12. Фітогормони поліфункціональні, регулюють багато фізіологічні процеси, фізіологічна дія їх на рослину залежить від наступних факторів:

специфіки фітогормону - спектру фізіологічних дій на рослинний організм даного фітогормону;

специфіки об'єкта - видових, органних, тканинних, вікових та інших особливостей рослинного об'єкта, що визначають його сприйнятливість до фітогормони;

концентрації фітогормону - певних меж концентрацій, в яких фітогормони активує або пригнічує цей фізіологічний процес;

співвідношення даного фітогормону з іншими-від функціонування багатокомпонентної гормональної системи, що складає гормональне полі рослини;

забезпеченості рослинного об'єкта необхідними чинниками мінерального і вуглецевого живлення;

ендогенного змісту фітогормону - відповідної реакції рослинного об'єкта на екзогенний гормон, що залежить від його концентрації всередині рослини;

Напруженості факторів зовнішнього середовища (світло, температура, вода та ін), що створюють необхідні умови для дії фітогормону.

Фізіологічні функції фітогормонів

Фізіологічні функції ауксину

Стимулює всі три фази росту клітин. З цією дією пов'язані утворення коренів, камбіальних активність та освіта калюсу, розростання зав'язі партенокарпічних плодів. Ауксин регулює формування провідних пучків, обумовлює явище фото-і геотропизма у рослин, пов'язані з несиметричною його розподілу.

Аукси́ни — речовини, що утворюються в рослинах в дуже малих кількостях і мають високу фізіологічну активність.

Ауксини відіграють в житті рослин велику роль, впливаючи на процеси обміну речовин, що лежать в основі росту й розвитку; їх називають «гормонами росту» або «фітогормонами».

Ауксини нагромаджуються в ростучих частинах рослин і сприяють надходженню в них поживних речовин та води. Найбільш вивченим ауксином, який одержано також синтетичним шляхом, є гетероауксин (індол-3-оцтова кислота C₁₀H₉O₂N). Гетероауксин та його хімічні аналоги застосовують в рослинництві для посилення коренеутворення у живців деревних порід, для обробки коріння дорослих дерев і чагарників при їх пересаджуванні, для одержання плодів без насіння, для запобігання опаданню зав'язей і плодів тощо.

13. Цитокініни — клас рослинних гормонів, які стимулюють поділ клітин та їх диференціацію.

Американець Ф. Скуг працював над проблемою отримання стерильних культур клітин рослин в університеті штату Вісконсін, тому об'єктом його дослідження став один із сортів тютюну, який вирощували в цьому штаті — "Wisconsin-38". Зі стебел добували серцевинну паренхіму, розташовували її на штучному середовищі, що містило мінеральні речовини, цукри, вітаміни, амінокислоти. Однак, клітини не ділилися. Вчений висунув припущення, що рослинам не вистачає ауксину. Після введення ауксину клітини паренхіми приступали лише до короткочасних поділів.

Скуг використовував найрізноманітніші домішки: екстракт дріжджів, томатний сік, сік листя тютюну, але все було безрезультатно. Невеликого успіху вдалося досягти, додавши в середовище кокосового молока. У 1950-х роках учені виявили, що спадкова інформація передається від батьків до нащадків за допомогою ДНК. (Як влаштована це речовина і які властивості дозволяють передати інформацію тоді ще не було відомо). І Скуг припустив, що рослинним клітинам не вистачає ДНК. У лабораторії з'явився банк ДНК, видобутий з молока оселедця (найдешевше джерело ДНК); ДНК почали додавали в середовище поряд з ауксином і живильними речовинами — безрезультатно.

