Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования

Представлены результаты сравнительного анализа дифференциации зародышей и накопления в них запасных питательных веществ у растений Brassica rapa, выращенных в условиях медленного горизонтального клиностатирования и лабораторного контроля. Показано значительное сходство этапов формирования зародышей...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Попова, А.Ф., Иваненко, Г.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2010
Назва видання:	Цитология и генетика
Теми:	Оригинальные работы
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/66705
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования / А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко // Цитология и генетика. — 2010. — Т. 44, № 2. — С. 22-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-66705
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-667052014-07-21T03:01:41Z Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования Попова, А.Ф. Иваненко, Г.Ф. Оригинальные работы Представлены результаты сравнительного анализа дифференциации зародышей и накопления в них запасных питательных веществ у растений Brassica rapa, выращенных в условиях медленного горизонтального клиностатирования и лабораторного контроля. Показано значительное сходство этапов формирования зародышей и характера запасных питательных веществ в обоих вариантах. Выявлены различные случаи нарушений в процессе дифференциации семяпочек и зародышей, а также статистически достоверные отличия в количестве накопленных запасных питательных веществ в клетках зародышей в условиях клиностатирования по сравнению с лабораторным контролем. Наведено результати порівняльного аналізу диференціації зародків та нагромадження в них запасних поживних речовин у рослин Brassica rapa, що вирощені в умовах повільного горизонтального кліностатування та лабораторного контролю. Показана значна подібність етапів формування зародків та характера запасних поживних речовин в обох варіантах. Виявлено різні випадки порушень в процесі диференціації насіннєвих зачатків та зародків, а також статистично достовірні відмінності у кількості нагромаджених запасних поживних речовин у клітинах зародків в умовах кліностатування у порівнянні з лабораторним контролем. The results of study of embryo development in B. rapa plants, as well as the rate and the character of nutrient substances accumulation in their cells under slow horizontal clinorotation and laboratory control are presented. Significant similarity of the peculiarities of embryo differentiation and character of nutrient substance accumulation in both variants was shown. The cases of different deviations during embryo differentiation, and rate and quantity of reserve nutrient substances in their cells are revealed under clinorotation compared to the laboratory control. 2010 Article Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования / А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко // Цитология и генетика. — 2010. — Т. 44, № 2. — С. 22-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0564-3783 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/66705 582:581.165.1:52.423 ru Цитология и генетика Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Оригинальные работы Оригинальные работы
spellingShingle	Оригинальные работы Оригинальные работы Попова, А.Ф. Иваненко, Г.Ф. Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования Цитология и генетика
description	Представлены результаты сравнительного анализа дифференциации зародышей и накопления в них запасных питательных веществ у растений Brassica rapa, выращенных в условиях медленного горизонтального клиностатирования и лабораторного контроля. Показано значительное сходство этапов формирования зародышей и характера запасных питательных веществ в обоих вариантах. Выявлены различные случаи нарушений в процессе дифференциации семяпочек и зародышей, а также статистически достоверные отличия в количестве накопленных запасных питательных веществ в клетках зародышей в условиях клиностатирования по сравнению с лабораторным контролем.
format	Article
author	Попова, А.Ф. Иваненко, Г.Ф.
author_facet	Попова, А.Ф. Иваненко, Г.Ф.
author_sort	Попова, А.Ф.
