Наукова стаття з теми дослідження.

Єременко М. В.

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, доктор педагогічних наук, професор, завідувач кафедри теорії та методики викладання природничих дисциплін Рудишин С.Д.

Явище апікального домінування : дослідження ін вітро на рослинах картоплі

Анотація: розглянуто явище апікального домінування, його значення в умовах ін вітро з метою підвищення ефективності мікроклонального размноження картоплі, залежність від специфічної дії певного класу регуляторів росту рослин (фітогормонів) живильного середовища.

Ключові слова: апікальне домінування, фітогормони, мікроклональне розмноження картоплі, живильні середовища.

Процеси росту і розвитку різних частин рослини взаємопов’язані між собою. Завдяки діяльності апікальної меристеми відбувається ріст стебла у довжину, надалі збільшується його міцність і товщина (результат камбіальної активності), що дозволяє всьому пагону витримувати значні механічні навантаження. Апікальна меристема як пагона, так й кореня гальмує ріст бокових меристем, пазушних бруньок, що й  одержало назву «апікальне домінування» [1-5]. Отже, якщо видалити верхівкову меристему (верхівкову бруньку), то її функції бере на себе найближча пазушна брунька, яка починає рости.

Явище апікального домінування потребує комплексного дослідження із врахуванням синергетичної дії фітогормонів (ауксинів, цитокінінів та ін.).

Метою роботи: було теоретично обґрунтувати та проаналізувати особливості апікального домінування у рослин картоплі та шляхи використання цього явища в умовах «ін вітро».

Для досягнення поставленої мети були визначені такі завдання:

1.   Ознайомитись із теоретичним засадами явища апікального домінування на основі сучасних даних фізіології  і біохімії рослин.

2.   Висвітлити роль синергетичної дії фітогормонів (ауксинів, цитокінінів та ін.) у даному явищі.

3.   Обґрунтувати використання явища апікального домінування ін. вітро.

4.   Проаналізувати склад живильних середовищ та їх вплив на ріст і розвиток рослин. 

Дослідження проводяться  з 2014 і продовжуються на базі лабораторії мікроклонального розмноження Глухівської дослідної станції луб’яних культур  Інституту  сільського господарства Північного Сходу Національної академії аграрних наук України. 

Апікальна меристема – це саморегулююча структура, яка виконує дві функції: 1) підтримує визначену кількість клітин у недиференційованому стані; 2) постійно переміщує недиференційовані клітини в детерміновані, тобто чітко визначені зачатки фітомерів. Для апікальної меристеми характерні досить дрібні кубоподібні клітини з тонкою целюлозною оболонкою та густою цитоплазмою. Клітини апікальних меристем називають ініціальними. Під час поділу в процесі мітозу одна із дочірніх клітин залишається в меристемі, а інша збільшується в розмірі і диференціюється, щоб стати постійною частиною в певних тканинах рослини. У такий спосіб  відбувається становлення форми (габітусу) рослин [2].

Рослинна клітина багатоклітинного організму не тільки виконує функції для підтримання власної цілісності, але й функціонує узгоджено із іншими клітинами за рахунок обміну інформацією. При цьому одна група клітин «відправляє» сигнали хімічної природи, а інша група клітин («мішень») сприймає їх. Серед величезного списку таких хімічних речовин виділяють гормони рослин (фітогормони).

Вперше термін «гормон» рослин в 1909 р. запропонував німецький фітофізіолог Г. Фіттінг (H. Fitting), за аналогією з існуванням гормонів у тварин [5].

Назва «фітогормони» узаконена в науковій і навчальній літературі, оскільки охоплює поняття біологічно активних речовин, які здійснюють взаємодію клітин, тканин і органів, і які у дуже малих концентраціях необхідні для запуску і регуляції фізіологічних і морфогенетичних програм. Існує загальна назва «регулятори росту рослин» (РРР), що активно регулюють і координують онтогенез рослини [5].

За типом дії  РРР поділяють на стимулятори та інгібітори.Фітогормони переміщуються  по рослині і впливають на ріст і диференціацію тих тканин і органів, куди потрапляють. Таким чином, фітогормони – це хімічні сполуки, що виробляються в рослинах і регулюють їх ріст і розвиток.

М.Г. Холодний закладав підвалини вчення про фітогормони в той час, коли був відомий лише один гормон рослин – ауксин. Сьогодні розрізняють такі основні типи фітогормонів: ауксини, цитокініни, гібереліни, абсцизова кислота (АБК), етилен, брасиностероїди. Кожна хімічна категорія фітогормонів справляє характерний вплив на ріст і спеціалізацію клітин рослин, що використовуються ін вітро. Проте треба чітко розуміти, що генотип рослини не змінюється під дією будь-якого регулятора росту. РРР лише допомагають рослинам розкрити і реалізувати їх генетичний потенціал без появи нових спадкових властивостей. Крім того, РРР ні в якому випадку не замінюють елементів живлення.

Живильне середовище – головний фактор, що обумовлює успіх мікроклонального розмноження. Основою усіх середовищ є мінеральні солі, які містять необхідні для росту рослин макро- (N, Р, К, Са, Mg, S) і мікроелементи (Fe, В, Mn, Zn, Cu, Na, Co, Mo, CI, Ni). Крім того, до їх складу входять вітаміни, амінокислоти, фізіологічно активні речовини [4]. Маніпуляції з концентраціями фітогормонів в живильному середовищі дозволяє впливати на процеси морфогенезу.

Результати дослідження дозволяють зробити такі висновки:

1)       Якщо наш експлант – верхівка пагона картоплі розміром 0,20 мм завдовжки, то в пазухах його зачаткових листочків знаходяться додаткові меристематичні тканини, які здатні формувати нові пагони. Розвиток всіх пазухових пагонів гальмується апікальним домінуванням. Дія підвищених концентрацій цитокінінів на відокремлений від рослини експлант долає ефект апікального домінування в умовах ін вітро і призводить до росту цілого пучка пагонів першого, другого, третього і т.д. порядків. Цей процес називається проліферацією пагонів ін вітро.

2)       Утворені пагони знову пересаджують на те саме поживне середовище для подальшого отримання нових пагонів з його пазухових бруньок. Подібний процес можна продовжувати і отримувати велику кількість пагонів за відносно короткий період часу.

У подальшому будемо досліджувати вплив ауксинів на етапі укорінення пагонів ін вітро з метою одержання повноцінних рослин в пробірках. 

Література

1.   Власенко М. Ю. Фізіологія рослин з основами біотехнології / Власенко М. Ю., Вельямінова – Зернова Л. Д., Мацкевич В. В. – Біла Церква. – 2006. – 504с.

2.   Кузнєцов В. В. Физиология растений / Кузнєцов В. В., Дмитриєва Г.А.  – М.: Вища школа. 2006. – 504с.

3.   Мусієнко М. М. Фізіологія рослин: підручник / Мусієнко М. М.              – К. :, Либідь, 2005. – 808с.

4.   Рудишин С. Д. Основи біотехнології рослин: навч. посіб. [для студ. вищ. навч. закл.] / Рудишин С. Д.  – Вінниця: МП «ЗАПАЛ», 1998. – 224 с.

5.   Уорінг Ф.  Рострастений и дифференцировка / Ф. Уорінг, И.  Філліпс; пер. с англ. Н. Л. Крячко, И. А. Смирнова. – М.: Мир, 1984. – 512 с.