; периодом совпадает с той последовательностью действия Сиком-, -понентной системи.горыонов, которая была ранее постулирована Чайлахянои (ЧаЗлахян/ 1С57, 1969, 1968). ; Т ^

Современная точка зрения, принимаемая,'вероятно,' боль-"":";■■'■ <. шх не тв ом исследователей, свод," тс я к тому, что за образование

генеративных органов ответственна самая апикальная группа клеток стеблевой меристемы. Активность этих клеток в вегататив- . ? ; ный и префлоральный период, вероятно, определяется размером апекса, скоростью листообразопакия, листорасположением, воз- ( растом растения и внеагними-условиями. - - /V- :'. ': Полученные в:настоятей работе»данные принципиально не; ; противоречат этим представлениям.. В то же время они позволяют отметить некоторые дополни тельные моменты,: выявившиеся ■.; ; при одновременном использовании агптшических, цитологических

1 патофизиологических показателей. Они сводятся нтому, что зональность апексов, вскрываемая по чисто морфологическим критериям,, не точно соответствует их цитофиэиологическоЯ зональности. Но и патофизиологическая зональность является весьма лабильной и;может неоднократно изменяться в зависимости, от фазы развития, например,! в течение префлорального ■-периода. Отсвда возникает вывод о необходимости"осторожно ■ относиться к попыткам однозначной интерпретации структуры апекса. .. - V' - ^ -' ■ / '

Интересный представляет также_то, что в конце.префло-рального периода, в момент, когда апекс должен приступить . к морфогенезу собственно генеративных элементов, по многим -показателям его структура (но, вероятно, не активность) уподобляется вегетативной. Это может говорить о морфогеветиче-ском единстве механизмов,-ответственных:за генерацию апексом боковых-элементов, независимо от конечного назначения после днях. ■ у - ■'■'': -■ ■■* ... .■•■-.:■

Испсш>зованныв нами растения относятся не только к " -разным горюнальннм типам,^но и к разным морфотапам соцветия. У рудбекяи -это корзинка, представлявшая собой соцветие с терминальным цветком, у периллы — это удлиненная колосовидная кисть без терминального цветка. Поэтому возможно, что некоторые различия в поведении зон апексов у этих видов могут быть, связаны с неодинаковым конечным реэульта-. том их дея тельное та. -V ' ¿'" ■■/г;■ '*;

' • : В Ы В О Д Ы

На основании проведенногоколичественного анализа' ! цитологической и цитохимической дифференциации агоксов в начальный период их трансформация в генеративное состояние у рудбекии и'оеряллы - растений с "различным соотношением компонентов гормонально! системы, ответственной ва' переход к цветению, можно сделать еле душив вывода:

I. Под влиянием фотопериодическои анлукпи» происходит увеличение' митотической активности в апексах у обоих

-и ' ■ 1. » - , ■ : -'Л 22» ^ л ' .

растений." Оно'!наийолев сально,ввражено в ,клетках тернинально-. го и стержневого районов меристемы. . .-Л' л *

* . ч -2.- Анатомическая структура апексов в процессе', индукции ■ .претерпеваетменее'выраженные изменения по сравнение о функ--цяональноВ структурой.- Они; заклшшотся в общей'яэодиаметриза-цияклеток меристемы и изменениях их;объемов, направления ко-

'■■■ торых отличаются в.'1 разных .зонах апексов рудбекия и периллы.■ Ч : ;-3..Переход растений в'префлоральное-состояние сопровождается противоположными"изменениями объемов ядер'иядритек,-1 в зонах апексов у сравнилаёиых * объ ектов; надбол е е чуво таитель -' ными по этим показателям были. кле таи - с тержневого и ; терминального районов апекса. ;: * ' У;"7' "V;•' , ,--'.4.Вогве^ увели-, ченяе.количества• РНК в ядрышках. .. V У ,Г •••';;••' с ^ : У'рудбекия оно локализуется в клетках меристемы ожидания:' " ' в мёдулярной' зоны, а .у периллы - только■ в ыеристеме ожидания. ' <С. Ыорфалогяческ&я и функциональная эональностьагаксов -является лабильной характеристикой и может неоднократно изме-: ' няться' при индуцированной - перестройке ихразвития, отражая % - оеобенности переходного процесса У растении, раз дичащихся по V, соотнооенио компонентов гормональной; системы. -' '; * УУ У V б^Вконцепрефлорального.периода; возможно, происходи т. частичное восстановленив'зональной 'структуры аюксов до со- / стояния, характерного для вегетирушегораотения.'Это може!т .„ \ быть связано с возобновлением прерванной^индукцией работа " пластохронного цикла, надравленной:на формирование цветковых / бугорков.:-к: ""

Основные положения диссертация изложены в следующих работах: ,. • ^Т^'-Н'':^. ■

Х.^орфсиетрическое'изучение отеблевой меристемыдлиа-нодневного-растения,руд бекия при фотопериодаческой яндгжции;

• (совместио с Ыигаевой Э.Л. и Врмаковым И.П.)подготовлено.

печати.; .'

//••* 2.г;Иорфоиетрич"есков' изучение/стеблевой'меристемы;корот-:;. кодневного растения. першиьГ при фотоперяодической индукции-..-' (совместно с Ермаковым и1П, "и Миляевой Э,Д.) - подготовлено .

. •• ■ '■' ■V .■■ . >.• ♦ • ;..V - . ■■ . 'г* . - < ,"*;•