Введение к работе
Актуальность исследований. В настоящее время клеточная стенка рассматривается как метаболически активный компонент клетки, принимающий участие в регуляции и выполнении важнейших функций растительного организма (Fry, 1988). Клеточные стенки регулируют скорость роста клеток, сохраняют целостность клеточного содержимого, обеспечивают автономность функциональной деятельности каждой клетки. Они играют роль в регуляции роста и дифференциации клеток. Однако характер взаимодействия различных компонентов клеточных стенок определен лишь в общих чертах, а динамика изменений состава клеточных стенок, связанная с процессами роста и дифференциации клеток, изучена лишь в единичных работах и требует многостороннего, глубокого изучения. Использование культивируемых клеток и тканей высших растений в экспериментах, связанных с изучением роли клеточных стенок в процессах роста и морфогенеза, - один из наиболее многообещающих подходов. Однако эксперименты, проводимые на каллусных и суспензионных культурах имеют определенные ограничения, связанные с гетерогенностью системы и изменением ее физиолого-генетических характеристик с течением времени культивирования. Использование каллусных культур, сохраняющих стабильные морфологические, цитогенетические и биохимические характеристики при длительном культивировании in vitro, может позволить преодолеть подобные ограничения и расширить возможности методологического поиска.
Цель проводимых исследований - выявить различия в составе клеточных стенок морфогенных и неморфогенных каллусов гречихи в процессе роста и морфогенеза. В связи с этим в задачи исследований входило:
-
Изучить морфологические и цитогенетические характеристики каллусов с различной способностью к морфогенезу.
-
Исследовать состав клеточных стенок морфогенных и неморфогенных каллусов и выявить особенности распределения лигнина в клеточных стенках.
-
Провести анализ полисахаридов, выделяемых в среду культивирования каллусами с различной способностью к морфогенезу.
-
Изучить влияние различных условий культивирования на морфологию каллусов, состав клеточных стенок (полисахариды, лигнин) и активность пероксидаз в морфогенных и неморфогенных каллусах.
-
Изучить влияние колхицина на морфологию каллусов, отличающихся по способности к морфогенезу, состав их клеточных стенок и на состав внеклеточных полимеров.
Научная новизна работы. Впервые многосторонне охарактеризованы каллусы с различной регенерационной способностью. Определены особенности роста культур, их морфологические, цитогенетические отличия, состав клеточных стенок. Показано, что морфогенный каллус выделяет в среду культивирования большее количество полисахаридов и белков, чем неморфогенный. Анализ внеклеточных полисахаридов выявил, что в морфогенном каллусе внеклеточные полисахариды обогащены нейтральными сахарами и связаны большим количеством диферуловой кислоты. Изучена динамика состава клеточных стенок (полисахариды, лигнин) морфогенного и неморфогенного каллусов в различных условиях культивирования. Выявлено, что культивирование каллусов на свету на каллусогенной среде вызывает увеличение содержания пектиновых веществ в обоих типах каллусов, свет также стимулировал образование гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина в неморфогенном каллусе. Обнаружено, что культивирование неморфогенного каллуса на среде с БАП приводило к уменьшению размеров клеток, что сопровождалось изменением полисахаридного состава клеточных стенок и усилением лигнификации тканей, которая коррелировала с повышением активности ковапентно-связанной пероксидазы. В морфогенном каллусе образование почек сопровождалось увеличением содержания пектинов и уменьшением содержания гемицеллюлоз. Впервые показано, что нарушение межклеточных контактов и разрыхление ПЭКК при культивировании морфогенного каллуса на среде с 0,25 мМ колхицином может быть связано с изменением структуры пектинов срединной пластинки и гликопротеинов экстраклеточного матрикса.
Теоретическая и практическая значимость работы. Известно, что гречиха является культурой, регенерация растений в которой представляет определенные трудности. Полученные нами данные о морфологических и биохимических особенностях культур гречихи с различным морфогенным потенциалом могут представлять интерес для специалистов, занимающихся изучением процессов морфогенеза in vitro, и могут быть использованы в генетических, биотехнологических и селекционных исследованиях в качестве экспресс-тестов для ранней идентификации в селекции культур, способных к регенерации.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Итоговой научной конф. Казанского института биологии (1997), конф. молодых ученых и специалистов (Казань, 1996, 1997), на VI мол. конф. ботаников (С.-Петербург, 1997), IV Всеросс. конф. "Структура и динамика молекулярных систем" (Яльчик, 1997), на Междунар. симп. "Молекулярная биология в сельском хо-
зяйстве" (Чехия, 1997), на VII Междунар. конф. "Биология клеток растений in vitro, биотехнология и сохранение генофонда".(Москва, 1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, 1 работа принята к печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов, изложения результатов работы и их об-сужения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на &$ страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 26 рисунков. Список использованной литературы включает 182 наименования, из них 38 на русском языке. Приложение содержит о фотографий.
