Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕ ДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
-
Эволюционные и морфогенетические аспекты крупноплодности 9
-
Полипловдизация соматических клеток и её распространение в растительном мире .... 16
-
Свойства клеток с увеличенным содержанием ДНК 21
-
Полишюидизация соматических клеток и её связь с пролиферацией и дифференцировкой 24
-
Механизмы образования клеток с увеличенным содержанием ДНК 26
-
Возможное закрепление полиплоидии соматических клеток в эволюции 32
1.7. Актуальность выбранной темы исследования 34
ГЛАВА П. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 36
ГЛАВА Ш. КЛЕТОЧНАЯ И ТКАНЕВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ПЕРИ
КАРПИЯ В ПРОЦЕССЕ РОСТА ПЛОДОВ ТЫКВЫ
КРУПНОЙ
Ш.І. Рост подзон перикарпия, увеличение числа
клеток и их размеров в процессе развития
плодов тыквы крупной 48
Ш.2. Изменение размеров ядер и ядерно-цито -
плазматических отношений как показатель
степени интенсивности процессов диффе -
ренцировки в клетках развивающихся шю -
дов тыквы крупной 64
Стр.
Ш.З. Митотичеокие деления клеток перикарпия
в период роста тыквы крупной 84
ГЛАВА ІУ. СРАВШІТЕЛШО-СУВ'ІИКРОСКОПЙЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ
ПЕРИКАРПИЯ КРУПНОПЛОДНОГО И МЕЛКОПЛОДНОГО
СОРТОВ ТЫКВЫ КРУПНОЙ 99
ГЛАВА У. СОДЕРЖАНИЕ ДНК В КЛЕТКАХ ПЛОДОВ ТЫКВЫ КРУПНОЙ
УЛ. Изменение содержания ДНК в ядрах клеток
перикарпия 131
У.2. Двуядерные клетки в перикарпии (по подзонам основной паренхимы плода) тыквы круп -
ной 136
ОБСУЖДЕНИЕ 145
ВЫВОДЫ 160
ЛИТЕРАТУРА 162
Введение к работе
Природа и причины гигантизма и гипертелии описаны в мировой литературе на примере большого числа объектов. Для плодов тыквенных эволюционные и генетические основы гигантизма в об -щем обсуждены в ряде работ(Матиенко /95/; Матиенко, Земчик, Пулбере и др. /100/; Матиенко, Азема, Кодрян и др. /І0І/1
Плоды имеют большое экономическое значение для человека и занимают важное место в сельскохозяйственном производстве. По образному выражению А.Л.Тахтаджяна /149/ плод является "венцом" приспособительной эволюции и в качестве объекта изучения представляет большой интерес для развития эволюционной теории. Поэтому выяснение морфологических и структурных закономерностей в развитии плодов представляется довольно важным. Структурная организация плодов выступает и как важный индикатор адаптивных преобразований. Анатомо-цитологический метод позволяет создать основу для выявления целого ряда хозяйственно-ценных признаков плодов.
Весьма перспективным объектом, на примере которого мы считали возможным провести работу по выяснению особенностей про -лифе рации плодов, являются растения семейства тыквенных (Фурса,
ФИЛОВ /I72/J. ВИД Gucurbita maxima Duch. ОТЛИЧаетСЯ ОСОбО крупными плодами и представляет интерес, в связи с общей проблемой гигантизма.
Сравнение роста тканей у крупноплодных и мелкоплодных образцов открывает новые возможности для изучения онтогенетического аспекта дифференциации и закономерностей проявления ги -гантизма и поиска путей управления им. Последнее особенно важно, так как эксцессивный рост является основой наращивания биомассы и в конечном счете формирует урожайность.
Тыква крупная - высокоурожайная культура, с одного гектара собирают 500 и более центнеров крупных (весом до 60-80 кг) питательных плодов. Мякоть плода содержит от 4 до 10% Сахаров, крахмал, всего до 30$ сухих веществ, кроме того она содержит соли калия, кальция, магния, железа, витамины и органические кислоты. Количество каротина достигает 50 мг$. Семена содержат 36-52$ масла. Плоды хорошо хранятся. Помимо пищевой и кормовой ценности они имеют и лекарственные свойства. Их применяют при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, ожирении, подагре, болезнях печени и почек. Исходя даже из этого короткого перечня достоинств плодов ясно, что этот ценнейший продукт должен занять подобающее ему место в рационе советских людей.
Продовольственной программой СССР на период до 1990 года предполагается в ХЇЇ пятилетке производить до 37-39 млн. тонн овощей и бахчевых культур и довести годовое потребление их на душу населения до 126-135 кг. В связи с этим важно дальнейшее расширение площади посевов и повышение продуктивности бахчевых культур и в частности тыквы, обеспечение стабильности их урожайности на основе научных исследований и обобщений практики.
Целью настоящей работы явилось выяснение особенностей пролиферации как процесса разрастания клеток, сопряженного с их делениями на примере плодов тыквы крупной. Пролиферация изучалась в процессе роста плода, в связи с общей проблемой гипергенеза (гигантизма). В соответствии с этой целью в работе были поставлены следующие конкретные задачи: выявление клеточных и тканевых основ пролиферации^обеспечивающих рост плодов; выявление возможности и степени изменения содержания ДНК в клетках перикарпия и его роли в увеличении массы плода; изучение генезиса гистологической зональности и сопря- женности подзон в процессе развития перикарпия крупноплодного и мелкоплодного образцов; - исследование структурной организации различных подзон на клеточном и субклеточном уровнях и характеристики органелл, причастных к образованию крупных плодов.
Исследования проводились в 1974-1982 гг. в лаборатории структурной адаптации растений (ранее лаборатории анатомии растений) АН МССР.
Материалом исследования служили два образца тыквы крупной ( Cucurbita maxima Duch. ) СХОДШЄ ПО ВСЄМ признакам ПЛОДа, кроме величины (размеров).
Научная новизна исследования. Впервые обнаружено явление увеличения содержания ДНК в ядрах клеток паренхимной ткани плодов тыквы крупной, обуславливающее наряду с другими пролифера-тивными процессами увеличение массы органа. Определена продолжительность клеточных делений в онтогенезе перикарпия двух образцов тыквы, контрастных по размерам плодов. Уточнен митоти -ческий индекс для каждой из четырех гистологических подзон перикарпия. Показано, что увеличение плодов достигается сопряженным разрастанием подзон перикарпия за счет умножения числа клеток и увеличения их размеров. У крупноплодного образца эти процессы продолжаются дольше по сравнению с мелкоплодным.
Практическая ценность результатов исследования. Полученные морфологические и анатомические данные позволили более полно охарактеризовать особенности развития плодов тыквы крупной. - Описанную задержку дифференциации и продолжительный юве- нильный период рекомендуется использовать в качестве индикато - ров при отборе исходного материала в селекции на крупноплод - ность.
