Строение меристематических клеток удобно наблюдать также в кончиках корешка лука или другого растения, которые получают при проращивании луковицы в воде или при проращивании семян пшеницы, ржи, гороха и т. д. в чашке Петри на влажной фильтровальной бумаге.
При рассмотрении молодых корешков в живом состоянии под лупой и микроскопом удается рассмотреть лишь их общий вид — наличие корневого чехлика в виде колпачка, прикрывающего нежные клетки точки роста, всасывающих волосков и т. п. Строение клеток можно рассмотреть лишь на срезах, особенно при изготовлении постоянных препаратов (рис. 5).
Рис. 5. Кончик корня лука: А — общий вид кончика корня; Б — меристематические клетки зоны деления; 1 — корневой чехлик; 2 — зона деления; 3 — вакуоля; 4 — хондриосомы (фиксация по Левицкому; окраска железным гематоксилином; увеличение 10 X 8 и 20 X 90)
Около самого чехлика находится конус нарастания, или меристема корня. Клетки меристемы интенсивно делятся поперечными перегородками, поэтому этот участок кончика корня называется зоной деления. На одном препарате можно найти клетки, ядра которых находятся на разных стадиях деления (подробно эти стадии описаны ниже). Клетки располагаются правильными рядами, которые под чехликом сходятся в одну точку к инициальным клеткам, от которых они произошли. Зона деления тянется на расстоянии 1 мм. За зоной деления находится зона растяжения, или роста, а последняя переходит в зону всасывания.
Исследуя ряд клеток по мере удаления от кончика корня, можно проследить последовательные изменения в строении меристематических клеток и превращение их в более старые, сильно вакуолцзированные клетки.
При рассмотрении меристематических клеток при большом увеличении микроскопа видно, что они имеют правильную прямоугольную форму. Стенки их плотно прилегают друг к другу. Цитоплазма имеет ячеистую структуру благодаря наличию мелких вакуолей. Хорошо видны крупные ядра в состоянии покоя или деления. При соответствующей фиксации в клетках обнаруживается большое количество окрашенных телец, имеющих вид зернышек, запятых, палочек, извитых нитей. Большую часть этих телец составляют хондриосомы, хотя могут быть и мелкие пластиды, которые на ранних стадиях развития трудно отличить от хондриосом.
Иногда в живых кончиках корешка лука и точке роста элодеи можно с помощью йодной реакции обнаружить крахмал, что говорит о наличии в клетках лейкопластов.
Таким образом, изучение меристематических клеток верхушки побега элодеи и кончика корешка лука убеждает нас в том, что меристематические клетки очень однообразны и сходны по своему строению. Они содержат тот основной набор структур, без которых клетка не существует. Это цитоплазма, ядро, хондриосомы, пропластиды, оболочка и зачатки вакуолярного аппарата.
Образовательная ткань корешка лука
Митоз
Кончик молодого корешка лука (Allium сера) на продольном срезе
Вершина кончика корешка прикрыта корневым чехликом, под которым находится конус нарастания, или меристема, корня, со строением которой мы уже знакомы (стр. 14).
Строение ядра изучают на постоянных препаратах. При доброкачественной фиксации и окраске препаратов видимые на них клеточные и ядерные структуры правильно отражают строение живой цитоплазмы и ядра. К тому же фиксированный и окрашенный материал делает различные клеточные структуры лучше видимыми и отличимыми друг от друга.
На цитологических препаратах, окрашенных гематоксилином, очень хорошо различимы хроматиновые (окрашивающиеся) структуры ядра. При различной степени дифференцировки можно с большей или меньшей точностью рассмотреть строение хромосом.
При рассмотрении продольного среза при малом увеличении (7 X 8, 10 X 8) видно, что клетки расположены ровными продольными рядами и имеют правильную, прямоугольную форму (см. рис. 5). Стенки их плотно примыкают друг к другу. Цитоплазма густо заполняет всю полость клетки. В клетках хорошо видны крупные ядра в состоянии покоя (интеркинеза) или деления.