Відкриття цитокінінів відбулося завдяки помилці, допущеної в ході експерименту. Щоб середовище була стерильним, флакони із клітинами поміщали в автоклав, де розчин нагрівається вище 100 °C. Випадково режим автоклавування був порушений і середовище разом з ДНК перегрілося. Саме на цьому середовищі серцевинна паренхіма тютюну сорту "Wisconsin-38" почала інтенсивно рости. При детальнішій перевірці з'ясувалося, що в перегрітому препараті ДНК з молока оселедця з'явилася деяка речовина, яка на тлі ауксину викликає активні ділення клітин. У 1953 році вийшла перша стаття, присвячена цьому явищу, а потім вдалося ідентифікувати речовину, що викликає ріст клітин — фурфуріладенін. За фізіологічною ефекту це речовина отримала тривіальну назва кінетин. В сучасній ботаніці виділяють 2 основних цітокініна — зеатин і кінетин.

Механізм дії[ред. • ред. код]

Цитокініни беруть участь у багатьох фізіологічних процесах рослин, регулюють ділення клітин, морфогенез пагона і кореня, дозрівання хлоропластів, лінійний ріст клітини, утворення додаткових бруньок і старіння. Співвідношення ауксинів та цитокінінів є ключовим чинником поділу клітин і диференціювання тканин рослини.

У той час, як ефект цитокінінів на судинні рослини є плейотропним, цитокініни викликають зміни інтенсивності росту протонеми у мохів. Утворення бруньок можна вважати варіантом диференціювання клітин і цей процес є дуже специфічним ефектом цитокінінів.

Цитокініни сприяють синтезу нової ДНК в клітині і контролюють S-фазу клітинного циклу у рослинних клітин. Цікаво, що аденін разом із замінниками, схожими на замісник цитокінінів, входять до складу деяких РНК. Більш того, якщо брати синтетичні аналоги цитокінінів (наприклад, бензиламінопурин), то незвичайний замісник (бензил) з'являється в тих же самих РНК у того ж самого аденіну. Експерименти з міченими атомами показують, що цитокініни безпосередньо не вбудовується в молекулу РНК цілком. Відбувається лише "перекидання" замісника з молекули цитокініну на молекулу РНК.

Цитокініни виявилися багато в чому схожими на першу з відомих груп рослинних гормонів - на ауксини, проте були й істотні відмінності. Головне у цитокінінів — зовсім інша точка синтезу. Якщо ауксини синтезуються в апексі пагона, то цитокініни біохімічний "маркер" кінчика кореня. Ауксин транспортується по рослині зверху вниз і активно, а цитокініни — навпаки.

Біосинтез[ред. • ред. код]

У клітині цитокініни утворюються з азотистої основи аденіну. До аденіну приєднується бічна ізопентильная група, що призводить до утворення цитокініновою скелета. Далі відбувається послідовне видалення фосфатної групи і рибози. Фермент аденозинфосфатизопентилтрансфераза каталізує першу реакцію в біосинтезі ізопренових цитокінінів, фермент використовуєАТФ, АДФ або АМФ як субстрат і диметилалілдифосфат або гідроксометилбутенілдифосфат як донор пренільної групи. Дана реакція є лімітуючою в біосинтезі цитокінінів, субстрати донори пренільних груп утворюються в пентілерітрол-фосфатному біохімічному шляху. У рослин і бактерій цитокініни також можуть утворюватися з продуктів розпаду тРНК. Транспортні РНК, які починаються з уридилової основи та мають пренільовані аденозини поруч з антикодоном, звільняються як цитокініни. Доведено також, що ауксини регулюють біосинтез цитокінінів.

Взаємодія ауксинів і гіберелінів[ред. • ред. код]

Зміна співвідношення ауксинів та цитокінінів в середовищі призводить до суттєвих змін у розвитку клітин in vitro. При переважанні ауксинів (нестачі цитокінінів) починається процес ризогенезу. При переважанні цитокінінів (нестачі ауксинів) утворюються меристеми пагонів: починається геммагенез. Така поведінка культур клітин добре узгоджується з функцією ауксинів і цитокінінів як "гормонів благополуччя" пагонів і коренів відповідно. Недолік ауксинів сприймається клітинами як недостатність розвитку пагонів, і служить сигналом для їх утворення. У диференційованих пагонах відбувається синтез ауксинів і баланс гормонів відновлюється. Аналогічний механізм спрацьовує при недоліку цитокінінів (формується коріння).