Установленное пофазное развитие структурной организации крупных плодов за счет дифференциального включения механизмов пролиферации и гетеросинтеза создает предпосылки для практического регулирования размеров плодов экзогенным воздействием (соответствующими агроприемами) на переломных (критических) этапах развития плодов.
Предложены модификации стандартных цитологических методик применительно к паренхимнои ткани плодов тыквы: а) установлено оптимальное время кислотного гидролиза в процессе приготовления препаратов для определения содержания ДНК; б) подобраны оптимальные временные параметры,(для окраски и мацерации), позволившие получить качественную окраску хромо сом в клетках паренхимы тыквы. - Установленные в работе факты увеличения содержания ДНК и продления клеточных делений в завязи после оплодотворения за родышевых мешков могут быть использованы в курсах "Ботаника" при характеристике семейства Cucurbitаееае и "Цитология рас тений" в разделе "Репродукция клеток".
Результаты исследований могут быть использованы в научных учреждениях страны, занимающихся изучением процессов роста плодов и других запасающих органов, а также их селекцией (МНИИОЗ и 0,ВИР,НИИОХ,ВНИИОБ,Каз.НИИКОХ,Укр,НИИО и К и др.).
На защиту выносятся следующие положения: I. Наличие и длительное сохранение митотических делений в развивающихся плодах тыквы и факт снижения митотического индекса в подзонах, расположенных ближе к центру плода.
2. Крупноплодноеть, как результат медленного прохождения дифференцировки клеток перикарпия. Ультра - структурные изменения органелл, в частности таких как ядрышко и аппарат Гольджи, свидетельствующие об их более продолжительной работе, что приводит к удлинению ювенального периода плода и к более продолжительному его росту. 3. Увеличение количества ДНК в ядрах клеток перикарпия плодов тыквы крупной. Различия в темпах накопления ДНК у мелкоплодного и крупноплодного сортов. Политения как основная форма увеличения содержания ДНК. 4. Критические этапы в формировании плода после оплодотворения и воз -можность экзогенного (агротехническогоЬоздействия на них.
Основные материалы диссертации были доложены: на П Республиканской научно-технической конференции по электронной микро -скопии. Кишинев,1981; на ІУ съезде МОГ и С, Кишинев, 1981; на конференции молодых ученых АН МССР, Кишинев, 1982; на У Всесо -юзном симпозиуме по ультраструктуре растений, Кишинев, 1983; на I Всесоюзной конференции по анатомии растений, Ленинград, 1984; на заседании Отдела биологии плодов ИФ и БР АН МССР.
По материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ, из них 3 в виде разделов в коллективных монографиях.
Структура и объём работы: Диссертация изложена на 191 страницах машинописного текста и состоит из введения, У глав, обсуждения, выводов и списка литературы. Текст сопровождают 19 таблиц, 50 рисунков. Список использованной литературы состоит из 278 наименований, из них 101 на иностранных языках.
ГЛІША І. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ
ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1« Эволюционные и морфогенетичеокие аспекты крупношюдности
Плод, возникающий из цветка, представляет собой орган распространения семян покрытосеменных растений. Наиболее сущест -венная часть плода - это заключенные в нём семена ( Roth /256/). Стенка плода - околоплодник (перикарпий) формируется из стенки завязи и состоит из трёх слоев - экзокарпия, мезокарпия и эндо-карпия.
Разнообразие плодов в мире растений исключительно велико (Левина, Матиенко /84,95/). Оно вызвано разными причинами, но главным образом - приспособлением плодов к распространению (Левина /83, 85/) и к осуществлению основного назначения перикарпия плода - обеспечить семя и зародыш условиями, необходимыми для их сохранения и дальнейшего развития. В плодах тыквы зародыш использует запасные вещества и накопленную влагу (Матиенко /95/). Крахмалоносная паренхима получила здесь значительное развитие. При автомеханохорной диссеминации (бешеный огурец) сама ткань подвергается разрушению и при этом запаса питательных веществ в паренхиме не происходит. Взаимозависимость между околоплодником и семенем j.p.Uitsch/242/ сформулировал следующим образом: "Плод состоит из тканей, защищающих и поддерживающих семяпочки и зависящих от их развития". B.G.Coombe /195/ на примере ягод винограда отметил влияние числа и степени развития семян на рост перикарпия.
В работах Б.Т.Матиенко /95/ дано описание плода, характерного для большинства представителей семейства тыквенных ( Cueur-bitaeeae JussJ. Это многосемянный ягодообразный нижний пара - карпный плод с пленчатым эндокарпием, мясисто-сочным мезокар-пием и экзокарпием, представленным эпидермальным слоем.
В семействе тыквенных часто наблюдается явление крупно -плодности, которое трактуется как выражение гиперморфоза,пере-развития. По мнению И.И.Шмальгаузена /169, 170/ гигантизм (грандизация) является, наряду с ароморфозом и алломорфозом, одним из путей эволюционного прогресса. Такие крупные теоретики эволюционного учения как А.Н.Северцов /140/ и А.А.Парамонов /117/ не считали грандизацию столь первостепенным модусом, но А.Н.Северцов /140/ прямо указывает, что форма и размере тела являются адаптацией к той обстановке, в которой живет особь, и рассматривает этот путь эволюции в разделе частных приспособлений. И.И.Шмальгаузен /169/ гигантизм представляет себе как частный случай очень быстрой эволюции, идущей по пути одностороннего преобразования в направлении, диктуемом борьбой за су -ществование.
А.А.Парамонов /117/ также не выделяет гипергенез (гиган -тизм) в отдельный модус эволюции, но, однако, рассматривает его как особую форму идеогенеза. В работе, посвященной путям и за -кономерностям эволюционного процесса А.А.Парамонов /117/ указывает на то, что эта форма адаптациогенеза является одной из распространенных в филогенетическом развитии. Гигантизм, вероятно, является характерным этапом эволюции в животном мире. Во всех основных классах позвоночных наблюдались многочисленные гипергенные формы, очень часто занимавшие господствующее положение .
Рассматривая вопрос о причинах появления гигантских форм животных, А.А.Парамонов /117/ указывает на ряд преимуществ, которое в этом случае получает организм. При гипергенезе развивается более крупное потомство, гипергенные формы менее подверже- ны действию отбора, что, в условиях, благоприятных для жизнедеятельности, ведет к накоплению мутаций. Отсюда,по мнению А.А.Парамонова /117/, диспропорции, которые могут носить ана -даптивный характер. Наблюдается также явление специализации и как следствие - снижение жизнеспособности гигантских форм. и.И.Шмальгаузен /168, 169/ описывает случаи, когда гидер-морфоз захватывает не весь организм, а только известную часть его. Это так называемое явление гипертелии. Считается, что она является следствием полимерной наследственности, более или менее стабилизированной благодаря действию естественного отбора. При этом И.И.Шмальгаузен /168/ указывает на то, что естественный отбор определяет увеличение общих размеров тела, а внутренние факторы развития организма приводят к побочному результату-изменению его пропорций, нарушающему динамические и биологические координации, которые выработались с помощью отбора в про -цессе длительного приспособления к окружающей среде. Крупные плоды тыквы есть результат искусственного отбора произведенного человеком. Ч.Дарвин /44/ считал, что единство законов изменчивости и наследственности сближает искусственный отбор с ее -тественным. Он видел в искусственном отборе контуры закона развития всей живой природы, а в деятельности человека по выведению новых форм - направляемый человеком своеобразный поток эволюции.
