Клітини і тканини рослин ростуть в пробірці

вищі рослини складаються з безлічі клітин, між якими існує суворий поділ праці. Клітини зеленої тканини листа, наприклад, створюють органічні речовини, використовуючи для цього вуглекислий газ, воду і енергію сонячного світла, клітини кореня поглинають з грунту мінеральні речовини і подають їх в усі інші частини рослини.

Незважаючи на те що всі спеціалізовані клітини виникли в результаті поділу однієї-єдиної клітини - заплідненої яйцеклітини материнської рослини, вони значно різняться за своєю будовою та хімічним складом. Узгоджена робота окремих клітин контролюється всім організмом рослини. кожен орган, кожна тканину і клітина пов`язані між собою в єдину систему різноманітними зв`язками: струмом поживних речовин, гормонів, передачею електричних імпульсів.

А як будуть вести себе клітини і тканини, якщо відокремити їх від рослини і перенести на штучне живильне середовище, яке забезпечує всі, що потрібно для їх життєдіяльності? Чи будуть такі клітини продовжувати звичну роботу, або їх форма і функції значно зміняться?

Такі питання ставили перед собою вчені ще на початку нашого століття. Щоб вирішити їх, потрібно було знайти спосіб забезпечити життя ізольованих від рослин тканин і клітин. Перші спроби були невдалі. Тільки в 1932 р два дослідника - Р. Готра у Франції і Ф. Уайт в США - зуміли зберегти життя ізольованим тканинам деяких рослин. їм вдалося підібрати живильні середовища та інші умови, в яких клітини, складові ізольований шматочок тканини, могли розмножуватися. Виявилося, що тканини, ізольовані від рослини, перестають виконувати звичну для них роботу, їх будова спрощується, вони «омолоджується» і починають посилено розмножуватися і рости. В результаті поділу клітин виникає дуже своєрідна тканину, яка називається калусних. Калусних тканину можна ізолювати від спочатку взятої з рослини тканини, розділити на шматочки і перенести на свіже живильне середовище. Тут клітини її продовжують багаторазово ділитися і зростати.

У наш час техніка вирощування тканин з будь-якого органу самих різних рослин добре розроблена. Тканини, ізольовані з кореня рідкісних і цінних лікарських рослин женьшеню і раувольфии, вже більше десяти років вирощують в Інституті фізіології рослин імені К. А. Тімірязєва в Москві.

Відео: Механічна тканина рослини

Вчені, що досліджують ізольовані тканини і клітини рослин, працюють в спеціальних стерильних боксах, ретельно стерилізують руки, інструменти, живильне середовище. Адже рослинні клітини не витримують боротьби з швидко розмножуються мікроорганізмами за поживні речовини середовища і гинуть. Якщо ізольовані тканини своєчасно (через 4-6 тижнів) і акуратно, не заразивши їх, пересаджувати на свіже живильне середовище, вони можуть вирощуватися тривалий час. У 1938 р Р. Готра ізолював шматочок тканини з коренеплоду моркви. Звичайна рослина моркви живе 2 роки, а потомство клітин ізольованої з нього тканини підтримується в культурі вже більше 30 років і може вирощуватися таким чином необмежено довго (рис. 1).

Мал. 1. Культура тканини кореня моркви, ізольована Р. Готра в 1938 р 30 днів вирощування на живильному середовищі.

Тканини можна вирощувати не тільки на поверхні напівтвердий живильного середовища, але і в рідини. Створені спеціальні апарати, в яких живильна рідина перемішується, чому тканини і клітини отримують кисень повітря, необхідний їм для дихання (рис. 2).

Мал. 2. У такому апараті вирощують суспензії тканин і клітин в рідкому поживному середовищі.

У рідкому середовищі тканини зазвичай утворюють суспензію, що складається з окремих вільноживучих клітин, невеликих клітинних груп і шматочків тканини. (Суспензії, або суспензії, - рідини, що містять мелкораздробленного, надзвичайно повільно осідають частинки твердих тіл.) Окремі клітини можна виловити за допомогою тонкого скляного капіляра і перенести знову на напівтверду живильне середовище. Якщо такий окремій клітці створити необхідні умови харчування, а ще краще - посадити близько від неї шматочок тканини, який буде постачати клітку необхідними для її поділу речовинами (цей шматочок тканини називають тканиною-нянькою), то клітина починає швидко ділитися і скоро утворює колонію клітин, а потім і тканину. Для такої тканини характерна велика однорідність.