Читайте также: Опухоли мягких тканей стопы
При большом увеличении (7 X 40, 10 X 40 или 15 X 40) можно лучше рассмотреть ячеистую структуру цитоплазмы, особенности строения интеркинетического (покоящегося) ядра и разнообразие фигур (стадий) его деления (рис. 15). Отдельные фигуры деления следует рассмотреть с иммерсионным объективом.
Рис. 15. Продольный срез кончика корешка лука из зоны деления (увеличение 15 X 40)
Процесс деления ядра — митоз, как правило, предшествующий делению клетки, представляет собой непрерывные и постепенные изменения ядер ной структуры. Митоз разделяют на ряд фаз, различающихся характерным расположением и состоянием ядерного вещества. Выделяют четыре фазы митоза, начинающегося после интеркинеза и кончающегося интеркинезом.
Это — профаза, метафаза, анафаза и телефаза.
В состоянии интеркинеза ядро состоит из хроматиновой сети (основы), хорошо окрашивающейся ядерными красками, погруженной в кариолимфу (ядерный сок), бесцветную и невидимую на препарате (рис. 16, 1). В некоторых случаях (у некоторых ядер) в уголках этой сети хорошо заметны хроматиновые гранулы. На этой стадии хорошо заметна оболочка ядра, отделяющая его от окружающей цитоплазмы. Посередине ядра расположены одно или два ядрышка.
Стадия интеркинеза в ряде случаев является более длительной, чем стадии деления, отчего на препарате можно увидеть больше интеркинетических, чем делящихся ядер.
Переход от интеркинеза к митозу начинается профазой (рис. 16, 2, 3). Профаза характеризуется набуханием ядра, отчего оно нередко выглядит на препаратах более крупным, чем в интерфазе. Сетчатая структура интеркинетического ядра изменяется: в сети выявляются отдельные извилистые нити (рис. 16, 2); число этих нитей, называемых хромосомами, строго постоянно для каждого вида. На удачно окрашенных препаратах при иммерсионном объективе можно увидеть, что эти нити расщеплены вдоль на две половины (хроматиды), перевитые между собой. По мере развития профазы нити постепенно укорачиваются и утолщаются, делаются более сильно окрашенными (рис. 16, 3); расщепление их на две хроматиды становится трудно обнаруживаемым. В течение профазы ядерная оболочка хорошо выражена и ядрышки видны отчетливо.
В метафазе (рис. 16, 4), наступающей после профазы, хромосомы делаются предельно утолщенными, укороченными и имеют вид не нитей, а палочек, прямых или изогнутых, различной длины.
К этому времени оболочка ядра растворяется и кариолимфа смешивается с цитоплазмой. После этого растворяется и исчезает ядрышко.
Для метафазы характерно появление нового образования, так называемого ахроматинового веретена. Оно возникает в середине ядра, между двумя его полюсами, представляет собой как бы два конуса, сомкнутых основаниями, и состоит из эластичных волокнистых структур, идущих от вершины конусов. Волокна веретена не окрашиваются. Ахроматиновое веретено осуществляет разделение каждой хромосомы на две дочерние и расхождение последних к противоположным полюсам веретена.
В зависимости от деталей фиксации, дифференцирования окраски, освещения веретено может быть лучше или хуже различимо. Иногда его трудно обнаружить, а иногда оно отчетливо видно.
Хромосомы, сначала беспорядочно расположенные в толще всего ядра, начинают перемещаться к его центру и нередко располагаются всеми своими частями в одной (экваториальной) плоскости, перпендикулярной оси веретена, образуя так называемую экваториальную пластинку. При рассмотрении делящегося ядра с полюса (т. е. не на продольном, а на поперечном срезе корешка) можно хорошо рассмотреть строение отдельных хромосом.
Иногда можно видеть, что каждая хромосома прикрепляется к волокнам веретена одним участком, который называется центромерой или кинетохором и играет роль при расхождении половинок хромосом к полюсам.
Хромосомы в метафазе бывают продольно расщеплены по длине на хроматиды — будущие дочерние хромосомы, что не всегда бывает хорошо заметно из-за густой окрашенности хромосом и недостаточной дифференцировки. При этом они не разъединяются в точке прикрепления к нитям веретена (рис. 16, 4). Разделение кинетохора и связанное с этим окончательное разъединение двух хроматид указывают на окончание метафазы.
