И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 107

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 107)

7.2.2, 7.2.3, 7.2.4). При перемешивании в жидкой среде растительные клетки образуют небольшие агрегаты (по 5 — 25 клеток). Такой способ выращивания клеток называют суспензионнай культурой; клетки находятся в ней примерно в одинаковых условиях. В суспензии легко измерять число клеток, сырую и сухую биомассу. Питательную среду со временем приходится заменять: клетки периодически пересаживают в новую среду. Такой способ выращивания называют периодической культурой. График изменения параметров роста от времени называют кривой роста (рис.

7.1). На этой кривой выделяют несколько характерных участков. На начальной стадии (рис. 7.1, 1) клетки не растут„их число и биомасса не изменякпся — это так называемая лаг-фаза. В течение лат-фазы клетки адаптируются к новым условиям и происходит изменение химического состава среды (кондиционирование). За лаг-фазой идет фаза экспоненциального роста (11). Большинство клеток вовлекается в процесс деления. Клетки слабо вакуолизированы, интенсивно используются ресурсы питательной среды. В фазе замедления роста (1П) число клеток, участвующих в митозах, постепенно уменьшается, нарастает вакуолизация. Иногда между фазой экспоненциального роста и фазой замедления роста выделяют фазу линейнога роста. Вследствие исчерпания ресурсов среды наступает стационарная фаза (1Р) — кривая роста выходит на плато, число клеток и их биомасса меняется слабо, митотический индекс падает.

Обыч- и 1 но на этой стадии периодическую суспен- о у зионную культуру пересаживают. Если это- б го не сделать, наступает фаза деградации (Г) — клетки начинают погибать. Кривая роста, полученная для периодической суспензионной культуры, дос- 5' 1 таточно показательна. Аналогичные кривые можно получить и на целых растени- ьл лх. Например, у однолетников лаг-фаза Время, сут соответствует периоду покоя семени, на начальных этапах рост идет медленно, Рис.7.1.Криваяроставнериодичеусиливаясь по мере развития листьев (эк- ской суснензионной культуре: споненциальный рост). Замедление роста ! — лм-фаза; 1! — фаза зкснонаннналь- ного росга; 11! — фаза замедления роста; свЯзано с ФоРмиРованием цветков и пло- 1у анионарн,„ф„,а.

у фаза да, а лов, в конце жизни растение болыпе не данин 417 М ои»«»»~«я лаос«ил растет (фаза стационара) и после плодоношения погибает (деградация). Получение кривых роста для деревьев более трудоемко (трудно точно оценить биомассу и количество клеток, фаза деградации иногда затягивается на 400 лет и более и т.д.), но общий характер кривой роста сохраняется. В природе растение подвергается действию внешних факторов, которые изменяют характер кривой роста.

Даже в благоприятных условиях скорость роста различна днем и ночью (различаются температура, испарение, поступление воды и минеральных веществ, доступность фотоассимилятов). При этом в течение суток наблюдаются кратковременные периоды интенсивного роста и «стационары», Для деревьев характерны сезонные колебания роста. Наиболее известный пример — различная скорость отложения древесины. Каждая почка растет в соответствии с Б-образной кривой роста. И в этом случае внешние факторы обусловливают чередование интенсивного роста с фазой «стационара», которая стыкуется с лаг-фазой следующего ритма роста.

Общая кривая роста оказывается составленной небольшими (разномасштабными) Б-образными участками. Таким образом, кривая роста целого растения обычно имеет более сложную форму, чем кривая роста в периодической суспензионной культуре. 7А.З. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА Термин дифферевцщювка (от лат.

г)Яегевва — различие) был введен для обозначения процесса приобретения различий между клетками (тканями, органами, системами органов и т.д.). Предполагается, что есть начальное недифференцированное состояние, когда наблюдатель не может установить различий между клетками, затем появляются видимые различия клеток и они становятся дифференцированными. Традиционно недифференцированными считают: делящиеся клетки эмбриона; меристематические клетки апексов корня и стебля, кам-' бия, феллогена, интеркалярных меристем; клетки, неорганизованно делящиеся в экспериментальных условиях (суспензионная и каллусная культура й гчуго).

Клетки, покинувшие зону деления, приступают к дифференцировке. Результат этого процесса можно увидеть, например, при образовании проводящей системы: возникает прокамбий, который дифференцируется на флоэму, ксилему и камбий. Во флоэме дифференцируются ситовидные элементы и клетки-спутницы, в ксилеме — паренхимные клетки и трахеиды. Проводящий пучок может быть усилен дифференцирующимися механическими тканями и т, д. В данном примере клетки поэтапно приобретают анатомические различия в связи с выполняемыми функциями, многообразие клеток растет. Анатомической дифферевцировке предшествует бцтимическая дифферевцировка, когда видимых различий между клетками мало, но они не одинаковы по содержанию тех или иных веществ.

Удобнее следить за дифференциальной экспрессией генов: появлением новых или снижением уровня старых мРНК, белков. Эти данные позволяют зарегистрировать различия между клетками раньше, чем они станут видимыми на анатомическом уровне. Таким образом, дифференцировка начинается с изменения активности генома, экспрессии одних генов и подавления активности других. При таком подходе делящиеся клетки меристемы придется считать дифференцированными, так как для прохождения клеточного цикла нужна опреде- 4)8 ленная активность генома, которая и будетотличать эти клетки отдругих. Анатомы давно обратили внимание на неоднородность клеток меристемы. Можно сказать, что апикальная меристема корня дифференцирована на каллиптроген (инициали чехлика), дерматоген (инициали эпидермальной ткани), инициали коры, покоящийся центр и инициали осевого цилиндра.

Для каждой из групп делящихся клеток характерны определенная локализация, направление веретена делений и тип производных клеток. Исследование меристемы методами молекулярной генетики показывает, что обнаруженная анатомами дифференцировка меристемы на зоны совпадает с зонами дифференциальной экспрессией определенных генов. Более того, саму меристему в целом можно достаточно четко выделить по зонам дифференциальной экспрессии. Таким образом, меристема является биохимически дифференцированной тканью.

Диф4еренциальиал экспрессия генов — фундаментальное проявляение дифференцировки, и, как это ни парадоксально, недифференцированных клеток вообще не существует. Понятие «недифференцированный» хорошо работает только там, где в соответствии с задачами исследования исходные различия между клетками не учитывают (или нет методов их обнаружить). Итак, дифференцировкой можно назвать процесс изменения профиля генной активности, приводящий к дальнейшему изменению функции клеток. 7.1.4.

ТОТИПОТЕНТНОСТЬ. ТЕРМИНАЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА В эмбриологии животных процесс дифференцировки изображают как сложный «ландшафт», по которому катится «шар». Шар — это символ клетки, дающей начало новому организму. В развилках шар «совершает выбор» и скатывается по одной из нескольких возможных траекторий.

Так и клетки, возникшие при делении зиготы, направляются по одному из возможных путей дифференцировки. При этом клетки теряют «морфогепетический потенциал». Все «траектории» заканчиваются в «море», символизирующем смерть организма.

Если в начале пути у «шара»-клетки много потенциальных возможностей, то по мере приближения к «морю» их становится все меньше (рис. 7.2). По имени Рис. 7.2. Морфогепетический ландшафт Уоддинггона. Развилки иа траектории обозначают выбор путей дифференцировки, крестики — нереатизоввииые пути. При «еквтыввиии«злвра к «морю» возмомиоетей выборе становится все меньше 419 ученого, предложившего такую аналогию, ее называют морфогенетичесним ландшафтом Уоддингтона. Процесс дифференцировки равносилен потере морфогенетического потенциала. В отличие от клеток животных большинство клеток растений после анатомической дифференцировки легко переходят к делению.

Такой процесс называют дедифферениировкой (потерей специализации). При механическом повреждении растения, а также в условиях эксперимента дедифференцировка приводит к образованию каллуса — ткани, обладающей быстрым ростом, и без строгой пространственной организации веретен деления. В каллусной культуре можно вызвать образование новых органов: корней, побегов, эмбриоидов (см. подразд. 7.2.3). При отсутствии видимого порядка каллусная ткань частично сохраняет профиль генной активности, характерный для исходных тканей. Так, каллусы, полученные из тканей листа, при соответствующей обработке развивают вегетативные побеги, каллусы из цветоножек образуют цветки, а каллусы из стенок завязи — рыльца.

Характеристики

Список файлов книги