Для выяснения природы гигантизма важным моментом является установление роли принципов эволюции (Матиенко /97, 98/1 принципов филогенетических изменений (Северцов /I40/J, модусов органогенеза (Тимофеев-Ресовский, Яблоков, Юсупов /150/)в объяснении рассматриваемого явления. В частности, возможность гранди-зации создается, по мнению авторов, под действием полимеризации и олигомеризации гомологичных органов и структур.
Увеличение числа однородных элементов или структур, со -провождаемое увеличением надежности работы органов или структур, с эволюционной точки зрения контролируется принципом полимеризации органов и структур В Д. Догеля. -.Матиенко /97/, Хохряков /158/ классифицируют полимеризацию на качественную и количественную. Авторы допускают, что количественная полимеризация, выражением которой является простое увеличение числа бло^ ков, не ведет к образованию нового качества. Она создает условия для грандизации, для увеличения числа органов. Качествен -ной полимеризации органов А.П.Хохряков /158/ приписывает участие в образовании новых свойств. Причем Б.Т.Матиенко /97/ указывает на то, что качественная полимеризация невозможна без количественной и является одной из форм интеграции. А.П.Хохряков /158/ приходит к заключению, что она идентична олигомеризации, как ее понимал В.А .Догель /47/, и также ведет к грандиза -ции. Автор предполагал, что уменьшение количества органов вле -чет за собой увеличение их размеров, сопровождающееся упрощением выполнения и регулирования функции и ее интенсификацией.
Филогенетическое увеличение размеров обусловлено рядом причин, в том числе продлением индивидуального роота за прежние пределы. Оно никогда не ведет к пропорциональному увеличению всех частей тела. Изменение соотношения зависит от внутренних факторов, определяющих закономерности роста (Матиенко /95/, Матиенко, Рот ару, Брик и др. /I02/).i?.Schwanitz/I65; 259/ считает, что переход от нормального роста к эксцеосивному является наиболее значительным этапом в превращении дикорастущих растений в культурные. Среди причин, порождающих гигантизм, он выделил полиплоидию, гетерозис, мутации. Полиплоидизация соматических клеток, охватывающая иногда только отдельные органы или ткани, связана с увеличением размеров клеток, входящих в состав такого органа. Соседние органы при этом могут сохранять свои прежние размеры /133/.
Эиннот /142/ предполагает, что увеличение массы растений может быть результатом: а) возрастания размеров клеток без изменения их числа; б) увеличения их числа с сохранением прежних размеров; в) одновременного увеличения размеров клеток и их количества.
Хотя гиперморфоз не является особо распространенной формой эволюционного процесса, семейство тыквенных включает многочисленные его примеры (Вавилов /32/, Пангало /116/, Стрельни -ков /146/). О причине крупношюдности, столь обычной в семей -стве тыквенных существуют противоречивые мнения. Предполагается, что большие размеры плодов могут быть результатом гетеро -зиса, полиплоидии (Жуковский /50/), генных мутаций, действия каких-либо физиологически активных веществ.
Решение вопроса о связи степени развития анатомической организации отдельного органа (плода в частности) с гиперморфозом дает предпосылку для объяснения изменчивости одних и тех же структур, ультраструктур, а также для построения теории морфо-биологической эволюции покрытосеменных растений. Анализ плодов семейства тыквенных (Матиенко /95/, Матиенко, Азема, Ротару и др. /101/)показал, что одним из признаков или индикаторов, позволяющих оценить анатомию околоплодника в плане основных пу -тей и форм эволюционного процесса покрытосеменных, является гистологическая зональность перикарпия.
Общая и частная анатомия околоплодника различных семейств /68, 128, 134, 161/ свидетельствует о том, что все разнообразие плодов в гистологическом отношении сводится к определенным типам по их анатомической организации или к карпогистологическим типам, Б.Т.Матиенко /95/ под карпогистологическим типом понимает такую организацию околоплодника, которая характеризуется определенной гистологической зональностью, стабилизированной частными приспособлениями. Исследования гистологической зональности перикарпия ряда представителей семейства тыквенных (Мати-енко /95,96/; Матиенко, Азема, Ротару и др. /101/; Пулбере /128/)выявили, что ее изменение в ряде случаев непосредственно зависит от способа распространения плодов и в особенности семян. Выделенные и описанные в этих работах карпогистологические типы характеризуются специфической гистологической зональностью с определенным расположением зон и подзон, которые соответствуют приспособлению к тому или иному способу диссеминации. Видимо, среди прочих форм адаптации наиболее четко выступают те, которые связаны с определенными способами распространения плодов и семян. Ряд авторов /84, 95, 98/ отмечают, что для перикарпия характерны следующие тенденции эволюции гистологической зональности: I) от малого числа гистологических зон к большому; 2) от недифференцированного или мало дифференцированного околоплодника к более дифференцированному и затем к резко специализированному; 3) от параллельного расположения зон к непараллель -ному. Вероятно, такие тенденции являются общими для большинства покрытосеменных. На основе специфики анатомической организации перикарпия (число, характер, взаимоотношение гистологических зон, уровень специализации тканевых комплексов), Б.Т.Матиенко /95/ для семейства тыквенных выделил восемь карпогистологичес-ких типов. Взаимоотношение между карпогистологическими типами автору представляется таким образом: трехслойный перикарпий должен был существовать только у примитивного типа, от которого произошли все остальные,так как среди ныне живущих тыквенных не найден трехслойный первичный околоплодник, который вообще может быть у покрытосеменных (экзокарпий, гомоморфный мезокарпий, эн-докарпий). Наличие нижней завязи и соответственно ангиокарпия настолько усложнило околоплодник, что возможность существования трехслойного околоплодника исключается. Предковая же форда имела полунижнюго или верхнюю завязь. Четырехслойный перикарпий имеется у двух типов плодов. Наблюдается и пятислойный перикарпий с резкой специализацией и нарушением параллельности зон.ЕТ. Матиенко /95/ выдвигает предположение о существовании гипотетического карпогистологического типа, имеющего пять или шесть слоев перикарпия.
Триба Cucurbiteae является высокоспециализированной по отношению к опособам распространения семян, что по мнению БД.Матиенко /95/ характеризует тыквенные как высокоорганизованные в гистологическом отношении формы. Эволюционная связь между карпогистологическими типами осуществляется через промежуточные формы организации околоплодника, имеющие задатки к несвойственным им способам диссеминации только в потенциальном виде.
