04 декабря 2016г.
Введение
Органы растений представляют собой пластичные системы, способные менять в экспериментальных условиях in vitro процессы дифференциации под воздействием определенных физических и химических факторов. Последовательность конкретных событий, связанных с клеточной дифференцировкой и формированием зрелых трахеальных элементов изучена на различных объектах (Möller, 2006; Lacayo et al., 2010; Höfte, 2010; Oda, Fukuda, 2012).
Iris ensata Tnunb. благодаря яркой окраске цветков культивируется в качестве декоративного растения. Изучен химический состав и фармакологическая активность вторичных метаболитов. Доказана актуальность использования данного вида в традиционной и современной фитотерапии (Блинова и др., 1977; Долганова, 2002). В культуре ткани I. еnsata мало изучен.
Материалы и методы
В исследованиях использовали растения-регенеранты I. ensata из коллекции Отдела биотехнологии растений Южно-Сибирского ботанического сада Алтайского государственного университета.
Работу проводили на основе общепринятых в биотехнологии растений методов (Калинин и др. 1980), использовали стандартную питательную среду MS (Murashige Skoog), дополненную 6-бензиламинопурином (БАП). Растения выращивали при температуре 20- 30°С, 16-часовом фотопериоде, при интенсивности освещения 2000 − 4000 лк. Постоянные препараты для анатомических исследований готовили по общепринятым методикам (Барыкина и др. 2004) в нашей модификации.
Результаты и их обсуждение
При анатомическом исследовании побегов I. еnsata в культуре in vitro были отмечены особенности образования проводящей системы, в частности ксилемы. От основания побегов (места соприкосновения ткани и питательной среды) тянулись проводящие пучки, содержащие в своём составе сосуды, трахеиды и трахеидоподобные клетки (гидроциты). Причём, гидроциты мощным слоем окутывали проводящий пучок и сопровождали его вдоль побега на некоторую высоту, в связи с этим базальная часть побега была пронизана массой гидроцитных тяжей, а в апикальной части гидроцитов было значительно меньше. Гидроциты имели точечно-поровое утолщение и отличались от других элементов ксилемы наличием ядер и живого цитоплазматического содержимого (рис. 1 а, б).
Гидроциты принадлежат к широко распространённому типу водоносных элементов
и отличаются от анатомических элементов других типов тем, что в них сравнительно
долго сохраняются
клеточные ядра, хотя утолщения их оболочек одревесневшие. Гидроциты способствуют более быстрой подаче воды, чем обычные паренхимные клетки экспланта, в результате чего в экспланте формируется полноценный проводящий пучок
(Александров, 1966).
Формированию очагов меристематической активности у I. еnsata в культуре ткани
предшествовала изоляция инициальной клетки посредством утолщения клеточной стенки и несколько
последовательных делений, что приводило
к образованию полиады – группы клеток под общей оболочкой. В результате лизиса этих оболочек и клеточных делений,
формировался массив мелких клеток меристематического характера – зачаток побега.
Начало дифференциации элементов васкулярной системы (гидроцитных узлов и тяжей)
можно было наблюдать уже на стадии полиад, что определяло, по-видимому, более быстрое развитие образующихся de novo зачатков адвентивных побегов (рис. 2 а, б). Это,
вероятно, связано с перераспределением пластических веществ в материнском побеге и регуляторов
роста,
а
также
переноса их в зоны активных
побегообразовательных процессов.
Дифференциация трахеальных элементов характеризуется утолщением клеточной
стенки, лигнификацией и смертью клеток. Трахеальные элементы, образуемые в
эксплантах, представляют собой клетки с вторичными утолщениями клеточной
стенки и могут рассматриваться (Roberts, 1969) как адвентивные трахеиды.
Количество
гидроцитов у I. еnsata зависело от концентрации БАП в питательных
средах. С увеличением концентрации фитогормона всё большая часть паренхимных
клеток центрального цилиндра
побега подвергалась дифференциации в гидроциты, которые окутывают проводящие пучки и, по-видимому, тем самым помогают пучкам
справиться с дополнительной нагрузкой. Но процесс формирования гидроцитов не может быть бесконечным. Под влиянием высоких концентраций БАП наступает такой момент,
когда их количество становиться избыточным, и они заполняют весь центральный цилиндр, вытесняя паренхиму и
угнетая проводящие пучки (рис. 3 а, б). Побег
испытывает недостаток
в воде и питание, внешне выглядит угнетённым с пониженным тургором тканей. Растение перестаёт
размножаться и в конечном итоге гибнет.
Заключение
По своему строению,
гидроциты – это трахеиды с утолщениями (спиральными, кольчатыми, точечными), но, в отличие от трахеид и сосудов ксилемы (они образуются на базе прокамбия или камбия – особых латеральных первичной или вторичной меристем),
гидроциты дифференцируются из клеток постоянных тканей (подобно феллогену),
которые, вероятно, на момент дифференциации обладали меристематической
активностью. Гидроциты не являются результатом деятельности апикальных меристем. Они способствуют проведению метаболитов в области гистогенеза и органогенеза и
образуют «мостики» между материнскими тканями экспланта и клетками прокамбия, которые формируются в точках морфонегенеза из апикальных меристем. Это очень
важно. Таким образом проявляются механизмы морфогенеза, как ответ на биохимический
состав питательной
среды
и физиологическое состояние материнского растения.
Список литературы
1. Александров В.
Г. Анатомия растений. М.: Высшая школа,
1966. 431 с
2.
Барыкина, Р.П.,
Веселова,
Т.Д., Девятов,
А.Г.
Справочник по ботанической микротехнике.
Основы и методы. М.: МГУ, 2004. 312 с.
3.
Блинова К.Ф., Глызин В.И., Пряхина Н.И. С-гликозид из Iris ensata // Химия природных соединений.
1977. №. 1.
С. 535.
4.
Долганова З.В. Биология и интродукция цветочно-декоративных корневищных
многолетников в Западной Сибири / З.В. Долганова. – Новосибирск, 2002. – 232 с.
5.
Калинин Ф.Л., Сарнацкая В.В., Полищук В.Е. Методы культуры в физиологии и
биохимии растений. Киев, 1980. 488 с.
6.
Höfte H. Plant cell biology: how to pattern a wall // Current Biology,
2010. V. 20. №10. P. 450–452.
7.
Lacayo, CI, Malkin, AJ, Holman, HYN, Chen, L, Ding, SY, Hwang, MS, & Thelen, MP.
Imaging cell wall architecture in single Zinnia elegans tracheary elements // Plant
Physiology,
2010. - Vol. 154(1). – P. 121–133.
8.
Möller R. Tracheary element differentiation
and
secondary cell-wall
formation in cell cultures of coniferous gymnosperms
// New Zealand Journal of Forestry Science,
2006. V. 36. № 1.
P. 156–171.
9.
Oda Y., Fukuda H. Secondary cell wall patterning during xylem Differentiation
//Current
Opinion in Plant Biology, 2012.
V. 15. № 1. P. 38–44.
10 . Roberts L.W.
The initiation of xylem differentiation
// Bot. Rev., 1969. Vol. 35. № 3.P. 201-250.
