Биотехнология
оплодотворить собственной пыльцой.
В пробирке случается порой преодолеть несовместимость довольно
отдаленных видов, и даже родов растений. Однако бывает и так, что скрестить
растения, относящиеся к двум разным видам или родам, удается, но полученные
от гибридизации семена не желают прорастать — сказывается несовместимость,
допустим, зародыша с эндоспермом. Это обычное явление при скрещивании
пшеницы и ржи (есть, однако, и другие факторы, препятствующие прорастанию).
В таких случаях с успехом прибегают к
отделению зародыша от эндосперма на ранних этапах развития зерновки и
помещению зародыша на искусственную питательную среду, состоящую из многих
компонентов.
При выращивании молодых эмбрионов добились завязывания жезнеспособных
семян у межродовых гибридов - ячмень X рожь, элимус X пшеница, трнпсакум X
кукуруза; томат культурный X томат перуанский, чина пурпурная X чина
членистая, лядвенец тонкий X лядвенец топяной, донник желтый X донник
белый, фасоль обыкновенная X фасоль остролистная (тепарн), клевер сходный X
клевер гибридный (розовый), слива североамериканская X слива персидская. М.
Ф.Терновский с сотрудниками получил межвидовой гибрид табака с новыми
свойствами устойчивости благодаря культуре на искусственной питательной
среде каллусов из неспособных к прорастанию гибридных семян. Таким же путем
получены нормальные гибриды первого поколения от скрещивания днплоидных и
тетраплоидных форм райграса.
И наконец, еще одно важное достоинство использования питательных
сред. В пробирке удается слить воедино соматические клетки разных видов.
Для этого, правда, их приходится беззастенчиво «раздевать» — освобождать от
оболочки с помощью
специальных ферментов. После этой процедуры мы имеем дело уже не с клеткой,
а с протопластом. Протопласты двух видов кидают в один протопласт -
гетерокариот, который через некоторое время обзаводится новой «одежкой».
Так удается объединять даже животные клетки с растительными, например
клетку табака с обнаженной
клеткой дрозофилы. Надо сказать, что такие клетки, хотя и пытаются
делиться, но впустую. К делению способны пока лишь слитые клетки видов в
пределах одного рода, изредка - различных родов и семейств. Но как знать!
Со временем будет преодолена и
эта несовместимость, и селекционеры получат гибриды, которые им и во сне не
снились.
К настоящему времени удалось совместить протопласты и получить
соматические гибриды картофеля и томата, правда, с мизерным урожаем плодов
и клубней. А вот соматическая гибридизация устойчивых к болезням и
вредителям диких диплоидных видов картофеля (2х) с культурными диплоидными
{2х) может представить практический интерес: 2х + 2х = 4х - это как раз
оптимальный уровень плоидности у картофеля.
Неожиданны результаты канадца К. Н. Као, который получил
гетерокариотическне (с совмещенными ядрами) клетки из слившихся
протопластов
сон и табака сизого (табачного дерева), способные к делепию, и линии клеток
сои и табака с синхронным делением хромосом.
При использовании культуры клеток и тканей удается быстро размножить
новый сорт, если культуру в производстве размножают вегетативно, или линию
для производства гибридных семян у овощных, декоративных и других
возделываемых растении. Чаще всего размножают (клонируют) верхушки побегов
(такое размножение не совсем точно называют культурой меристемы - ведь,
кроме последней, в процесс включаются и другие элементы) и латеральную
(боковую) меристему - образовательную, интенсивно делящуюся ткань.
Возрастает использование культур тканей для клоннрования соцветий, цветков,
боковых почек, листьев и корней, культуры
каллуса и в отдельных случаях культуры клеток. У спаржи для размножения
наиболее пригодны верхушки побегов, у пасленовых и краснокочанной капусты -
кусочки (экспланты) листа, у цветной капусты и нарцисса - частички
соцветий, у лилейных,
ирисовых (касатиковых) и амариллисовых - экспланты из луковиц, клубней,
ризомов (коротких мясистых корневищ), листьев, соцветий и семяпочек, у
птицемлечника - экспланты из стебля, листьев, завязи, чашелистиков и даже
луковичной чешуи,
у глоксинии - высечки из листьев и цветоножек, у лука порея - кусочки
луковицы, у герани при получении диплоидных растений - экспланты пыльников.
Наиболее экономически выгодно размножение в культуре тканей
селекционных сортов цветов: орхидей, агав, бегоний, хризантем, цикламена,
драцены, ириса, лилий, нарцисса, флокса и других.
Новой областью применения клонирования в стерильной среде верхушек
побегов и других эксплантов стало размножение пород кустарников, плодовых
культур и ананаса.