title	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования
title_short	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования
title_full	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования
title_fullStr	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования
title_full_unstemmed	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования
title_sort	структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза brassica rapa l. в условиях клиностатирования
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Оригинальные работы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/66705
citation_txt	Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования / А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко // Цитология и генетика. — 2010. — Т. 44, № 2. — С. 22-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
series	Цитология и генетика
work_keys_str_mv	AT popovaaf strukturnyeicitohimičeskieaspektyémbriogenezabrassicarapalvusloviâhklinostatirovaniâ AT ivanenkogf strukturnyeicitohimičeskieaspektyémbriogenezabrassicarapalvusloviâhklinostatirovaniâ
first_indexed	2025-07-05T16:53:05Z
last_indexed	2025-07-05T16:53:05Z
_version_	1836826635153702912
fulltext	УДК 582:581.165.1:52.423 А.Ф. ПОПОВА, Г.Ф. ИВАНЕНКО Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, Киев E!mail: afpopova@ukr.net СТРУКТУРНЫЕ И ЦИТОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭМБРИОГЕНЕЗА BRASSICA RAPA L. В УСЛОВИЯХ КЛИНОСТАТИРОВАНИЯ Представлены результаты сравнительного анализа дифференциации зародышей и накопления в них запас� ных питательных веществ у растений Brassica rapa, вы� ращенных в условиях медленного горизонтального кли� ностатирования и лабораторного контроля. Показано значительное сходство этапов формирования зароды� шей и характера запасных питательных веществ в обо� их вариантах. Выявлены различные случаи нарушений в процессе дифференциации семяпочек и зародышей, а также статистически достоверные отличия в коли� честве накопленных запасных питательных веществ в клетках зародышей в условиях клиностатирования по сравнению с лабораторным контролем. Введение. Изучение репродуктивного раз� вития растений в условиях микрогравитации* выявило определенные трудности в получении нормально сформированных семян. Хотя на сегодня «космические» семена получены у че� тырех видов однолетних высших растений (Arabidopsis, Brassica, Triticum и Pisum) [1–4], по ряду показателей они отличались от наземно� го контроля. Так, количество сформированных в услови� ях микрогравитации семян, их размер и масса были меньшими, чем в наземном контроле. У пшеницы получено только 38 % от числа зерно� вок в наземном контроле, причем масса сфор� мировавшихся в условиях микрогравитации семян была меньше контрольных [5, 6]. Общий вес семян Brassica, образовавшихся в условиях космического полета, был снижен на 35 % в сравнении с наземным контролем [3]. К сожа� лению, авторы не смогли проанализировать динамику накопления запасных питательных веществ в семенах ввиду отсутствия темпо� ральной фиксации растительного материала. Исследования полного онтогенеза растений и получение полноценных семян в условиях космического полета являются достаточно ак� туальными с учетом возможностей использо� вания высших растений как основных компо� нентов контролируемых экологических систем жизнеобеспечения (КЭСЖ) космонавтов (в ка� честве регенерантов воздуха и ценных витамин� ных и пищевых добавок). Такие исследования направлены на поиск нарушений, возникаю� щих в процессе дифференцировки зародышей и/или динамики накопления и баланса запас� ных веществ в «космических» семенах. Как свидетельствует накопленный опыт про� ведения экспериментов в условиях космичес� кого полета, использование комплекса мето� дов анализа, эквивалентных запланированным исследованиям, в этих условиях существенным образом ограничено. Это касается как прове� дения темпоральной фиксации растительного материала, длительного его хранения, исполь� зования специфических фиксаторов, так и соб� людения температурного режима при спуске и доставке растительного материала в лаборато� рию. Поэтому для получения зародышей мы ис� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 222 © А.Ф. ПОПОВА, Г.