Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 38)

Типичная клубнелуковица показана на рис. 20.4.

Рис. 20.4. Схематический продольный разрез через покоящуюся клубнелуковицу

Корневище. Оно представляет собой подземный стебель, растущий горизонтально. У одних растений, например у ириса и соломоновой печати (Polygonatum), корневище короткое и вздутое, содержащее запасные питательные вещества, а у других, таких как пырей ползучий (Аgropyron repens), мята (Mentha) и астры (Aster spp.), оно длинное и тонкое. Корневище обычно служит зимующим органом, а также органом вегетативного размножения.

Корневище несет листья, почки и придаточные корни. Листья могут быть либо пленчатые или чешуйчатые (мелкие, тонкие, беловатого или коричневатого цвета), как у пырея, либо только зеленые надземные, как у ириса, либо того и другого типа, как, например, у соломоновой печати, у которой листья обоих типов растут и на надземных побегах. Корневище ириса изображено на рис. 20.5.

Рис. 20.5. Схема строения корневища ириса

Столон. Это ползучий горизонтальный стебель, стелющийся на поверхности почвы, как, например, у ежевики (Rubus), крыжовника (Grossularia), черной и красной смородины (Ribes spp.). Столон не служит зимующим органом. Корни придаточные, отходящие от узлов.

Схема строения типичного столона представлена на рис. 20.6.

Рис. 20.6. Обобщенная схема строения столона

Усы (плети). Это разновидность столонов, которые быстро растут в длину, как, например, у земляники (Fragaria) или у лютика ползучего (Ranunculus repens).

Ус несет пленчатые листья с пазушными почками, которые дают начало придаточным корням и новым растениям. После укоренения новых растений прежние усы в конце концов разрушаются. В роли уса может выступать главный стебель; ус может также расти от одной из нижних пазушных почек на главном стебле, как показано на рис. 20.7. У земляники пленчатые листья и пазушные почки есть у каждого узла, но корни и надземные листья образует лишь каждый второй узел. Все пазушные почки могут дать начало новым усам.

Рис. 20.7. Строение уса земляники

Клубень. Это подземный запасающий орган, раздутый в результате накопления питательных веществ и способный перезимовывать. Клубни живут только один год, а затем, после того как их содержимое будет использовано за время вегетационного периода, они ссыхаются. К концу вегетационного периода образуются новые клубни, но они возникают не из старых клубней (в отличие от клубнелуковиц, возникающих из прежних клубнелуковиц).

Стеблевые клубни представляют собой структуры, образующиеся на концах тонких корневищ, как у картофеля (Solarium tuberosum) и топинамбура (Helianthus tuberosum). На их стеблевое происхождение указывает наличие пленчатых листьев и почек в их пазухах. В следующем вегетационном периоде каждая такая почка может дать начало новому растению.

Корневые клубни — это вздувшиеся придаточные корни, как, например, у георгины (Dahlia) и у Ranunculus ficaria. Новые растения развиваются из пазушных почек у основания старого стебля.

Стеблевой клубень картофеля изображен на рис. 20.8, а корневые клубни георгины — на рис. 20.9.

Рис. 20.8. Стеблевой клубень картофеля

Рис. 20.9. Корневые луковицы георгины

Мясистые стержневые корни. Стержневой корень — это главный корень, развивающийся из первичного корешка, т.е. первого корня зародыша. Корневая система стержневого типа характерна для двудольных растений. У некоторых растений, таких как морковь (Daucus), пастернак (Pastinaca), брюква (Brassica napus), репа (Brassica rара) и редька (Каphanus sativus), главный корень может утолщаться за счет развития паренхимной ткани, содержащей запасные питательные вещества. Вместе с почками, расположенными у основания старого стебля непосредственно над стержневым корневым, такие корни образуют зимующие органы и органы вегетативного размножения. Мясистые стержневые корни двух типов показаны на рис. 20.10.

Рис. 20.10. Стержневые корни моркови и репы

Мясистые стержневые корни характерны для двулетних растений, у которых в первый год происходит вегетативный рост. Затем они переживают зиму за счет подземного запасающего органа, а на второй год образуют цветки и семена и к концу года отмирают.

Помимо описанных выше специализированных органов вегетативного размножения новое растение могут регенерировать и некоторые другие, неспециализированные органы, если отделить их от родительского растения, например листья суккулента Sedum. Одной из форм вегетативного размножения можно считать также размножение черенками и отводками, применяемое в плодоводстве и цветоводстве.

Черенки и отводки — это части растения, которые в подходящих условиях пускают корни и образуют листья, превращаясь в самостоятельные растения. Таким образом можно искусственно размножать нужные сорта, которые при этом не изменяются. Нередко укоренение стимулируют добавлением ростового гормона. Для вегетативного размножения с успехом используют побеги пеларгонии и колеуса, веточки ивы (Salix spp.) и Forsythia, а также листья бегонии и узамбарской фиалки (Saintpaulia ionantha).

Другим важным и широко используемым способом искусственного вегетативного размножения служат прививки. Прививка состоит в пересадке одного растения (побега или почки) на нижнюю часть побега другого растения. Пересаженную часть растения — донора называют привоем, а реципиента — подвоем. Подвой обрезают над местом прививки. Получающееся в результате растение обычно обладает корневой системой подвоя и побегом (в том числе цветками и плодами) привоя. Этот метод применяется в широких масштабах для размножения розовых кустов и плодовых деревьев, в особенности яблонь. Он имеет два преимущества — позволяет сочетать в одном растении желательные признаки двух разных сортов или видов и дает возможность быстро получать в больших количествах новые комбинации привой/подвой для продажи. Иногда удается получить прививки нескольких привоев на данном подвое; примером служат яблони, у которых на одном дереве вырастают десертные плоды и плоды, предназначенные для варки варенья и консервирования.

Клонирование высших растений и животных

Как уже говорилось, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения называют клонированием. В начале шестидесятых годов были разработаны методы, позволяющие успешно клонировать некоторые высшие растения и животных. Эти методы возникли в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, закончивших свое развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, и что специализация клеток обусловлена включением и выключением определенных генов, а не утратой некоторых из них (см. разд. 22.7). Первый успех был достигнут проф. Стюардом из Корнелльского университета, который показал, что, выращивая отдельные клетки корня моркови (ее съедобной части) в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых растений моркови.

Вскоре после этого Гёрдон, работавший в Оксфордском университете, впервые сумел добиться клонирования позвоночного животного. Позвоночные в естественных условиях клонов не образуют; однако, пересаживая ядро, взятое из клетки кишечника лягушки, в яйцеклетку, собственное ядро которой предварительно было разрушено путем облучения ультрафиолетом, Гёрдону удалось вырастить головастика, а затем и лягушку, идентичную той особи, от которой было взято ядро (рис. 20.11).

Рис. 20.11. Клон шпорцевых лягушек (Xenopus laevis), полученный путем трансплантации ядер. А. От скрещивания между двумя мутантными лягушками-альбиносами был получен зародыш (донор); на стадии хвостовой почки его клетки были диссоциированы и выделенные ядра пересажены в неоплодотворенные яйца самки дикого типа (реципиента), ядра которых были разрушены УФ-облучением

Рис. 20.11. Клон шпорцевых лягушек (Xenopus laevis), полученный путем трансплантации ядер. Б. Группа из 30 лягушек, полученных в результате 54 таких пересадок; все они — самки — альбиносы

Такого рода эксперименты не только доказывают, что дифференцированные (специализированные) клетки содержат всю информацию, необходимую для развития целого организма, но и позволяют рассчитывать, что подобные методы можно будет использовать для клонирования позвоночных, стоящих на более высоких ступенях развития, в том числе и человека. Клонирование нужных животных, например племенных быков, скаковых лошадей и т.п., может оказаться столь же выгодным, как и клонирование растений, которое, как было сказано, уже производится. Однако применение методов клонирования к человеку сопряжено с серьезными проблемами нравственного порядка. Теоретически можно создать любое число генетически тождественных копий данного мужчины или данной женщины. На первый взгляд может показаться, что таким образом можно было бы воспроизводить талантливых ученых или деятелей искусства. Однако надо помнить, что степень влияния, оказываемого на развитие средой, еще не вполне ясна, а между тем любая клонируемая клетка должна снова пройти через все стадии развития, т.е. в случае человека-стадии зародыша, плода, младенца и т.д.

20.1.2. Половое размножение

При половом размножении потомство получается в результате слияния генетического материала гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в специализированных половых клетках-гаметах; при оплодотворении гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу, из которой в процессе развития получается зрелый организм. Гаметы гаплоидны — они содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом размножении цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называют гаметами.)