Из каллуса от зубчиков чеснока получили безвирусные растения.
Экономически оправдано размножение методом стерильной культуры гетерозисных
гибридных семян овощных и декоративных культур.
Культура тканей растении, главным образом верхушек побегов
(меристем), играет очень важную роль в освобождении семенного метериала от
вирусов. Цветоводы первыми обнаружили, что растения, выращенные не из
клубней или луковиц, а из деля-
щихся клеток, помещенных в питательную среду, вирусными болезнями, как
правило, не поражены и дают здоровое вегетативное потомство клубней и
луковиц. Этот прием взяли на вооружение и картофелеводы-семеноводы.
Получение свободных или, вернее, почти свободных от вирусов растений
- обычный прием первичного семеноводства некоторых сельскохозяйственных
культур: картофеля, клевера, люцерны и хмеля,овощных (хрена, ревеня,
шампиньона, цветной капусты), плодовых культур (малины, красной н черной
смородины, яблони, сливы), а также декоративных растений (хризантемы,
гвоздики, пеларгонии, фрезии, цимбидиума, гортензии, нарцисса, лилии,
гиацинта, ириса, тюльпана, гладиолуса) Некоторых физиологов задолго до
того, как они осознали себя в роли биотехнологов, заинтересовали
биорегуляторы растений и ранее всего стимуляторы роста.
В начале второй мировой войны был открыт ауксин. Сначала его получали
из верхушки колеоптиля (бесцветного чехла, защищающего первый молодой лист)
кукурузы. Но это был поистине каторжный труд: за 10 дней восемь лаборанток
немецкого биохимика-фанатика Ф.Кегля переработали 100 тысяч проростков и
получили в результате количество активного вещества, достаточное лишь для
уста-
новления кислой природы ауксина. Для того чтобы таким путем добыть из
колеоптилей кукурузы 250 миллиграммов ауксина, лаборанткам пришлось бы
проработать, не прерываясь на сон и еду, по крайней мере 400 лет.
К счастью, вскоре был найден обильный и доступный источник ауксина.
Им оказалась человеческая моча. Как установили дотошные химики, в среднем
каждый житель планеты ежедневно может давать для нужд биохимии, физиологии
и сельского
хозяйства примерно 1—2 митлиграмма ауксина.
Под названием ауксин объединен целый ряд веществ - регуляторов роста.
Важнейшее из них получило наименование гетероаукснна и представляет собой
бета-индолил-уксусную кислоту, или ИУК. ИУК в изобилии образуется
микроорганизмами -
дрожжами, грибами и бактериями.
ИУК эффективно используют для ускорения образования корней у черенков
плодово-ягодных и других растений. В настоящее время синтезирован целый
ряд ауксинов, среди которых особенно большой активностью обладает бета-
нафтил-уксусная кислота (НУК).
Близко к группе гетероауксинов стоят гербициды, представляющие собой
производные фенокси-уксусной кислоты. В культуре клеток, тканей и органов
чаще всего применяют 2,4-дихлорфенокси-уксусную кислоту (2,4-Д), 2,4,6-
трихлорфенокси-уксусную кислоту и 2-метил-4-хлорфенокси-уксусную кислоту.
Обладают активностью и используются как свободные кислоты, так и
растворимые в воде натриевые и
аммонийные соли этих кислот, а также их эфиры. Кроме того, идут в дело еще
и этаноламиновые соли. Эти гербициды были открыты одновременно в начале
второй мировой войны в США и Великобритании.
2,4-Д может заменить (гетероауксин в культуре тканей, причем он в 10
с лишним раз активнее последнего вызывает образование корней, распад
крахмала, усиливает дыхание. Очень слабые концентрации гербицида действуют
благоприятно на про-
растание семян и на развитие микроорганизмов.
В Японии некогда приметили интересное заболевание молодых растении
риса, вызываемое грибом Gibbcrclla fujukuroi. Наряду с гибелью растений у
некоторых экземпляров, оставшихся в живых, можно было наблюдать энергичный
рост стеблей и
листьев. Как выяснилось, ускорение роста вызывается соединениями,
являющимися продуктами обмена веществ гриба. Эти вещества (терпеноиды),
выделенные в чистом виде получили название гиббереллинов.
Гиббереллины способны стимулировать не только рост, но и цветение. Их
применяют в основном для ускорения прорастания ячменя при изготовлении
солода и для повышения урожайности винограда.
Позднее был открыт ряд соединений, оказывающих сильное стимулирующее
действие на деление растительных клеток - цитокининов. Из них наиболее
активен кинетин. Очень активным соединением явилась дифенилмочевина,
