Применение искусственной питательной среды

За последнее время все более и более широкий размах приобретают работы по выращиванию цветков, соцветий, зародышей, эндосперма, завязей, семяпочек, пыльников и пыльцы на искусственной питательной среде in vitro в контролируемых условиях. Культивируя in vitro целые цветки или их части, ученые пытаются выявить факторы, ответственные за их развитие и дифференциацию, влияние на них различных химических веществ и показать, как проходят эмбриональные процессы in vitro и in vivo. Для преодоления нескрещиваемости в настоящее время разработаны методы искусственного опыления внутри завязи и искусственного оплодотворения цветков, отделенных от материнского растения и культивируемых на искусственной питательной среде.

В этом направлении особенно ценны работы индийских ученых школы Махешвари.

Панчанан Махешвари. 1904–1966.

Махешвари и его учениками (1962) установлено, что при инъекции суспензии пыльцы в завязи Papaver somniferum, Eschscholzia californica, Agremone mexicana и A. ochroleuca пыльца хорошо прорастает непосредственно на семяпочках; пыльцевые трубки входят в них и производят оплодотворение, в результате чего образуются нормальные плоды и семена, хотя и несколько в меньшем числе, чем в естественных условиях. И.М. Поляков и В.П. Деревянко (1971), применив аналогичную методику, добились массового получения полноценных семян у Papaver somniferum путем «внутризавязного опыления».

При одновременной культуре пыльцы и неоплодотворенных семяпочек Papaver somniferum, Eschscholzia californica, Agremone mexicana, Nicotiana rustica, N. tabacum, Dicranostigma tranchetianum и некоторых видов семейства Caryophyllaceae на питательных средах Нича и Уайта в пробирках обнаружено прорастание пыльцы, оплодотворение, развитие зародышей, эндосперма, семян и взрослых растений (Н. Рангасвами, 1963; П. Махешвари и К. Канта, 1964; М. Ценктелер, J 969; Б. Джори, 1971). Опыление и оплодотворение семяпочек табака в культуре с последующим получением нормальных проростков было успешно проведено А.И. Здруйковской‑Рихтер (1971). Подобное же наблюдалось и у гибридных растений.

Ценктелер (1969, 1970) применял технику искусственного опыления и оплодотворения в пробирке не только в тех случаях, когда пыльца и семяпочки принадлежали разным видам одного и того же семейства, но и в тех случаях, когда пыльца и семяпочки относились к разным семействам. Опыляя семяпочки Melandrium album пыльцой Datura stramonium, он наблюдал оплодотворение и образование двухклеточного проэмбрио, который, однако, вскоре дегенерировал. Эти приемы открывают новые перспективы для преодоления нескрещиваемости при несовместимости пыльцы отцовского растения с рыльцами, столбиками или самой завязью материнского растения.

Для селекционеров и генетиков особенно интересен метод культуры зародышей на искусственной питательной среде, так как он позволяет получить гибридные зародыши от таких скрещиваний, которые в обычных условиях не удаются (например, скрещивание пшеницы с элимусом), дает возможность преодолеть период покоя и ускорить прорастание труднопрорастающих семян (например, ириса) и получить раннеспелые сорта персика, черешни, вишни и миндаля в тех случаях, когда в обычных условиях зародыши абортируют в семенах.

Кроме того, этот метод помогает подойти к познанию физиологии и биохимии зародыша.

Дополнительным средством преодоления трудностей получения in vitro проростков из недоразвитых зародышей является культура соцветий, цветков и завязей. Она полезна также для понимания действия опыления, оплодотворения и вегетативных частей цветка (околоцветника) на развитие плода. Кроме того, эти опыты ставились многими исследователями для изучения влияния на женскую генеративную сферу различных веществ – кинетина, колхицина, тиамина, биотина, гиббереллина, казеинового гидролизата, томатного сока, дрожжевого экстракта и т. д. По культуре соцветий, цветков и завязей особенно успешными были опыты Ж. Нича (1949 и позднее) и П. Махешвари с учениками (1958, 1961–1963).

Было установлено, что зародыши могут возникать не только из половых, но и из соматических клеток каковыми являются клетки нуцеллуса и покровов семяпочки. В этой связи следует отметить работы Ф. Стьюарда и его учеников (1958–1967). Они показали, что при культуре изолированных клеток флоэмы моркови in vitro последние начинают делиться, образуются клеточные массы, подобные зародышам (эмбриоиды), которые развиваются во взрослые растения. В настоящее время доказано, что можно культивировать in vitro изолированные клетки почти любой живой ткани растения, за исключением, может быть, только древесины. Таким образом, растительные клетки отличаются тотипотентностью. В Советском Союзе работы Стьюарда и его школы были успешно повторены и продолжены Р.Г. Бутенко (1964, 1970).

Немало внимания уделяют в последнее время культуре пыльников, микроспороцитов и пыльцы на искусственной питательной среде (Дж. Тейлор, 1950; А. Шпароу, 1959; И. Вазил, 1959, 1963; Б. Джори, 1971; С.А. Резникова, 1970, 1971). Исследованиями по культуре in vitro изученных пыльников установлено, что на искусственной питательной среде мейоз, развитие микроспор и мужского гаметофита протекают так же, как и в естественных условиях, поэтому такая методика открывает перспективы для исследования физиологии и биохимии этих процессов в контролируемых условиях.