Анатомический и особенно сравнительно-анатомический методы играют важную роль в систематике и позволяют судить даже о происхождении таксонов. Отличия в анатомическом строении между таксонами наблюдали многие авторы, причем некоторые из них утверждают, что эти отличия распространяются даже до уровня сортов /17, 136, 170/. При диагностике происхождения на уровне родов и видов анатомические и частично субмикроскопические приз -наки являются весьма надежными /70, 71, 72, 177/. Хотя анатомо-цитологические особенности организации представляют в первую очередь морфофизиологические свойства ткани, они могут использоваться для диагностики благодаря их консерватизму в пределах типов тканей. Б.Т.Матиенко /95/ использовал данный показатель для анализа природы и возможных причин крупноплодности на примере плодов тыквенных. Автор /100/ считает, что структурной основой крупноплодности являются некоторые особенности (признаки) тканей гигантских плодов, главным из которых является более длительное сохранение ювенильного состояния и как результат -продолжительный рост и увеличение размеров плода.
Признаки крупноплодности могут иметь количественное выражение, в случае, когда они есть в наличии у крупных и мелких плодов, и качественное - когда соответствующие анатомические или субмикроскопические структуры найдены только у крупных образцов.
К числу важнейших признаков крупноплодности /100,101/ относят сохранение способности к делениям сильно вакуолизирован-ными клетками, специализированными на запасании крахмала и Сахаров, это обеспечивает увеличение массы плода. Совмещение синтетических процессов, обеспечивающих деление клеток и выполнение ими специфических функцгоі может сопровождаться /28,29/ поли-плоидизацией соматических клеток. Увеличение размеров клеток и их ядер в паренхимной ткани плода тыквы крупной указывает на возможность этого явления как одного из механизмов крупноплодности.
1.2. Полиплоидизация соматических клеток и её распространение в растительном и животном мире
Первые сведения о полиплоидии соматических клеток появившиеся в начале века характеризовали её как единичный феномен, связанный со старением и дегенерацией тканей. По мере накопления данных и привлечения новейших методов исследования стало ясно, что полиплоидизация не особый случай специализации клеток, а нормальный и частный случай пролиферации, закономерное собы- тие онтогенеза многих тканей у многих видов растений и животных. Иногда полиплоидизация является основным способом роста тканей, необходимым условием полноценного выполнения ими специфических функций.
Полиплоидия соматических клеток встречается почти на всех ступенях эволюционного развития от простейших (Райков /129/) и водорослей (Банникова, Шпилевая / 8 /) до млекопитающих и высших растений. Эти данные обобщены в работах ряда авторов: D'Ama-to F. /l99/,L.Geitler /2II/,W.Nagl /240/,I.M.Pearson /248/,E.Tschermak-Woess /267, 268/. В.Я.Бродский, И.В.Урывае-ва /29/ сделали вывод о том, что клеточная полиплоидия является общебиологическим явлением и она не найдена там, где её еще серьезно не искали. Хотя они замечают, что список объектов, у которых полиплоидия не найдена, достаточно велик. Однако целиком диплоидные особи, по данным Л.И.Липаевой /88/, были найдены только у 3 видов растений из изученных к тому времени многих десятков. Иногда в одних и тех же органах, даже у близких видов, по разному обстоит дело с наличием полиплоидных клеток. В ка -честве примера приведем данные Lvans,jy an і Hoff /206/, которые описывают полиплоидные клетки в корнях, чашелистиках, пестиках, тычинках, Оболочках боба у Pisum sativum Ь.И Heliantus annuus **. тогда как в тканях этих же органов у топинамбура Heliantus tu-terosus знаходили только диплоидные клетки.
Наиболее часто находили полиплоидные клетки в тканях, выполняющих такие важные физиологические функции, как накопление питательных и физиологически активных веществ: например, в та-петуме и клетках подвеска /186/, в антиподах злаковых /58,59/, в подсемядольном колене проростков гороха /191, 192, 246/, в корнях вики и чины /181/, конопли /25/, причем у последних полиплоидия найдена именно в тех участках первичной коры, которые играют важную роль в почвенном питании растений. Она обнаружена также в эндосперме /260/, в маслообразующей, запасающей и в суккулентной тканях /19, 199/, в крахмалоносной паренхиме клубней картофеля /40, 126, 127/.
Полиплоидные клетки в плодах описывают О.И. Захарьева /51/, П.А.Баранов, Т.С.Матвеева /19/ указывая на то, что плод у некоторых видов растений достигает больших размеров за счет увеличения степени плоидности.
Б.Т.Матиенко /95/ считает, что полиплоидия может быть найдена в клетках плодов тыквенных по аналогии с суккулентными тканями. Особенно это вероятно для арбуза, в плодах которого развивается водоносная паренхима.
Такое предположение в некоторой мере противоречит мнению П.МДуковского /50/ о том, что род тыквенных представляет собой продукт гибридизации с последующим окультуриванием, без участия полиплоидии, т.е. эволюция тыквенных проходила на диплоидной основе, а наблюдающаяся в семействе крупноплодность есть результат гетерозиса. Ф.Вейлинг / ПОІ72/ же считал, что тыква это вторичный полиплоид от основного генома, имеющего 10 хромосом. По мнению Б.Т.Матиенко /95/ точка зрения П.М.Жуковского не учитывает того факта, что соматическая полиплоидизация охватывает не все растение, а только отдельные его органы и ткани.
Одной из первых выявила полиплоидные клетки в плодах тыквенных Н.ЬаиЪег /230/.
Ii.Geitler /211/ приводит данные о высоком уровне ДНК (64 п) В ПЛОдахСисшйБ sativum Ь, И Cucumis melo Ь. . В целом же семейство cucurfcitaceae Juss. представляет много примеров полиплоидных тканей: в корешках /69/, в венчике цветка /229/, в волосках /179, 269, 270/, в верхушечной меристеме проростков /205/, в эндосперме /271/.
Большое количество примеров полиплоидных клеток в тканях растений дают эмбриологические работы.wtNagl/240/ описывает полиплоидные клетки в различных структурах семяпочки у 20 видов растений из II семейств, в частности, в интегументах, нуцеллу -се, подвеске зародыша, эндосперме. -В. Tschermak-Woess /266/ применил ДЛЯ определения степени полиплоидизации ядер эндоспермального гаустория Rhinantius alectrolopus Poll, контроль динамики увеличения объемов ядер и после статистической обработки полученных данных показал, что по объёму они располагаются в группы, относящиеся друг к другу как 1:2:4:8, что позволило сделать вывод о максимальной степени полиплоидизации равной 384 п. L.Geitier /212/ в базальной части эндосперма Allium urslnum ь# описывал 100-кратное увеличение объёмов ядер, хромосомы при этом были в 2,5 раза длиннее и в 1,5 раза шире, чем в обычных клетках при митозе. &,Hasitschka~Jenschke /216/ описывает ядра, степень пло-идности которых 192 п в базальной части эндосперма Potamogeton densus L. .
