Операция на семени

Надо сказать, что затруднения в получении межвидовых гибридов далеко не исчерпываются перечисленными выше случаями. Нередко бывает так, что пыльца прорастает нормально, пыльцевые трубки дорастают до завязи и ничто, казалось бы, не препятствует оплодотворению, но оно все-таки не происходит. Почему это получается и как можно помочь природе обойти препятствия? К сожалению, ни на первую, ни на вторую часть этого вопроса эмбриологи пока еще не знают ответа.

Но бывает так, что пыльца хорошо проросла, мужские и женские зародышевые клетки объединились - произошло оплодотворение. Далее должен следовать этап эмбрионального развития гибридного зародыша. Должен... но не всегда следует. Нередко случается так, что рост зародыша по какой-то причине приостанавливается. Плод растет, но семена в нем оказываются недоразвившимися.

Если нарушения роста и развития гибридного зародыша происходят не на самых ранних этапах, то беду, оказывается, можно поправить. Молодые зародыши извлекают в этом случае из семяпочек и выращивают их на искусственной питательной среде. По выражению видного индийского эмбриолога растений П. Магешвари, эта операция напоминает кесарево сечение у животных, при котором недоношенный плод извлекают из тела матери и выхаживают в своеобразном инкубаторе.

Первые успешные опыты такого рода были проведены еще в 1904 г. Немецкий исследователь Е. Ганниг, работавший с представителями семейства крестоцветных, сумел вырастить растения из зародышей, которые в момент извлечения их из семяпочки имели в длину всего 1,2 мм. Его попытки выращивать на искусственной среде еще более молодые зародыши успеха не имели. Однако уже само по себе открытие этого способа было событием весьма примечательным.

Через двадцать лет после опытов Ганнига немецкий же исследователь Ф. Лайбах, используя метод искусственного "воспитания" зародышей, сумел решить несколько практически важных задач. Он культивировал зародыши, извлеченные из незрелых гибридных семян льна, и получал таким образом жизнеспособные растения. Впоследствии к тому же методу выращивания зародышей на искусственной среде обратились и другие ботаники-эмбриологи, вдохновленные хозяйственно-значимыми результатами опытов Лайбаха.

Большая и интересная работа в этом направлении уже много лет ведется у нас в стране. Так, например, в Крыму, в Никитском ботаническом саду ее проводит ботаник А. И. Здруйковская-Рихтер. Цели ее труда вполне конкретные, рожденные требованиями садоводов, которые хотели бы иметь отличные раннеспелые и урожайные сорта черешен и персиков. Путь выведения новых сортов известен: гибридизация, скрещивание. Но получению гибридных сеянцев мешает то обстоятельство, что в межсортовых скрещиваниях черешен и персиков, если в качестве материнского растения берется рано созревающий сорт, зародыши в семенах остаются недоразвитыми - плоды созревают и опадают еще до того, как созреет семя. Чтобы помочь зародышу-гибриду вырасти и стать плодоносящим деревом, исследователь попытался вскрывать скальпелем твердую оболочку недоразвитых семян и помещать зародыши в стерильную питательную среду. Полученные проростки пересаживались затем в стерильный песок, увлажненный питательным раствором, а затем и в почву. Со временем из зародышей-искусственников вырастили деревья, не уступающие в развитии своим собратьям, семена которых развивались естественным путем.

У злаков, пользуясь методом выращивания зародыша на искусственных средах, удается получать даже межродовые гибриды. Таковы, например, скрещивания элимусов (дикорастущих злаков, которые называют также волоснецами) и разных сортов твердых и мягких пшениц.

Элимусы - неприхотливые многолетние травы, обладающие целым рядом несомненных достоинств. Они засухоустойчивы и морозостойки. Ползучие корневища их хорошо закрепляют почву в тех местах, где она подвержена эрозии. Некоторые степные виды элимусов солевыносливы и растут даже на солонцах. А кроме того, в колосе элимуса содержится до 700 зерен! Соединить эти качества с качеством зерна пшеницы - заманчивая перспектива.

Однако селекционерам очень скоро пришлось убедиться в том, что при скрещивании пшениц с элимусами гибридные семена, если и завязываются, то остаются незрелыми, невсхожими. Для того чтобы все-таки вырастить гибридные растения, оставалась лишь одна возможность - метод культуры зародышей.

Вскоре после окончания Великой Отечественной войны ботанику Е. В. Ивановской, использовавшей этот метод, удалось получить несколько гибридных растений от скрещивания пшеницы с элимусами. К сожалению, эти гибриды оказались стерильными, бесплодными - они не завязывали семян. Тем не менее в последующие годы работа была продолжена и расширена. Е. В. Ивановская, а также академик Н. В. Цицин совместно с К. А. Петровой не только успешно вырастили пшенично-элимусные гибриды с помощью метода культуры их зародышей на искусственной питательной среде, по и получили фертильные, способные к половому воспроизведению растения.

Вторая "служба" метода выращивания зародышей на искусственной среде относится к области преодоления длительного покоя семян. Последнее весьма сильно мешает селекционерам тем, что удлиняет сроки создания новых сортов. У ирисов, например, период покоя семян может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет. Исследования показали, что задержка эта исходит от эндосперма, в котором, по-видимому, содержатся какие-то вещества, препятствующие прорастанию. Сам же зародыш в покое не нуждается. Извлекая его из семени и изолируя от эндосперма, а затем выращивая на искусственной среде, удалось достигнуть того, что растение проходило весь цикл развития - от семени до цветения - за один год. Если дожидаться естественного прорастания семян, то этот цикл растягивается на 2 - 3 года. Так удалось достигнуть значительного ускорения темпов селекционной работы с этим красивым садовым растением.

Столь же эффективным оказался этот метод при селекционной работе с яблонями. Обычно испытание семенного потомства новых гибридов требует весьма длительного времени - 3 - 4 года, ведь семена яблони, посаженные в почву, начинают прорастать только через 9 месяцев. Зародыши, извлеченные из семян и помещенные на искусственной среде, прорастали уже через сутки или Двое и развивались необычно быстро.

Интересно упомянуть о том, что метод выращивания зародышей на искусственной среде нашел применение даже там, где, казалось бы, в нем и не было необходимости. Речь идет о селекции орхидей - ценных декоративных цветковых растений. Разные виды орхидей хорошо скрещиваются и дают вполне зрелые гибридные семена. Но для прорастания их требуются особые условия: нужно, чтобы в почве присутствовал особый для каждой из орхидей вид гриба, грибные нити которого - мицелий - поставляют необходимые для роста семени питательные вещества. Это сложно. Орхидеи в большинстве своем - выходцы из тропиков. Виды грибов, которые способствуют прорастанию их семян, естественно, тоже тропические. А потому до недавнего времени у нас в стране декоративные орхидеи из семян вообще не выращивались и, конечно, мы были лишены возможности создавать новые сорта их.

Сотрудникам Главного ботанического сада АН СССР в Москве, в частности профессору В. А. Поддубной-Арнольди, удалось впервые в нашей стране разработать методику выращивания орхидей из семян в искусственных условиях. Здесь опять-таки незаменимым оказался метод культуры зародышей на искусственных питательных средах. Есть и еще одна область исследований, где экспериментальной эмбриологией также достигнуты весомые практические успехи. Речь пойдет об использования гормонов роста.

В иных районах, например, помидоры выращивают в теплицах в течение всей зимы. Урожайность их подчас бывает очень низкой из-за того, что короткий зимний день и слабая интенсивность освещения в период цветения ведут к понижению жизнеспособности пыльцы. Многие цветки оказываются неопыленными и опадают, многие другие дают мелкие плоды. Как выяснилось, недостаточное развитие неопыленных плодов вызвано отсутствием в них определенного гормона роста - индолилуксусной кислоты. Когда применили обработку цветков этой кислотой, развивавшиеся из них плоды - даже и при отсутствии опыления - были столь же крупными, как и выросшие летом. Успех был очень убедительным, и метод искусственной гормонизации тепличных помидоров очень широко распространился во многих странах.

Эти немногие примеры далеко не исчерпывают всех практических проблем, над которыми работает экспериментальная эмбриология растений. Но они достаточно убедительно показывают, как достижения исследователей помогают практике.