Читайте также: Ткань лоцерил что это такое
В анафазе (рис. 16, 5) окончательно разъединившиеся хроматиды, или дочерние хромосомы, начинают расходиться к полюсам веретена. При этом ближе к полюсу всегда располагается та часть хромосомы, где находится кинетохор. В анафазе бывает более четко видно веретено. Стадия анафазы кончается, когда отошедшие к полюсам хромосомы сближаются и теряют свою обособленность.
В телофазе (рис. 16, 6, 7) сблизившиеся хромосомы каждой дочерней группы на обоих полюсах утрачивают плотное строение и сливаются в общую массу. По состоянию ядра телофаза сходна с профазой, но процессы, протекающие в профазе (перестройка структуры покоящегося ядра), идут в обратном порядке по сравнению с изменениями, происходящими в телофазе (реконструкция покоящегося ядра). В образовавшихся дочерних ядрах видны хроматиновая сеть, ядрышко и оболочка (рис. 16, 8).
Рис. 16. Митоз (кариокинез) в зоне деления кончика корешка лука: покоящееся ядро; 2 — ранняя профаза; 3 — поздняя профаза; 4 — метафаза; 5 — анафаза; 6 — телофаза; 7 — дочерние ядра в одной клетке; 8 — две дочерние клетки (увеличение 15 X 90)
После деления ядра наступает деление клетки. В связи с этим в телофазе пучок нитей ахроматинового веретена расширяется и принимает форму бочонка. Это так называемый фрагмопласт. После сформирования дочерних ядер между ними в экваториальной плоскости фрагмопласта возникает срединная клеточная пластинка. В дальнейшем по обе стороны срединной пластинки откладываются вещества оболочек смежных дочерних клеток. Две образовавшиеся дочерние клетки и ядра, находящиеся в них, нередко имеют зеркальное расположение (рис. 16, 8). После завершения телофазы ядра переходят в состояние интерфазы. Структуры фрагмопласта резорбируются.
Образовательная ткань корешка лука
В настоящее время внимание биологов привлекают различные физические факторы в связи с перспективой их использования как для создания ценного исходного материала для селекции, так и в качестве стимуляторов роста и развития растений.
Установлено, что физические факторы влияют на процесс прорастания семян, посевные качества, некоторые физиологические и цитологические изменения и, в частности, оказывают стимулирующее влияние на митотическую активность и рост растений [1–7].
Широкое применение как в медицине, так и растениеводстве получило лазерное излучение. Показано, что синий и красный свет лазера оказывает достоверное улучшение энергии прорастания, всхожести, силы роста и других показателей растения [1, 8–11].
Известно, что рост растений тесно коррелирует с процессами деления и растяжения клеток. Максимальное увеличение митотической активности, а также сокращение продолжительности клеточного цикла наблюдается в период наибольшей стимуляции роста и изучение данного вопроса открывает широкие возможности регулирования процессами органогенеза побега и растения в целом и, в конечном итоге – продуктивностью.
Основой ритмичности органообразовательных процессов является суточная периодичность митозов. Этот вопрос давно вызывал интерес исследователей. Не ослабевал он и в последующие годы продолжается и по сей день [12, 13].
На кафедре физиологии, генетики и молекулярной биологии КБГУ в течение многих лет ведутся исследования по влиянию физических, химических факторов на ростовые и органообразовательные процессы культурных растений.
Активно изучается влияние постоянных и переменных магнитных полей, ультрафиолетового, инфракрасного и лазерного излучения с целью поиска таких путей воздействия на семена, органы растений, которые привели бы к стимуляции их роста и развития, поскольку в литературе встречаются разноречивые сведения: о наличии стимулирующего эффекта, об отсутствии ответа на воздействие, а в некоторых случаях их ингибирования [5].
Таким образом, условия, при которых происходит реализация стимулирующего эффекта конкретного физического фактора, а также происходящие в растении ответные реакции на облучение требуют дальнейшего их изучения.