Ф. ИВАНЕНКО, 2010 * Термин «микрогравитация» употребляется ввиду от� сутствия на борту космических летательных аппара� тов полной невесомости из�за работы оборудования. пользовали модельные эксперименты с при� менением медленных клиностатов, позволяю� щих воссоздавать определенные эффекты микрогравитации [7], хотя при этом невоз� можно избавиться от скалярной составляющей гравитации. Основной целью наших исследований был анализ последовательных стадий дифферен� циации зародышей в условиях симулирован� ной микрогравитации с целью выявления эта� пов в развитии зародышей, наиболее поддаю� щихся воздействию микрогравитации, а также выяснению особенностей аккумуляции запас� ных питательных веществ в семенах, сформи� рованных в этих условиях. Материал и методы. В качестве объекта ис� следования использовали растения Brassica rapa L. (форма Astroplants), как и в украинско�аме� риканском эксперименте (B�stic), что дает возможность проведения сравнительных ис� следований. Растения выращивали в культи� ваторах, которые устанавливали на медленные горизонтальные клиностаты. Использовали клиностаты со скоростью вращения 2 об/мин, так как принято считать, что именно при этом режиме вращения растений воссоздаются оп� ределенные эффекты микрогравитации. Рост растений в условиях клиностатирования осу� ществлялся в течение полного онтогенеза, на� чиная с момента посева семян и вплоть до формирования зрелых семян в стручках (рис. 1, а, б, см. вклейку в конце номера). Искус� ственное опыление и маркирование цветков для идентификации возраста зародышей, а также их фиксацию для светооптических и цитохимических исследований проводили в соответствии с методикой, разработанной на� ми в совместном украинско�американском космическом эксперименте [8]. Растения вы� ращивали при круглосуточном освещении (250 мкмоль/м2·с–1), как и в космическом экс� перименте [8]. Для качественной оценки липидов в клетках зародышей использовали специфический фик� сатор – смесь фиксатора Левитского и 2,5%� ного водного глютарового альдегида с последу� ющей окраской срезов клеток зародыша ниль� ским голубым. Перед фиксацией завязи и стручки, сформированные в обоих вариантах эксперимента, измеряли и препарировали с целью изоляции семенных зачатков, зароды� шей и семян. Полутонкие срезы семенных зачатков и за� родышей, изготовленные с помощью ультра� микротома MT�XL («RMR Instruments», США), окрашивали толуидиновим синим, исследова� ли и фотографировали в микроскопах Stemy�6 и Axioscope («Карл Цейс», Германия). Выявле� ние запасных питательных веществ осуществ� ляли цитохимическими методами: для иденти� фикации полисахаридов использовали реакцию с Шифф�перйодной кислотой, белков – ани� линовым черно�синим [8], липидов – суданом черным [9] на отдельных препаратах, а так� же последовательно на одном и том же препа� рате [10]. Результаты исследований и их обсуждение. Исследовали зародыши на разных стадиях их развития (глобулярной, сердцевидной, диффе� ренцированного незрелого и зрелого зароды� шей), сформированные в результате искус� ственного опыления в условиях клиностатиро� вания и лабораторного контроля. Особое вни� мание уделялось стадиям развития зародыша, когда начиналась дифференциация протодер� мы, семядолей и зародышевого корня. Цитоэмбриологический анализ показал, что в контроле трехсуточные зародыши B. rapa состояли из многоклеточного собственно за� родыша глобулярной формы и нитевидного од� нослойного суспензора (рис. 2, а, см. вклейку). На этой стадии в зародышах дифференциро� валась протодерма и группа клеток гипофизиса, из которых в будущем развивались зародыше� вый корень с корневым чехликом. Как правило, отмечали значительное сходство темпов раз� вития зародышей на ранних стадиях в условиях клиностатирования и контрольном варианте (рис. 2, а, в), хотя изредка в условиях клино� статирования на этой стадии наблюдали отдель� ные случаи изменения контуров оболочек кле� ток суспензоров, в частности, они приобретали извилистые профили, чего не отмечали в кон� трольном варианте. В норме дифференциация, связанная с фор� мированием бугорков будущих семядолей в 5–6�суточных зародышах, продолжалась, что придавало зародышу сердцевидную форму. Сус� пензор состоял обычно из 6–10 уплощенных клеток, расположенных в один ряд (рис. 2, б и ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 2 23 Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. 3, а, см. вклейку). Следует отметить, что край� няя клетка суспензора, примыкающая к мик� ропиле, была значительно удлинена и имела зауженный конец (рис. 2, б). В условиях клино� статирования отмечали случаи округления апи� кальной клетки суспензора, размер которой был увеличен по сравнению с остальными его клет� ками. Иногда эта клетка делилась в попереч� но�скошенном направлении, в результате чего суспензор приобретал булавовидную форму. Значительное увеличение размеров семядо� лей как в контроле, так и при клиностатирова� нии отмечали на 8–9�е сутки формирования зародышей, причем суспензор еще сохранялся на этой стадии. В дальнейшем у 10–12�суточ� ных зародышей B. rapa происходило значи� тельное увеличение семядолей и зародышевого корня, а также начинался их постепенный из� гиб. Зародыши 15�суточного возраста имели зародышевый корень, гипокотиль, семядоли и точку роста, которая сформировалась в виде бугорка апикальной меристемы. Как для се� мядолей, так и для зародышевого корня было характерно наличие хорошо развитых прово� дящих пучков. В дальнейшем при созревании зародышей происходило увеличение их раз� мера, которое сопровождалось ростом семядо� лей и зародышевого корня. Постепенно фор� мировался изгиб оснований семядолей и за� родышевого корня, вследствие чего зародыши приобретали С�подобную форму. Сформированные зародыши B. rapa (рис. 4, а, см. вклейку) относятся к хлорофиллоносному типу с довольно высокой фотосинтетической активностью, что свойственно этому роду [11]. В основном выявляется сходство дифферен� циации зародышей B. rapa в условиях клино� статирования и лабораторного контроля. Однако отмечались случаи нарушений дифференциа� ции зародышей в условиях клиностатирования (5–6 %), что проявлялось чаще всего в развитии семядолей неправильной формы, когда пос� ледние формировали складки или имели не� типичную топографию (рис. 4, б, в). Иногда семядоли были лишены зеленой окраски вследствие отсутствия хлорофилла (рис. 4, г), что не свойственно контрольным зародышам (рис. 4, а). Кроме того, отмечали случаи отсут� ствия изгибов семядолей и зародышевого кор� ня (рис. 4, д, е). Последние перфорировали покровы семени и выходили наружу, тогда как в контроле зародышевый корень в загнутом виде располагался между плотно сложенными загнутыми семядолями зародыша (рис. 4, а). Кроме того, в условиях клиностатирования выявляли нарушения и при развитии завязей, цветков и семяпочек, чаще всего в результате различных изгибов столбика, неравномерного или неполного срастания плодолистиков за� вязи (рис. 5, б, в, см. вклейку), вследствие чего семяпочки в дальнейшем погибали. В результате проведенных цитохимических реакций проанализирована динамика аккуму� ляции запасных питательных веществ в клет� ках зародышей на разных стадиях их развития в контроле и при клиностатировании. Появле� ние включений крахмалов в виде единичных зерен в пластидах и мелких липидных капель в цитоплазме отмечено в клетках гипофизиса и протодермы уже в трехсуточных зародышах обоих вариантов. Меристематические клетки собственно зародыша не содержали включений запасных веществ, что характерно для клеток в процессе их активного размножения. При клиностатировании скопления крахмальных зерен в значительных количествах выявлялись в пластидах эндосперма вокруг зародышей на глобулярной стадии (рис. 2, в), а также в клет� ках интегументов микропилярной зоны (рис. 2, г). В контроле крахмальные зерна вокруг за� родышей на этой стадии развития уже отсут� ствовали (рис. 2, а). Включения крахмала в клетках нуцеллуса в значительных количест� вах выявлялись в обоих вариантах. На сердцевидной стадии развития зароды� шей в норме количество крахмальных зерен возрастало преимущественно в клетках гипофи� зиса, в среднем до 4,1 ± 0,9 штук на одну клет� ку. Дальнейший рост и дифференциация заро� дышей сопровождались интенсивным накоп� лением полисахаридов как в клетках семядолей, так и зародышевого корня, достигая максиму� ма в дифференцированных зародышах. Следует отметить также наличие значительного числа включений полисахаридов в клетках нуцеллу� са и интегументов. Количество зерен крахма� ла несколько варьировало в клетках нуцеллу� са, как и в клетках внешнего и внутреннего интегументов, в зависимости от стадии разви� тия зародышей. ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 524 А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко Выявлены различия по количеству зерен крахмала в клетках интегументов клиностатно� го и контрольного вариантов. На стадии шаро� видных и сердцевидных зародышей наблюдали более высокое содержание зерен крахмала в клетках эпидермы и субэпидермальных слоев внешнего интегумента семяпочек клиностат� ного варианта (15,9 ± 1,3 и 12,6 ± 1,4) по срав� нению с лабораторным контролем (12,1 ± 1,2 и 10,9 ± 1,1). В клетках внутреннего интегу� мента такие различия были незначительными (клиностатирование – 5,6 ± 1,5, лабораторный контроль – 5,1 ± 1,3). В эпидермальных клетках внешнего интегумента обоих вариантов, когда в зародышах уже начинали формироваться се� мядоли, отмечался еще достаточно высокий уровень аккумуляции крупных крахмальных зе� рен (контроль – 8,81 ± 0,9 и 7,65 ± 0,6 %, усло� вия клиностатирования – 8,78 ± 1,1 и 7,56 ± ± 0,7 %). В клетках внутреннего интегумента отмечали значительно более мелкие зерна крахмала по сравнению с клетками внешнего интегумента. Нами впервые с использованием судана чер� ного выявлено наличие липидов в клетках не� фиксированных зародышей на очень ранних стадиях их развития, начиная с трехсуточного возраста, в контрольном и клиностатном вари� антах, причем липиды в виде очень мелких ка� пель обнаруживали в клетках зародышей на глобулярной и сердцевидной стадиях форми� рования зародышей (рис. 3, а). Содержание липидов в клетках молодых, не� дифференцированных зародышей контроль� ного и клиностатного вариантов было в основ� ном подобным, и различия в количестве липид� ных капель на одну клетку были статистически недостоверными. По мере дифференцировки зародышей количество и размер липидных ка� пель значительно увеличивались в обоих ва� риантах, что затрудняло их количественный учет и проведение сравнительных исследова� ний, поэтому количественный анализ осущес� твляли с использованием полутонких срезов, обработанных осмием (рис. 3, б). Установлено, что статистически достоверные различия по количеству капель липидов выявляются меж� ду контрольным и клиностатным вариантами в клетках зародышей, начиная с 8–12�суточного возраста, причем их количество было более низ� ким, особенно в центральной части семядолей зародышей, сформированных в условиях кли� ностатирования (таблица), тогда как в клетках эпидермального и субэпидермального слоев верхнего фронтального участка семядолей их содержание было сходным с контролем. Качественная оценка липидов, проведен� ная с использованием специфического краси� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 2 25 Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. Количество капель липидов в клетках 12�суточных зародышей В. rapa Участок семядоли Фронтальный, верх эпидерма субэпидерма Фронтальный, низ эпидерма субэпидерма Центральный, верх эпидерма субэпидерма Центральный, низ эпидерма субэпидерма М ± m Контроль Горизонтальный клиностат Р T 0,63 0,35 0,16 1,73 1,46 2,25 3,95 1,06 0,63 0,73 0,87 0,09 0,15 0,03 * 0,0003 * 0,29 8,3 ± 1,1 6,3 ± 1,3 9,8 ± 1,1 10,85 ± 1,6 12,85 ± 1,94 14,0 ± 2,26 14,25 ± 1 ,73 11,7 ± 1,66 9,0 ± 0,9 6,85 ± 0,9 9,55 ± 1,1 7,75 ± 0,8 9,55 ± 1,14 * 8,60 ± 0,81 * 6,55 ± 0,9 * 9,70 ± 0,9 * Разница достоверна при Р � 0,05. теля нильского голубого, подтвердила при� надлежность липидов в клетках зародышей В. rapa к группе нейтральных липидов. Почти параллельно с накоплением липидов и полисахаридов в клетках зародышей В. rapa синтезировались белковые включения в виде разного размера телец с глобоидами. Количес� тво белковых телец увеличивалось по мере раз� вития зародышей. Хотя локализация белковых телец в клетках дифференцированных зароды� шей клиностатного и контрольного вариантов была сходной, однако отмечалось уменьшение количества и размера белковых телец в клет� ках клиностатируемых зародышей по сравне� нию с контрольными. Сравнительный электрофоретический ана� лиз состава белков в зародышах B. rapa показал существование различий между исследуемыми вариантами, а именно появление новых белков 20 и 43 кД в клиностатном варианте, тогда как такие белки отсутствовали в лабораторном кон� троле [12]. Подтверждением нарушений бел� кового синтеза в условиях клиностатирования является также уменьшение уровня экспрес� сии δ1�циклина в зародышах на ранних стади� ях их формирования [13], что, вероятно, связа� но с угнетением транскрипционной актив� ности генов и последующим блокированием синтеза некоторых белков клеточного цикла. Таким образом, дифференциация зароды� шей B. rapa в условиях клиностатирования и лабораторного контроля осуществлялась в основном подобным образом. В то же время были выявлены определенные нарушения в процессе дифференциации зародышей, про� являющиеся в формировании атипичных се� мядолей и изменении топографии зародыше� вых корней и семядолей, что приводило к раз� личиям в их размере. Изменения морфологии семядолей и их размера, возможно, может быть результатом нарушений пролиферации клеток. Как показано рядом авторов [14], одной из причин уменьшения общего веса семян, сфор� мированных во время длительного экспери� мента на станции «Мир», является уменьше� ние количества клеток в семядолях «косми� ческих» семян на 20 % по сравнению с назем� ным контролем. Цитохимическими методами также зарегис� трированы отличия в темпах аккумуляции и утилизации запасных питательных веществ в процессе формирования семян B. rapa при клиностатировании. Так, выявлено наличие зе� рен крахмала в клетках эндосперма, окружаю� щих трехсуточные зародыши, в отличие от контрольного варианта, а также значительные скопления их в клетках интегументов микро� пилярной зоны (на уровне зародыша) [15, 16]. Наличие крахмала в указанных клетках может быть результатом снижения трофики зароды� шей на ранних стадиях их развития в условиях клиностатирования по сравнению с контро� лем. В отдельных зародышах B. rapa, сформи� рованных как при клиностатировании, так и в условиях космического полета [17], отмечали формирование извилистых контуров клеток суспензоров, возникающих, вероятно, в ответ на снижение трофики зародышей. Благодаря извилистым контурам клеток суспензоров, ло� кализованных в зоне микропиле, увеличива� лась поверхность контакта клеток зародыша с окружающей его питательной тканью – клет� ками эндосперма и интегументов, что, вероятно, способствовало усилению трофики зародышей. Выявленное уменьшение белковых телец с более мелкими глобоидами в клетках семядолей клиностатного варианта, а также количества липидов, начиная с 9–12�суточного возраста зародышей, несомненно свидетельствует о влиянии условий клиностатирования, прежде всего, на белковый синтез. Подтверждением такого предположения, вероятно, могут слу� жить данные об изменении белкового спектра опытных зародышей B. rapa [12] и экспрессии белков клеточного цикла [13], а также заре� гистрированное уменьшение белка в «косми� ческих» семенах на 44 % по сравнению с на� земным контролем [14]. Таким образом, сравнивая особенности развития и накопления запасных питательных веществ в клетках зародышей, полученных в условиях клиностатирования и микрограви� тации, следует отметить наличие общих зако� номерностей. Так, сформированные в условиях клиностатирования зародыши несколько ва� рьировали по размеру, но морфологически по степени дифференциации были в основном сходны с контрольными. Отсутствие значитель� ных отклонений в дифференциации свойст� венно и «космическим» зародышам B. rapa [8], ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 226 А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко хотя в них отмечали отклонения прежде всего в аккумуляции запасных веществ [18–20]. Так, клетки семядолей зародышей B. rapa, сформи� рованных в космическом полете, содержали белковые тельца и липидные капли в мень� шем количестве, причем последние имели бо� лее мелкие размеры по сравнению с клетками зародышей наземного контроля [19]. В клетках «космических» зародышей выяв� лялись еще зерна крахмала, тогда как в назем� ном контроле на этой стадии преобладали пре� имущественно белковые и липидные включе� ния как основные запасные вещества семян масличных культур [17, 18]. По мнению авто� ров, сформированные в условиях космическо� го полета зародыши B. rapa по степени и осо� бенностям накопления в их клетках запасных питательных веществ являлись более молоды� ми по сравнению с наземным контролем [17, 19]. Количество липидов в них также было меньшим, в то время как зерна крахмала еще не полностью поддавались гидролизу. Снижение синтеза белка в «космических» за� родышах может быть результатом дефицита энергии, освобождающейся при деградации крахмальных зерен [21]. Одной из причин сни� жения накопления белка, как считают некото� рые авторы [22, 23], могут быть также измене� ния газообмена в замкнутом объеме стручков в условиях микрогравитации, а именно недоста� точное снабжение кислородом развивающих� ся зародышей внутри стручков и нарушения газовой конвекции [24]. Хотя нельзя исклю� чать и изменения в условиях микрогравитации концентрации фитогормонов, влияющих, как известно [25], и на синтез липидов. В част� ности, авторы показали, что экзогенная обра� ботка зародышей B. napus и Linum usitatissimum даже микромолярными концентрациями жас� моновой и абсцизовой кислот приводила к усилению синтеза и аккумуляции в клетках зародышей липидных капель, ассоциирован� ных с белковыми тельцами [25]. Таким образом, результаты сравнительного анализа эмбриогенеза и процесса аккумуля� ции питательных веществ в зародышах и по� кровах семян B. rapa как в условиях клиноста� тирования, так и микрогравитации свидетель� ствуют о том, что именно отклонения в синтезе и накоплении питательных веществ могут быть одной из основных причин формирования се� мян в условиях микрогравитации, которые по биометрическим характеристикам отличают� ся от семян наземного контроля. Выводы. Установлено, что дифференциа� ция зародышей B. rapa в условиях клиностати� рования и лабораторного контроля проходит в основном сходным образом. Отмечены слу� чаи нарушений процесса дифференциации как семядолей, так и зародышевых корней в заро� дышах B. rapa в условиях клиностатирования. Выявлены отклонения в аккумуляции и дина� мике запасных питательных веществ в клетках семядолей зародышей B. rapa, сформирован� ных в условиях клиностатирования, что сви� детельствует о гравизависимости некоторых синтетических процессов. Нарушения в син� тезе и накоплении запасных питательных ве� ществ в клетках зародышей могут быть одной из основных причин формирования семян в условиях микрогравитации, отличающихся по ряду характеристик от семян контрольного ва� рианта. A. Popova, G. Ivanenko STRUCTURAL AND CYTOCHEMICAL ASPECTS OF BRASSICA RAPA EMBRYOGENESIS UNDER CLINOROTATION The results of study of embryo development in B. rapa plants, as well as the rate and the character of nutrient sub� stances accumulation in their cells under slow horizontal cli� norotation and laboratory control are presented. Significant similarity of the peculiarities of embryo differentiation and character of nutrient substance accumulation in both vari� ants was shown. The cases of different deviations during embryo differentiation, and rate and quantity of reserve nutrient substances in their cells are revealed under clinoro� tation compared to the laboratory control. А.Ф. Попова, Г.Ф. Іваненко СТРУКТУРНІ ТА ЦИТОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ЕМБРІОГЕНЕЗУ BRASSICA RAPA L. В УМОВАХ КЛІНОСТАТУВАННЯ Наведено результати порівняльного аналізу дифе� ренціації зародків та нагромадження в них запасних поживних речовин у рослин Brassica rapa, що вирощені в умовах повільного горизонтального кліностатування та лабораторного контролю. Показана значна подіб� ність етапів формування зародків та характера запас� них поживних речовин в обох варіантах. Виявлено різні випадки порушень в процесі диференціації на� сіннєвих зачатків та зародків, а також статистично до� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 2 27 Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. стовірні відмінності у кількості нагромаджених запас� них поживних речовин у клітинах зародків в умовах кліностатування у порівнянні з лабораторним конт� ролем. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Меркис А.И., Лауринавичюс Р.С. Полный цикл ин� дивидуального развития растений Arabidopsis thalia� na (L.) Heynh. на борту орбитальной станции Са� лют�7 // Докл. АН СССР. – 1983. – 271. – C. 509– 512. 2. Левинских М.А., Сычев В., Дерендяева Т.А. и др. Ана� лиз влияния факторов космического полета на рост и развитие суперкарликовой пшеницы при выращивании в оранжерее «Свет» // Авиакосм. и экол. медицина. – 1999. – 33, № 2. – C. 37–41. 3. Musgrave M.E, Kuang A., Xiao Yi., Levinskikh M.A. Gravity�independence of seed�to�seed cycling // Planta. – 2000. – 210, № 3. – P. 400–406. 