У одного из представителей семейства тыквенных Echinocytis Lobata ( Michaux ) Torr.et A.Gray в центральной части эндо-сперма зарегистрирована наивысшая для данного объекта степень шюидности ядер - 3072 п ( Turala/271/),
Гаустории тыквенных обычно многоядерные (более 20 ядер) и их общая плоидность также достаточно высока.
М.Д.Иоффе /60/ приводит литературные данные о 1000-кратном увеличении рбъёма ядер в центральной части эндосперма кукурузы через 24 дня после опыления.
Автором /60/ на основании сохранения постоянного числа ядрышек и увеличения ширины и длины отдельных нитей хромосом, вы-
20 сказано предположение о наличии у данного объекта политении. 500-кратное увеличение объёма ядер по сравнению с первоначальным в клетках центральной части эндосперма Ащщ fistuiosum наблюдал Y^Kato /226/. u.2nzenberg/204/ обнаружила политению и в собственно эндосперме, и в ядрах эндоспермальных гаусториев у многих исследованных видов, в том числе у Cucumis sativus L.
Полиплоидные клетки, и в частности, гигантские хромосомы, описаны в синергидах и шогоядерных антиподах /56, 57, 215, 216, 265/. Причем в этих случаях наблюдали образование ядер с поли -тенными хромосомами из уже полиплоидных ядер. Максимальная степень политенизации хромосом в клетках антипод злаковых достигается к моменту оплодотворения и составляет 200 с /118/.
Случаи образования полиплоидных ядер в клетках тапетума описаны в монографии В.Й.Поддубной-Арнольди "Цитоэмбриология покрытосеменных растений" /121/. Происходящие в клетках тапетума изменения нормального деления ядер, а также их полиплоидизацию, автор связывает с выполнением этими клетками особой функции -питанием пыльцы. На ранних стадиях формирования пыльцы клетки тапетума из одноядерных превращаются в двуядерные, и по мере дальнейшего развития спорогенной ткани все больше увеличиваются в размерах и становятся многоядерными. В каждой клетке находят от 2-х до 8 и даже 16 ядер разного размера, с большим числом ядрышек. Автор считает, что образование многоядерных клеток является, видимо, следствием деления без цитокинеза.
По данным В.Я.Бродского, И.В.Урываевой, Е.В.Зыбиной, М.В. Кудрявцевой, Б.М.Кудрявцева и др. /29,54/ ядра клеток трофо -бласта млекопитающих - ткани, выполняющей функцию, сходную с та-петумом у покрытосеменшх, также полиплоидны. Е.М.Каралова, Ю.А. Магакян /62/, М.Г.Хачатрян, Ю.А.Магакян /156/ описывают процессы эндорепродукции ]Щ в ядрах трофических клеток кошенели, в результате чего обеспечивается накопление необходимого для развития ооцитов матричного материала. L.Geitier /210/ считал бесспорным то, что полиплоидия в данной ткани не есть случайное явление и указывал на связь с дифференпировкой ткани и ее функцией. Объединенные хромосомные наборы позволяют накапливать большее количество питательных веществ, что, вероятно, улучшает выполнение клетками их основной функции.
1.3« Свойство клеток с увеличенным содержанием
Широкое распространение полиплоидии соматических клеток, продемонстрированное выше, вероятно, объясняется теми преимуществами, которые дает увеличение ДНК. В результате увеличения числа хромосом или просто количества ДНК меняется выраженность признаков, характер их наследования, адаптационные возможности организма (Овчинникова, Суханова /НО/).
Многочисленные данные указывают на существование пропорции между суммарной транскрипцией и дозой генов. Это относится как к синтезу РНК, так и к синтезу белка /188, 237/. Несогласие с этим положением выражено в работах H.j.Barr, H.Esper /178/ , Л.А.Стрелкова, К.А.Кафиани /147/.
По мнению Кудрявцева М.В. и др. /79/, суть данного противоречия заключается в том, что сравнивались вещества и параметры, не специфические для данного типа клеток (РНК, основной белок). Приводимые авторами данные о содержании гликогена в гепатоцитах разной плоидности показали, что окталлоидные в 4, а тетраплоид-ные в 2 раза превосходят по своим функциональным возможностям диплоидные клетки. Кроме того, Ю.А.Магакян /91/ считает, что повышение содеркания ДТЖ приводит не к простому возрастанию функ- циональной мощности клетки, а к появлению новых качественных признаков у клеточной популяции в целом.
Обнаружено увеличение числа хлоропластов в полиплоидных клетках разных видов растений /82, 228/, но оно по данным But-terfass Т./189, 190/, Л.М.Якимоваи др. /176/, А.Т.Мокроносова и др. /108/, Л.В. Соловьева /145/ не пропорционально дозе генов, а составляет 60-80$. По данным же Ю.М.Агаева /3/ полиплоидия сопровождается увеличением количества цитоплазматических органелл. Это возрастание имеет прямую коррелятивную связь со степенью увеличения количества ДЖ в ядре, но до терраплоидно-го уровня. Далее рост численности хлоропласт ов и других орга -нелл идет более медленно по сравнению с увеличением плоидности и не пропорционально ему. На примере мезофилла листа полиплоидных и диплоидных форм шелковицы Ю.М.Агаев /3/ не обнаружил различий в ультраструктурной организации хлоропластов, митохонд -рий, микротелец, диктиосом и рибосом, а также ядра и ядрышка, которые у полиплоидов имеют только большие размере. И.И.Туровский /154/ же у ягодных культур указывал на более выраженную ламеллярную структуру хлоропластов и некоторые ультраструктурные изменения в митохондриях у тетраплоидных форм по сравнению с диплоидными.
А.М.Силаева /141/ в клетках листьев полиплоидных форм свеклы описывает возрастание общей площади тилакоидов хлоро -пластов за счет увеличения их диаметра и числа в гранах. С увеличением содержания ДНК, но не кратно ему, растет и содержание хлорофилла в листьях.
С увеличением плоидности увеличиваются и некоторые- гистологические элементы, так в частности изменяется размер устьиц и пыльцевых зерен /2/, /167/; увеличивается толщина стебля, размере цветков и число их в соцветии, размеры плодов /66, 152/.
У растений с повышенным содержанием ДЖ наблюдается большая устойчивость к действию экстремальных факторов (Гусева /43/). Клетки высокоплоидных организмов быстрее восстанавливаются после снятия действия стрессового фактора (Абдулаев /2/).