Целью данной работы была оценка влияния лазерного излучения на динамику митотической активности апикальной меристемы корешков луковицы Allium сера L., а также анализ ритма клеточного деления на протяжении суток.
Читайте также: Сколько весит ткань оксфорд 600
Материалы и методы исследования
Наши исследования были проведены на стандартном тест-объекте, который был апробирован в течение длительного времени и известен как Alliumtest, сорт Штутгартен Ризен. Allium-test хорошо зарекомендовал себя как объект, на котором можно изучать эффект воздействия различных факторов на начальных этапах онтогенеза, а также использовать в цитогенетическом мониторинге окружающей среды.
Схема вариантов исследования была следующей:
1) контроль – необработанные луковицы;
2) луковицы, облученные лазером в течение 5 мин;
3) луковицы, облученные лазером в течение 10 мин.
Облучение провели с использованием твердотельного гелий-неонового лазера, мощностью 2 Вт, длиной волны 532 нм. Опытные варианты отличались временем экспозиции.
Проращивание луковиц провели в пробирках, где донце луковицы постоянно находилось на поверхности воды, при комнатной температуре (30–32 °) и естественном освещении. На каждый вариант опыта поставили по 10 луковиц. С момента появления корешков, а в последующем и надземной части луковиц, в течение двух недель, ежедневно, в одно и то же время, проводили промеры длины корешка и пера. Для получения точных результатов по показателю «длина корешка» измеряли все корешки на донце луковицы, а затем вычисляли их среднее значение.
Для проведения цитофизиологического анализа были использованы корешки трех, пяти и семидневных проростков. Фиксацию корешков проводили в растворе Карнуа (уксусный алкоголь) в течение 12 часов, затем корешки переносили в 70 ° спирт и хранили их в холодильнике. Давленые препараты готовили по методике, предложенной З.П. Паушевой [14], краситель – ацетокармин. В каждом варианте использовали по 10 корешков, просмотр вели в пяти полях зрения, в среднем по 100 клеток. Учитывали все клетки на стадии профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Анализ препаратов провели на микроскопе Ломо «Микмед 5». Митотический индекс определяли по формуле
.
Математическую проверку провели по Б.А. Доспехову [15].
Для установления суточной периодичности митозов на третий день проращивания фиксировали корешки длиной 5–6 мм через каждые 3 часа (6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 3, 6). Для каждой пробы брали по 5 корешков, просмотр вели в трех полях зрения.
Интенсивность ростовых процессов определяли по формулам
где W1 – длина на предыдущую дату;
W2 – длина на последующую дату;
2–1 – число дней между предыдущим и последующим днем.
где R – относительная скорость;
W2 – длина на определенную дату;
W1 – длина на предыдущую дату.
Основу цитологических исследований составляет изучение митотической активности клеток, так как при ее повышении обеспечивается более активный рост проростков, что и является одним из факторов урожайности. Изучив большое количество образцов различных видов культурных растений, автор сделал заключение, что, используя цитофизиологический анализ, можно уже на ранних этапах онтогенеза прогнозировать конечный результат – продуктивность растения.
Результаты исследования и их обсуждение
Как показали полученные нами результаты, в корешках луковиц, облученных лазером, митотический индекс выше, чем в контроле (рис. 1).
Рис. 1. Митотическая активность в меристеме корешков лука Allium cepa L.
При этом он повышается от третьего дня к седьмому, достигая к этому дню максимальной величины. Однако внутри опытных вариантов абсолютные показатели митотического индекса выше в меристеме корешков луковиц, облученных в течение 10 мин.
Учитывая то, что рост органа в длину находится в тесной связи с уровнем митотической активности меристематической ткани был проведен анализ динамики роста как длины корешка, так и надземной части (пера). Полученные результаты показывают, что все образцы из опытного варианта имеют показатели выше, чем в контроле, и относительная скорость роста у них была достоверно выше, чем в третьем варианте (таблица).
Интенсивность ростовых процессов корешков луковицы лука Allium сера L. в условиях опыта
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом