Ранее биология развивалась только за счет
совершенствования методов непосредственного наблюдения организмов.
Сегодня благодаря новейшему электронному микроскопу,
создающему
увеличение в миллион и более раз, мы видим молекулы, а используя
рентгеноструктурный анализ, можем изучить их структуры. Однако следует
помнить, что при всей важности полученных к настоящему времени знаний
по молекулярной биологии главным в исследованиях должен оставаться
живой организм и его клетки.
Эксперименты в биологии становятся все сложнее. Но для познания тайн
растений иногда можно обойтись без дорогостоящих установок и
препаратов. Бывает достаточно простого опыта и… таланта.
Вспомним Грегора Менделя. Великие законы наследственности были открыты
чешским монахом не в лаборатории со сложнейшей аппаратурой, а на
небольшом участке земли - в монастыре св. Томаса с помощью семян
душистого гороха и лопаты. А опыты по гибридизации клеток? Слияние
протопластов растительных клеток - клеток, лишенных оболочек - открыли
новую главу в биологии клетки. Для этого немецкому ботанику Е. Кюстеру
в 1909 году потребовались кожица лука, световой микроскоп, известный
уже 300 лет, и искусство экспериментатора, чтобы механическим путем
лишить клетку ее стенки…
Наши представления о растительной клетке расширились благодаря новому
методу исследований, разработанному ботаниками несколько десятилетий
назад. Это метод культуры изолированных тканей и клеток. Если срезать
часть стебля табака или корнеплода моркови, простерилизовать его и
поместить в пробирку с питательной средой на основе агара - продукта,
получаемого из морских водорослей,
то образуется каллусная ткань.
Если кусочек этой бесформенной массы поместить в другую
пробирку с питательной средой, то скоро начнут образовываться новые
клетки - и так до бесконечности.
Культура ткани, следовательно, представляет собой группу однородных
клеток, выращиваемых на специальной питательной среде в стерильных
условиях. Чаще всего выращивают каллус - неорганизованную массу крупных
клеток, не имеющих ни специфической формы, ни определенных функций.
Сегодня благодаря методу культуры тканей искусственным путем выращивают
каллусы из клеток женьшеня, раувольфии змеиной и других редких лекарственных растений. А это
значит, что сокращаются сборы ценных
лекарственных растений в тайге, уменьшаются площади их посевов. Каллусы
химически перерабатывают, извлекают биологически активные вещества и
получают новые фармацевтические препараты.
Совсем недавно ученым удалось выделить из тканевой культуры одну клетку
и вырастить затем целое растение. Для этого отдельные клетки культуры
ткани моркови перенесли в пробирку с питательной средой. Когда вновь
образованная масса клеток стала достаточно большой, их снова перенесли
на новую питательную среду. Вскоре растущая масса ткани моркови смогла
восстановить побеги, которые укоренились и, пересаженные в почву, дали
целое растение. Тем самым было доказано, что все клетки имеют
одинаковые потенциальные возможности, то есть им присуща
тотипотентность.
Рис.1. Полное восстановление цветущей моркови из одной клетки.
Свойства организмов запрограммированы в молекулах ДНК. Все клетки
данного растения имеют одинаковые молекулы ДНК. Следовательно, из
каждой клетки может вырасти целое растение. Однако специализация клеток
и образование органов растения определяются многими причинами. В
зависимости от местоположения клетки, внутренних и внешних условий ее
потенциальные возможности могут или проявиться, или нет. Так, подбирая
определенную питательную среду, в каллусе, где происходит монотонное
размножение и рост клеток, можно вызвать образование корней или
побегов. Таким образом, в каждой специализированной клетке растения
реализуется из всей генетической программы лишь ее небольшая часть,
необходимая для поддержания жизнедеятельности и выполнения функций
данной клетки.
Сейчас во многих странах идут эксперименты по скрещиванию растений
разных видов путем слияния их клеток и последующего размножения.
Сущность нового способа гибридизации заключается в том, что в качестве
родительских клеток используются не половые клетки (гаметы), а
соматические (клетки тела) клетки растений. С помощью специальной
обработки ферментами растворяют клеточные оболочки и получают "голые"
клетки - протопласты, которые сравнительно легко размножаются на жидких
искусственных средах в чашках Петри или в пробирках. В дальнейшем из-за
отсутствия жесткой оболочки такие клетки можно заставить соединиться
друг с другом. И вот что удивительно - у слившихся протопластов
восстанавливается клеточная оболочка. Из таких гибридных клеток
выращивают новые растения.
За последние десятилетия на эту тему появились публикации всего о
нескольких десятках экспериментов, среди которых сообщение о том, что
советским исследователям удалось слиянием протопластов создать
гибридные клетки между разными видами табака,
а также картофеля и
вырастить из них целые растения. К сожалению, в межвидовой гибридизации
успехи достигнуты пока лишь в единичных опытах. Ученые из ФРГ соединили
клетки культурного томата с клетками обыкновенного картофеля и получили
гибридные клетки, назвав их томофель. Им же удалось добиться слияния
протопластов различных видов дурмана, не способных к половой
гибридизации, и вырастить из них растения, приносящие семена.
Слияние протопластов и создание гибридов отдаленных видов растений
оказалось делом трудным. Но все-таки ученые слили клетки свеклы и лука,
гороха и бобов, табака и петуньи, пшеницы,
сои и сизого табака, дурмана
и белены, сныти и моркови. Успехов в получении межвидовых гибридов
добились и молодые сотрудники лаборатории цитологии и конструирования
растительной клетки Института ботаники АН УССР под руководством доктора
биологических наук Ю. Ю. Глебы. Здесь смогли из слившихся протопластов
арабидопсиса и турнепса вызвать развитие гибридного растения, у
которого листья и цветки имели признаки обоих родителей, но само новое
растение оказалось стерильным, то есть не давало семян. Анализ хромосом
и биохимические исследования показали, что в процессе неорганизованного
роста и размножения у таких клеток происходят перестройка и
исчезновение части хромосом.
В последнее время широко используют культуру тканей верхушек стебля для
оздоровления посадочного материала. Распространенные сейчас сорта
картофеля, томатов, малины, садовой земляники часто поражаются
вирусными болезнями, что приводит не только к большим потерям урожая,
но и вырождению этих хозяйственно-ценных растений. Фитопатологи -
специалисты, изучающие болезни растений, - установили, что верхние
части верхушек стебля и корня свободны от вирусов. Но как получить из
кусочков этих здоровых тканей целые растения? И здесь помог метод
культуры тканей. С хирургической точностью и стерильностью вырезали
крохотный верхний кончик стебля - конус нарастания
- размером всего 0,5
миллиметра и даже меньше (чем меньше кусочек ткани, тем больше
гарантия, что он свободен от вирусов), затем быстро перенесли его в
пробирку со специальной питательной средой. Через месяц в пробирке из
изолированной верхушки побега выросло мини-растение. Пересаженное в
почву, оно образовало взрослое здоровое растение. Таким способом в
нашей стране уже оздоравливают многие сорта картофеля, сои, земляники,
малины и даже декоративные растения - гвоздику и орхидею.