Известно значение полиплоидии как фактора генетической зашиты тканей, увеличение числа повторяющихся геномов мешает проявлению возникающих хромосомных нарушений (Урываева /174/, Мацкевич, Дюжикова /103/). Полиплоиды более устойчивы к действию ионизирующего излучения (у - лучи, рентгеновское облуче -ние, быстрые нейтроны) (Сахаров /I38/,Caiiebaut,0ostveidt van Parijs van/192/, химических мутагенов (Макарова, Эоз, Якубци -нер /92/,Лишенко /89/), а также веществ, понижающих митотичес-кую активность (актиномицин Д, гистон Е^ ) ( Nagl /238/). Большая устойчивость полиплоидного генома особенно важна для органов, подверженных внешним воздействиям и может рассматри -ваться как адаптация к возможным изменениям среды. w.Nagl /240/ указывал на то, что митотический и эндомито-тический циклы по разному реагируют на внешние воздействия. Свет активизирует меристематические процессы, но ингибирует эн-доредуплекацию. Эндомитотический синтез ДЖ малочувствителен к действию ВЫСОКИХ температур (Callebaut,Oostveldt van,Jarijs /192/). Знание ответной реакции полиплоидной клетки на внешнее воздействие необходимо для более полного хозяйственного использования этого явления.
Важное преимущество, даваемое полиплоидизацией - удлинение активной жизни клетки из-за сокращения времени затрачиваемого на митоз, особенно при политении, когда он исключается полностью. Политенныи цикл характеризуется всего двумя состояниями - синте- тическим и межсинтетическим. В этом случае хроматин все время находится в активном состоянии, нет необходимости в пластических и энергетических затратах на процессы, связанные с ним. Все возможности клетки используются только на выполнение специфических функций и рост (Бродский, Урываева /27, 29/).
Следствием увеличения содержания ДНК может явиться укрупнение клеточных размеров. Это явление может играть важную роль в закреплении соматической полиплоидии, так как создает для органа или всего организма некоторые преимущества. Так в условиях ограниченного числа клеток полиплоидия является важнейшим фак -тором роста массы ткани. Такое происходит при регенерации (Лиоз-нер /87/) и, частично, при этиоляции /182, 191, 235/. A. Love /231/ считает, что полиплоидизация может быть результатом эволюции клеток особо большого размера, она ведет к увеличению числа рабочих элементов, к повышению потенциала клеток. Иногда преимуществом является уже приведенное выше ограниченное число клеток в органе, так как упрощается и совершенствуется управление им.
1.4. Полиплоидизация соматических клеток и её связь с пролиферацией и дифференцировкой
Наиболее важной чертой полиплоидных клеток является сочетание им пролиферации со специфическими функциями (синтез каких-- либо веществ, отложение в запас) /28, 29/. Эти отношения в литературе характеризуются как конкурентные /27, 187/, что связано с ограниченным энергетическим и пластическим потенциалом клетки. Стимулирование одного из процессов (авто- или гетеросинтеза) ведет к подавлению второго. Ярким примером этого является опи -санное А.А.Прокофьевой-Бельговской /126, 127/ угнетение образования крахмала в крахмалоноснои паренхшле клубней картофеля при стимуляции митозов. Полиплоидные же клетки, связанные с нарушениями митоза, в этой ткани появляются только после начала на -копления крахмала.
Таким образом многочисленные преимущества, даваемые полиплоидией тканям и собственно органам, приводят к более успешному выполнению ими своих функций, к тому, что полиплоидный орган лучше чем диплоидный противостоит внешним воздействиям. Исходя из этого Б.и.Бродский, И.я.Урываева /29/ считают, что возникновение полиплоидных клеток на определенных стадиях онтогенеза есть явление не случайное. Оно зафиксировано в генетической программе организма. Еще в 1910 году н,Winkler /276/ на основании своих наблюдений за развитием каллуса у томатов выдвинул пред -положение о том, что полиплоидия типична для тканей покрытосе -менных и может быть фактором нормального онтогенеза растений (Захарьева /51/).
Магакян Ю.А. /91/ считает, что дифференцировка и морфо--функциональная специализация некоторых типов клеток невозможна без увеличения их генома. Особенно это характерно для клеток с политенными ядрами. Основным фактором, стимулирующим переход к эндорепродукции, является регуляция процесса дифференцировки и специализации на популяционном уровне. А так как известны при -мере того, как на протяжении жизненного цикла клетки могут ме -нять способ повышения содержания ДНК, то автор говорит о потенциально заложенных различных возможностях эндорепродукции, ко -торые реализуются клеткой в зависимости от условий.
На интересную особенность полишюидизации кортикальных клеток подсемядольного колена проростков гороха указывает Г.П.Ми -рошнеченко /107/. Автор предполагает, что дифференциальная ам -плификация части "недореплицированных" высокоповторяющихся по -следовательноотей ДНК, наблюдаемая у этого объекта, определенным образом способствует переключению на полиплоидизирующие митозы при клеточной дифференцировке. В.Я.Бродский и И.В.Урываева /29/ считают полиплоидию соматических клеток и политению вариантами нормальной пролиферации клеток.
Сопряженность высокой степени полиплоидизации с наиболее дифференцированными, высоко специализированными или интенсивно функционирующими тканями, такими как запасающие, железистые, водоносные, или с теми, которые служат для питания генератив -ной сферы или развивающегося зародыша (тапетум, гаустории,эндосперм, трофобласты), позволяет связать соматическую полиплоиди-зацию с выполнением некоторых определенных функций. Умножение генома, видимо, дает некоторые преимущества при выполнении этих функций,
1.5. Механизмы образования клеток с увеличенным содержанием ДНК
Политения.
Увеличение количества ДНК в ядре, в том числе и в ядрах растительных клеток, может быть обусловлено как полиплоидией -увеличением числа хромосом, так и политенией - удваиванием числа хромонем в неделящихся хромосомах. Механизм полиплоидизации заключается в том, что митотическии цикл не всегда завершается делением клетки. Известны две формы неполного митоза (Бродский, Урываева /29/). I) Выпадают конечные фазы митоза в результате дефектов цититомии, слияния телофаз, к-митоза и образуются клетки с удвоенными и разделившимися наборами хромо -сом. В зависимости от (времени) фазы, на которой блокируется деление, образуются двуядерные или одноядерные полиплоидные клетки. 2) Выпадает весь механизм митоза, клетки блокируются в G2 Фазе и-7 профазе. В результате образуются клетки со сдвоенными хромонемами, в следующем цикле - с диплохромосомами, а после нескольких эндорепродукций и с политенными хромосомами. То есть в обоих случаях умножение генома происходит из-за преждевременного выхода клетки из митотического цикла, но время этого выхода различно. Например, в процессе развития эндосперма обнаруживаются нарушения нормального хода митотических делений, образуются мосты, трёхполюсное веретено, наблюдается отставание, хромосом и их перестройки, возможна и целенаправленная полипло-идизация ядер за счет реституционного деления (Иоффе /60/), а также слияния соседних ядер. Митоз может начинаться нормально, но не завершаться расхождением редуплицированных хромосом к полюсам. В этом случае образуется ядро с удвоенным числом хромо -сомл.ЕпаепЪег^204/ считает, что наиболее часто торможение ми -тоза в клетках эндосперма имеет место в анафазе, однако оно может происходить и на других стадиях митоза (Соколов /144/), и чем раньше происходит задержка в ходе митоза (метафаза или даже профаза), тем более высокая степень плоидности ядер может быть достигнута.
Ряд исследователей ( Geitler /212/, Tschermak-Woess /266» 268/, Stephen /247/)также указывают на увеличение числа хромо-нем при сохранении постоянного числа хромосом в ядрах эндосперма и тапетума. Ядра, в которых видны образования, имеющие вид политенных хромосом, наблюдал Н.Х. Аминов /9/ в эндосперме Vicia faba ь.. Причем политения в этой ткани морфологически не всегда проявляется.
Классический пример политении дают слюнные железы двукрылых, у которых это явление было описано Бальбиени еще в 1881 году (цитируется по Е.де Робертис, В.Новинский, Ф.Саэс /ІЗІ/І
В этих клетках наблюдали гигантские хромосомы с характерной нитчатой и дисковой структурой и уменьшение числа хромосом из-за конъюгации гомологов. Иногда, на других объектах (трофобласты мыши и крысы) наблюдали даже конъюгацию не только гомологичных, но и негомологичных хромосом ( Barlow Sherman /180/). По мнению ряда авторов (Brady, ciuter /186/; Бродский, Урываева /27,29/), тип политении, характерный для двукрылых встречается в природе наиболее редко.
Полиплоидизация путем политенизации ядер очень характерна для растений. Политенные хромосомы растений представляют собой более рыхлые пучки гомологичных хромосом, в которых не всегда видны поперечные диски, так как идентичные хромомере спарены неточно (Зыбина /53/), хотя диски могут выявляться и достаточно хорошо, как yEhaseolus coccineus Ь. ( Brady,Cluteo/186/) Кроме того, политенные хромосомы растений могут распадаться на отдельные тонкие нити, равномерно распределенные по ядру /50/. Степень удлинения "гигантских" хромосом на примере эндосперма не пропорциональна степени плоидности, а обычно меньше её. Кроме того имеют место разнообразные структурные организации "гигантских" хромосом растений. /56/ при константности этого показателя у животных.
Данные об ультраструктурной организации политенных хромосом в зачатке макронуклеуса инфузории приведены в работе Н.В. Винниковой, М.Н.Голиковой /35/. Ими выявлена неравномерность в распределении дисков по длине хромосом, промежутки между которыми от 90 цм до 5000 нм. Кроме того, описываются диски двух типов - шириной 80-130 нм, состоящие из фибрилл 11-12 нм и более широкие до 1000 нм. Последние бывают образованы несколькими связанными между собой фибриллами и лежат в одной плоскости.
Таким образом форма, в которой выражается политения в яд- pax растительных клеток довольно разнообразна. Только в ядрах антипод твердой и мягкой пшеницы, а также мака описано пять её типов ( Hasitsehka /215/; Ивановская, Прокофьева /52/). При первом типе авторами не замечена группировка нитей, следует указать и на то, что число их равно гаплоидному.
Второй тип характеризуется соединением хромонем только в центральном участке. Далее выделяется тип, при котором расхождение нитей наблюдается только на одном из концов политенной хромосомы, в остальной части, особенно в области проксимального хроматина, они идут параллельно. Этот тип описан только у пшениц.
Следующий, третий по классификации G.Hasitschka /215/ тип представлен типичными "гигантскими" хромосомами, нити в них сближены и лежат параллельно, наблюдаются и диски - чередование светлых и темных участков, причем наиболее темные участки (гетерохроматин) расположены в районе центромер.
Пятый тип выделяется крупной спирализацией хромонем, ко -торые соединяются только в проксимальной части хромосом.
В большинстве случаев о содержании ДНК в ядрах растительных клеток мы можем судить только по результатам цитохимических анализов, так как чаще всего имеем дело со "скрытой" политенией. Существуют однако и морфологические критерии определения политении. Одним из них является число хромоцентров, которое по многочисленным данным /88, III, 180, 220/ является величиной постоянной, одинаковой и у диплоидных клеток и при накоплении большого количества ДНК. В качестве еще одного критерия поли-тенизации клеток используется такой показатель, как состояние полового хроматина (Зыбина, Мосьян /53/), обычно это одна глыбка, размеры которой возрастают с увеличением содержания ДНК.Число и состояние ядрышек тоже могут указывать на полите - нию. В политенных ядрах число ядрышек то же, что и в диплоид -шх, его размеры возрастают за счёт более интенсивного синтеза белков.
Хромоцентры - это гетерохроматиновые зоны хромосом, сохраняющие свою структуру и в покоящемся ядре, А.А.Прокофьева-Бель-говская /125/ считает, что почти все хромоцентры расположены на хромосоме в районе центромер, исходя при этом из совпадения их числа с числом хромосом. В.В.Бурков, Г.Е.Онищенко, Ю.С.Чен-цов /30/ описывают хромоцентры как сдвоенные структуры, которые лежат по обе стороны центромеры. С.А.Павульсоне, А.Б.Иорданский, В.М.Гиндлис /114/; С.А.Павульсоне, А.Б.Иорданский /115/ доказывают теломерную природу хромоцентров на примере двух видов Allium . При этом они считают, что в каждом хромоцентре объединены 2-3 теломерных участка, поэтому число их равно числу хромосом или меньше его. На теломерную природу хромоцентров в клетках антипод злаковых указывает Т,Ф.Петрова /118/.
В световом микроскопе хромоцентры представляют собой глыб-ки конденсированного хроматина размером 0,2-0,3 мк : ультра -структурная организация их на примере луков Allium исследовалась Г.Е.Онищенко, Ю.С.Ченцовым /III, 112/. По данным авторов хромоцентре представляют собой плотные образования неправильной формы, характер упаковки фибрилл ДНП по всему объёму хромоцентров неоднороден, самые конденсированные участки находятся вблизи ядерной оболочки, в сечении они напоминают по форме розетку о диаметром 1200-1500 А. Наибольшая конденсация хроматина достигается в телефазе.
Различия в упаковке фибрилл ДНП вызваны, по данным D.EeCom- ming, E.Mattoccia /194/, различиями в составе ДНК - эти районы хромосом обогащены сателлитной ДНК типа AT. Диаметр же этих о фибрилл ДНК в районе хромоцентров равен 100-150 А, тогда как в о других областях - 200 А. В.Б.Бурков, Г.Е.Онищенко, Ю.С.Ченцов /ЗО/ наблюдали различия в степени разрыхления прицентромерных участков хромосом мыши и их плеч под действием гипотонических растворов. Область хромоцентров сохраняет размеры, близкие к норме, а плечи хромосом сильно увеличиваются. В случае полной декондєнсадии всего плотного хроматина ядра, хромоцентры остаются лишь менее плотными. Авторы высказывают предположение о различных факторах, определяющих упаковку фибрилл ДНП в хромо-центрических участках хромосом и в их плечах.