4. Sychev V.N., Levinskikh M.A., Gostimsky S.A., Bingham G.E., Podolsky I.G. Spaceflight effects on consecutive generations of peas grown onboard the Russian seg� ment of the International Space Station // Acta Astronautica. – 2007. – 60. – P. 426–432. 5. Bingham G.E., Sytchev V.N., Levinskikh M.A., Podols� ky I.G. Final plant experiments on Mir provide second generation wheat and seeds // Gravitat. and Space Biol. Bull. – 1999. – 13, № 1. – P. 48. 6. Левинских М.А., Сычов В.Н., Дерендяева Т.А. и др. Рост и развитие растений в ряду поколений в условиях космического полета в эксперименте «ОРАНЖЕРЕЯ�5» //Авиакосм. и экол. медицина. – 2001. – 35, № 4. – С. 45–50. 7. Brown A.H., Chapman D.K., Heathcote D.G., Johns� son A. Clinorotation is not always equivalent to weight� lessness // ASGSB Bull. – 1993. – 7, № 1. – P. 37. 8. Kuang A., Popova A., Xiao Y., Musgrave M.E. Pollination and embryo development in Brassica rapa L. in micro� gravity // Intern. J. Plant. Sci.– 2000.– 161. – P. 203– 211. 9. Пирс Э. Гистохимия. – М., 1976. – 725 c. 10. Bronner R. Simultaneous demonstration of lipids and starch in plant tissues // Stain Technol. – 1975. – 50. – P. 1–4. 11. Еastmond P., Kolacna L., Rawsthorne S. Photosynthesis by developing embryos of oilseed rape (Brassica napus L.) // J. Exp. Bot. – 1996. – 47. – P. 1763–1769. 12. Sozinov I., Kozub N., Popova A. Protein patterns of the Brassica rapa ovules and seeds under altered gravity // J. Gravit. Physiol. – 2004. – 11, № 2. – P. 217–218. 13. Артеменко О.А., Попова А.Ф. Экспрессия δ�циклинов на ранних стадиях развития зародышей Brassica rapa L. в условиях клиностатирования // Космічна на� ука і технологія. – 2004. – 10, № 5/6. – С. 211–214. 14. KuangA., XiaoY., McClureG., MusgraveM.E. Influence of microgravity on ultrastructure and storage reserves in seeds of Brassica rapa L. // Ann. Bot.– 2000. – 85, № 6. – P. 851–859. 15. Popova A., Kononko A. The nutrient substance accumu� lation in Brassica ovules on early stage embryo develop� ment under altered gravity // J. Gravit. Physiol. – 2003. – 10, № 1. – P. 33–34. 16. Popova A., Kononko A., Ivanenko G. Peculiarities of lipid accumulation in Brassica rapa L. embryos on dif� ferent stages development under altered gravity // J. Gravit. Physiol. – 2004.– 11, № 2. – P. 219–220. 17. Попова А., Масгрейв М., Куанг А. Развитие зароды� шей растений Brassica rapa L. в условиях микрогра� витации // Цитология и генетика. – 2009. – 43, № 3. – С. 21–26. 18. Popova A., Kuang A., Musgrave M.E. Histochemical research of the Brassica rapa L. seeds generated in microgravity condition // Proc. Eur. Microscopy Congr. – Pulla, 2003. – P. 145–146. 19. Kuang A., Popova A., McClure G., Musgrave M.E. Dynamics of storage reserve deposition during Brassica rapa L. pollen and seed development in microgravity // Int. J. Plant Sci. – 2004. – 166, № 1. – P. 85–96. 20. Popova A., Musgrave M., Kuang A., Xiao J. Reserve nutrient substance accumulation in Brassica rapa L. seeds in microgravity conditions (STS�87) // J. Gravitat. Physiol. – 2002. – 9, № 1. – Р. 237–238. 21. Herman E.M., Larkins B.A. Protein storage bodies and vacuoles // Plant Cell. – 1999. – 11. – Р. 601–614. 22. Porterfield D.M., Kuang A., Smisth P.J.S., Crispi M.L., Musgrave M.E. Oxygen�depleted zone inside reproduc� tive structure of Brassicacea implication for oxygen control of seed development // Canad. J. Bot.– 1999. – 77, № 10. – Р. 1439–1446. 23. Kuang A., Blasiak J., Chen S., Bingham G., Musgrave M.E. Modification of reserve deposition in wheat and Brassica seeds by syntetic atmospheres and micrograv� ity // Gravit. and Space Biol. Bull. – 2006. – 19(2). – P. 161–162. 24. Porterfield D.M., Musgrave M.E. Biological transport in microgravity and associated effects on plant metabo� lism // Proc. 29rd Ann. Inter. Gravit. Physiol. Meet. – 2009. – P. 74. 25. Wilen R.W., Gijs J.H., Pearce D.W., Pharis R.P., Holbrook L.A., Moloney M.M. Effects of jasmonic acid on embryo�specific processes in Brassica and Linum oilseeds // Plant Physiol. –1991. – 95, № 2.– P. 399– 405. Поступила 10.03.09 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2010. № 228 А.Ф. Попова, Г.Ф. Иваненко

Структурные и цитохимические аспекты эмбриогенеза Brassica rapa L. в условиях клиностатирования

Репозитарії

Схожі ресурси