Мал. 3. Освіта коренів тканиною женьшеню.

Зазвичай вчені намагаються створити для тканин умови харчування, при яких тканини швидко ростуть і утворюють однорідну масу, таку, яка зображена на малюнку 1. Якщо змінити склад живильного середовища, збільшити в ній вміст стимулюючих речовин, то в залежності від виду стимулятора тканину почне утворювати коріння , або нирки, або подібність зародка, що розвивається в насіння (Рис. 3, 4).

Відео: Органи - з пробірки? - science

Мал. 4. Освіта стеблових нирок тканиною тютюну.

Згадаймо ту спеціалізовану тканину, яка була ізольована з рослини і дала початок культурі. Її діяльність проходила під суворим контролем, і вона виконувала ту роботу, яка була необхідна цілому рослині. Клітини і тканини, що вийшли з-під такого контролю, не тільки здатні розмножуватися і рости - вони можуть дати початок цілій рослині (рис. 5). Омолодження цих клітин зайшло так далеко, що вони можуть повторити весь шлях розвитку спочатку, т. Е. Стають подібними тій єдиній клітині, з якої розвинулося рослина. При цьому клітини твердо «пам`ятають» своє походження, і, як би довго не вирощувалася тканину в культурі, клітини тютюну утворюють нирку тютюну, клітини моркви - зародок нового рослини моркви.

Мал. 5. Квітуча рослина тютюну, отримане з однієї клітини.

Отже, з окремою свободноживущей клітини можна в лабораторних умовах отримати культуру тканини, а з тканини - рослина. Легко уявити собі, які дивні можливості відкриваються перед вченими - своїми очима побачити таємницю процесу перетворення клітини в рослину! Адже цей процес відбувається в пробірці і колбі, де всі умови строго контролюються і легко спостерігати всі його стадії.

Відео: Зовнішня будова стебла

Культура ізольованих тканин і клітин рослин завоювала визнання не тільки як метод вивчення складних питань розвитку рослин - вона знаходить і практичне застосування. Виявляється, тканини і клітини лікарських рослин в ізольованій культурі продовжують синтезувати важливі для медицини речовини. Тканина женьшеню, наприклад, містить такі ж речовини, що піднімають сили стомленої людини, як і сам знаменитий «корінь життя». В недалекому майбутньому на заводах, які випускають лікарські препарати, з`являться спеціальні цехи, де синтез лікарських препаратів буде довірено тканин рослин.

А які широкі можливості відкриваються для генетиків і селекціонерів, які виводять нові сорти рослин! Ізольовані тканини і клітини легко обробляти хімічними речовинами або випромінюванням, що викликають мутації - зміни в спадковому апараті клітини. З таких тканин і клітин утворюються рослини з новими, іноді дуже цінними властивостями.

Відео: Будова стебла рослини

Зовсім недавно дослідники, використовуючи спеціальні ферменти, навчилися звільняти рослинні клітини з міцної целюлозної оболонки, яка їх оточує. «Голі» протопластів (клітини без оболонки) можна змусити злитися, відновити оболонку, почати ділитися, утворити тканину, а потім і цілу рослину. Вивчаються можливості «схрещувати» таким способом клітини дуже далеких між собою видів рослин. І вже можна мріяти про з`єднання в одній рослині корисних властивостей пшениці і стійких і невибагливих диких злаків або ж помідорів і картоплі.

Культура тканин допомагає селекціонерам долати також труднощі, що виникають при схрещуванні віддалених форм рослин. З квітки рослини однією з схрещується форм виділяють семяпочку, поміщають її на живильне середовище і тут запліднюють пилком рослин іншої форми. З заплідненої семяпочки в пробірці вирощується паросток, який потім можна пересадити в грунт.

І нарешті, культуру ізольованих тканин можна використовувати для «оздоровлення» сортів культурних рослин. Багато з них вражені вірусними захворюваннями, які загрожують знищити той чи інший цінний сорт. З паростка такого рослини можна виділити групу здорових клітин і виростити з них рослину, не уражене вірусом, а потім розмножити його відводками, живцями або бульбами.