Хромоцентры в ядре располагаются по периферии и контактируют с ядерной оболочкой (Бурков, Ченцов, Онищенко /30/). Причем один из них, по данным Ю.С.Ченцова, Г.Е.Онищенко /III/, всегда локализуется вблизи ядрышка. Район распределения хромоцентров составляет от 1/2 до 3/4 поверхности ядра. В районе контакта хромоцентров с внутренней мембраной ядра не найдено никаких специальных структур, замечена только большая упорядоченность хроматина. Авторы считают, что пограничный слой хро - матина отделен от внутренней мембраны ядра свободным простран- о ством в 150 А, которое, возможно, представлено рядом гранул о размером 300-400 А. На внешней стороне мембраны ядра со сторо- о ны цитоплазмы были найдены пучки фибрилл толщиной 200 А, по
2-4 штуки в пучке. Причем найдены они были только там, где к ядерной оболочке примыкал хроматин.
Периферическая локализация теломерных участков и связь их с ядерной оболочкой показана и в политенных ядрах (Груздев, Кикнадзе /41/).
На полярность в расположении политенных хромосом в ядрах антипод пшеницы (все хромоцентры, совмещенные в данном случае с центромерами, смещены в одну сторону ядра) указывается в ра- боте Е.В.Ивановской, З.Д.Прокофьевой /58/.
Возвращаясь к вопросу о проявлении политении, укажем на работы B.E.Wolf ,S.Sokoloff /278/, В.Я.Бродского, И.В.Урываевой /29/, которые считают, что для этого проявления необходима какая-то минимальная степень увеличения содержания ДНК (специфическая для каждого вида) и определенная плотность расположения хромонем, только в этом случае политения выявляется морфологи -чески.
Как механизмы полиплоидизации описаны эндомитоз (Geitler 209, 210, 2I2/,Czapska-Dziekanowska /198/) - разделение хромосом внутри ядра без разрушения ядерной оболочки, и амитоз -прямое деление клетки в интерфазе (Гуляев /42/, Кнорре /67/, Ревуцкая /130/).
Вопрос о степени распространения эндомитоза и о правомерности выделения амитоза в качестве самостоятельных форд деления обсуждается в литературе /20, 29, 65/.
1.6. Возможное закрепление полиплоидии соматических клеток в эволюции
Неслучайность полиплоидии соматических клеток вытекает из широкого распространения таких клеток в различных органах растений и животных, из их закономерного появления в онтогенезе. Можно даже предположить, что особи со случайно возникшими высоко-плоидными клеточными популяциями могли отбираться у видов, для которых этот признак и даваемые им преимущества особенно ценны. П.А.Баранов, Т.С.Матвеева /19/ писали, что накопление ядерного материала является приспособлением, приобретаемым организмом в процессе эволюции для поддержания на высоком уровне процессов жизнедеятельности тех клеток, которые выполняют ответственные функции в составе постоянных тканей. З.А.Рябинина /137/ счита - ет клеточную полиплоидию проявлением адаптации органа к высоким функциональным нагрузкам.
Закрепление полиплоидии соматических клеток в процессе эволюции могло, по мнению В.Я.Бродского, И.В.Урываевой /28, 29/, идти двумя путями - во-первых, выживали мутанты с наследуемыми дефектами митоза, во-вторых, отбирались онтогенезы с высокой вероятностью конкурентных отношений пролиферации и дифференци-ровки. Выше уже говорилось о ряде преимуществ, даваемых увеличением содержания ДНК, как целому организму, так и отдельному его органу. Возможно, что орган с полиплоидными клетками успешнее диплоидного преодолевает внешнее влияние и вследствие этого организм лучше противостоит силам отбора. Возможно, накопление ДЕК является буферным защитным механизмом направленным на поддержание нормального онтогенеза за счет множественной дозы каждого гена.
Вопрос о генетической регуляции полиплоидии еще не разработан в достаточной мере, существует лишь гипотеза о конкурентных отношениях митозов и дифференцировки как факторе, регулирующем увеличение содержания ДНК в ядре. Указания на генетический контроль эндорепродукции имеются в работах A.Nougareae,J.Rumbur /245/,A.Callebaut,O.Oostveldt van,R.Parijs van/191/.
Политения более определенно может иметь /29/ свой механизм генетической регуляции. Во многих случаях клетки могут существовать или выполнять свои специфические функции только в политен-ном состоянии, в отличие от полиплоидных, которые функционируют и в диплоидной форме. Соматическая полиплоидия и политения, по современным представлениям, вариант нормальной пролиферации клеток, а выбор способа пролиферации определяется особенностями развития и функционирования клеток.
Таким образом рассмотренные в данном разделе преимущества полиплоидных тканей над диплоидными, закономерное и запрограммированное их появление в онтогенезе (в процессе дифференцировки) и, наконец, обнаружение полиплоидных клеток в объектах, сходных с изучаемыми, вызвало необходимость поиска таковых в паренхим-ной ткани коровой части плода тыквы крупной, где такие исследования не проводились»
1.7. Актуальность выбранной теш исследования
В разработке проблемы гигантизма вопросу об адаптивном преобразовании структур и ультраструктур отводится особое место, так как они выступают как своего рода индикатор таких преобразований (Матиенко /97,98/, Хохряков /158/). Плоды тыквы крупной, шлеющие большое экономическое значение, отличаются особо большими размерами и представляют интерес, в связи с общей проблемой гигантизма. Выяснение морфологических и структурных закономер -ностей в развитии плодов может внести свой вклад в решение этого вопроса. Применение анатомо-морфологического метода позволяет создать основу для выявления целого ряда хозяйственно-ценных признаков плодов. Сравнение роста тканей у крупноплодных и мелкоплодных образцов открывает новые возможности для изучения онтогенетического аспекта дифференцировки и закономерностей проявления гигантизма, а также путей управления им.
В литературе отсутствуют данные о пролиферативных процессах в паренхимных тканях плодов тыквы и о их роли в увеличении массы плода. Имеющиеся данные о полиплоидизации соматических клеток в семействе тыквенных противоречивы и требуют уточнения. Осуществление деления клеток и их растяжения и наблюдающееся накопление запасных веществ может свидетельствовать о совмещении пролифе -ративных и тканеспецифических синтезов в клетках паренхимной *ткани плодов. Условия клеточного метаболизма, однако, не до- пускают одновременного осуществления этих процессов из-за их конкуренции за энергетические и пластические ресурсы клетки. В результате возникают отклонения в ходе подготовки и в самом митозе, что приводит к увеличению содержания ДНК. Увеличение клеточных размеров, являющееся одним из следствий этого явления, тесно связано с ростом массы органа. Исходя из этого выявление клеточных и тканевых основ пролиферации, обеспечивающих увеличение массы плода представлялось нам достаточно актуальным.
