КУЛЬТУРА ИЗОЛИРОВАННЫХ ПЫЛЬНИКОВ ЗЛАКОВ: ТОЧКА ЗРЕНИЯ

ЭМБРИОЛОГА. 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭМБРИОИДА

Н.Н.Круглова, О.А.Сельдимирова

Институт биологии Уфимского научного центра РАН, Уфа

В культуре изолированных пыльников представлены два пути морфогенеза in vitro: эмбриоидогенез и каллусогенез [6, 12]. Мы дадим характеристику именно эмбриоиду как более интересной с эмбриологической точки зрения морфогенной структуре. Впервые эмбриоидогенез у цветковых растений был обнаружен F.Steward [19] и J.Reinert [20] при изучении морфогенеза в суспензионной культуре моркови. Термин "эмбриоид" был предложен в работе I.Vasil, A.Hildebrandt [21]. Объем понятия "эмбриоид" в настоящее время дискутируется.

В разрабатываемой Т.Б.Батыгиной концепции репродукции [3-5, 14] эмбриоид рассматривается как зародышеподобная биполярная структура, образующаяся асексуально, как зачаток нового растительного организма, как одна из структурных единиц бесполого размножения цветковых растений in vivo и in vitro. Автор концепции предлагает выделять эмбриоидогенный тип репродукции, рассматривать эмбриоидогению как особый способ образования нового индивидуума, а эмбриоидогенез – как оригинальный способ образования спорофита при гомофазном воспроизведении. Эмбриоид, аналогично зиготическому зародышу, характеризуется сопряженным развитием апексов побега и корня, развиваясь как отдельная (от материнского организма или каллуса) единая система с закрытым радикулярным полюсом.

При характеристике эмбриоидов, образовавшихся в ходе культивирования пыльников, употребляются термины "андрогенный зародыш" и "глобулярный пыльцевой зародыш". На наш взгляд, эти термины эмбриологически абсолютно некорректны. Применяемый же термин "пыльцевой эмбриоид" эмбриологически грамотнее, хотя и здесь возможна редакция, например: "эмбриоид микроспориального (пыльцевого) происхождения".

По морфологическим показателям эмбриоид злаков, например, пшеницы - это белая матовая плотная структура глобулярной, иногда булавовидной формы [1, 6, 13].

При цито-гистологическом анализе эмбриоида в динамике развития была использована предложенная нами периодизация развития этой морфогенной структуры [7].

Данные светооптического и электронномикроскопического (ТЭМ) анализа свидетельствуют о меристематичности клеток ранних эмбриоидов и появлении очагов клеточных делений в этих структурах на более поздних этапах развития, а в целом - об их высокой функциональной активности [2, 6, 9-11, 15, 16].

Согласно данным СЭМ, эмбриоиды на всех стадиях развития характеризуются четко организованной структурой поверхности [1, 13].

В литературе сведения о дальнейшем развитии эмбриоидов злаков в растение-регенерант крайне скудны (в отличие от данных о развитии эмбриоидов представителей класса двудольных, например, семейства пасленовых). В этом плане результаты, полученные в нашей лаборатории на примере пшеницы, достаточно уникальны.

Накопленный фактический материал позволяет включиться в дискуссию о нетрадиционных способах размножения растений, в частности эмбриоидогении как типа бесполой репродукции цветковых растений in situ, in vivo, in vitro, элементарной структурной единицей которой является эмбриоид.

Основной дискуссионный вопрос при анализе этой проблемы - выявление сходства и различия андрогенного эмбриоидогенеза in vitro и зиготического эмбриогенеза in vivo у покрытосеменных.

Известно, что зиготический эмбриогенез in vivo представляет собой единый процесс, в результате которого из одной исходной клетки - зиготы - формируется зрелый зародыш. Зародыш в своем развитии проходит ряд дискретных фаз, различающихся по морфофизиологическим процессам, функциональной нагрузке, продолжительности, значению для дальнейшего развития растения.

Согласно нашим данным, начальные фазы как эмбриоидогенеза in vitro, так и эмбриогенеза in vivo у пшеницы совпадают [9-11, 16-18].

Дальнейшее развитие эмбриоида и зародыша у пшеницы происходит весьма своеобразно. Эмбриоид, берущий начало от морфогенной микроспоры пшеницы - представителя класса однодольных, - развивается по двум направлениям - аналогично зиготическому зародышу однодольных, вплоть до зрелого односемядольного эмбриоида (в 3/4 случаев) и аналогично зиготическому зародышу двудольных, вплоть до зрелого двусемядольного эмбриоида (в 1/4 случаев). Мы предполагаем, что процесс культивирования in vitro создает благоприятные условия для реализации многих резервов морфогенной микроспоры пшеницы, как явных (развитие аналогично зиготе однодольных), так и скрытых (развитие аналогично зиготе двудольных) [8].

Таким образом, на наш взгляд, есть все основания выделять у пшеницы особый эмбриоидогенный тип репродукции in vitro, рассматривать эмбриоидогенез как оригинальный способ образования спорофита, а андрогенез in vitro - как нетрадиционную систему размножения [8].

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 99-04-48496).

16. Kruglova N.N. Comparative ultrastructural analysis of the early stages of morphogenesis in vitro and morphogenesis in vivo in wheat//Труды междунар. конф. по анатомии и морфологии растений. СПб., 1997, с. 355.

17. Kruglova N.N., Gorbunova V.Yu. Pollen embryoid and sexual embryo: similarity and difference//Proceed. XII Intern. Congr. on Sexual Plant Reproduction. Ohio, 1992, р. 36.

19. Steward F.G. Growth and organized development of cultured cells //Amer. J. Bot. 1958, v. 45, N 10, p. 467-473.

20. Reinert J. Untersuchungen uber die Morphogenese an Gewebekuluren//Berl. Deutsch. Ges. 1958, bd. 71, h. 1, s. 218-226.

21. Vasil I.K., Hildebrandt A.C. Variations of morphogenetic behaviour in plant tissue cultures//Amer. J. Bot. 1966, v. 53, N 9, p. 869-874.

С эмбриологических позиций на примере злаков рассмотрены некоторые методологические аспекты изучения андрогенеза in vitro и метода культуры пыльников, основанного на этом феномене. Дан сравнительный анализ микроспориального эмбриоида и зиготического зародыша. Обсуждена используемая терминология.

ANTHER ISOLATED CULTURE OF CEREALS: THE OPINION OF EMBRYOLOGIST. 2. CHARACTERISTIC OF EMBRYOID

From the standpoint of plant embryology some methodological aspects of investigation of androgenesis in vitro and anther culture method based on this phenomenon are

considered using the cereals as an example. The comparative analysis of microsporial embryoid and zygotic embryo was made. The used terminology is discussed.