14. Фітогормони - хімічні речовини, що виробляються в рослинах і регулюють їх ріст і розвиток. Утворюються головним чином в тканинах, що активно ростуть, на верхівках коренів і стебел. До фітогормонів звичайно відносять ауксини, гібереліни і цитокініни, а іноді і інгібітори росту, наприклад абсцизову кислоту. На відміну про тваринних гормонів , фітогормони менш специфічні і часто діють в тій же ділянці рослини, де утворюються. Багато синтетичних речовин володіють такою ж дією, як природні фітогормони.   Фітогормони (гормони рослин) - органічні речовини невеликої молекулярної маси, утворюються в малих кількостях в одних частинах багатоклітинних рослин і діють на інші їх частини як регулятори і координатори росту і розвитку. Гормони з'являються у складних багатоклітинних організмів, у тому числі рослин, як спеціалізовані регуляторні молекули для здійснення найважливіших фізіологічних програм, що вимагають координованої роботи різних клітин, тканин і органів, нерідко значно віддалених один від одного. Фітогормони здійснюють біохімічну регуляцію — найважливішу систему регуляції онтогенезу у багатоклітинних рослин. В порівнянні з гормонами тварин специфічність фітогормонів виражена слабше, а діючі концентрації, як правило, вищі. На відміну від тварин, у рослин немає спеціалізованих органів (залоз), що виробляють гормони. Відомі 5 основних груп фітогормонів , широко поширених не тільки серед вищих, але і нищих багатоклітинних рослин. Це ауксини, гібереліни, цитокініни, абсцизини і етилен. Кожна група фітогормонів проводить свою характерну дію, схожу у рослин різних видів. Крім п'яти «класичних» фітогормонів, для рослин відомі інші ендогенні речовини, у ряді випадків діючі подібно фітогормонам. Це ліпосахарини ,олігосахарини, жасмінова кислота, саліцилова кислота, пептиди, поліаміни, а також фенолові інгібітори росту. Разом з фітогормонами їх позначають загальним терміном «природні регулятори росту рослин». Історія фітогормонів Експериментальне дослідження фітогормонів почалося задовго до того, як був запропонований сам термін «гормони» (У. М. Бейліс і Е. Р. Старлінг, 1905). В 1880 Ч. Дарвін в книзі «Про здатність рослин до руху» описав досліди по вивченню згинання проростків злаків у напрямку до світла. Було встановлено, що світло сприймається тільки самою верхівкою колеоптиля, тоді як вигин відбувається в нижчележачій зоні, яка сама по собі нечутлива до світла. Дарвін припустив, що якийсь хімічний стимул переміщається з верхівки до еффекторної зони, викликаючи в ній характерний вигин рослини.

Гібереліни — клас речовин, подібних до органічних кислот. Відносяться до гормонів рослин (фітогормонів). Стимулюють ріст і розвиток рослин, сприяють проростанню насіння. За хімічною природою — дітерпенові поліциклічні кислоти, які відносяться докарбонових кислот. Основною структурою гіберелінів вважають гіберелін ГК9; інші гібереліни розглядаються як його похідні. Відомо понад 100 гіберелінів. Вони вказуються під шифром ГК. Наприклад, гіберелова кислота — ГК3, що є найактивнішою.

Гібереліни було відкрито групою японських вчених під керівництвом Єіші Куросави, яка вивчала хворобу рису «баканае», при якій інтенсивно видовжувалися стебла і листки рослини. Хвороба спричинювалася грибом Gibberella fujikuroi. З екстракту гриба було виділено активну речовину, яку назвали гібереліном.

15. Абсцизова кислота (лат. abscissus — переривати) — рослинний гормон, що індукує період спокою в бруньках і підтримує його в насінні. Може чинити вплив нагеотропізм коріння, замикання продихів і ряду інших процесів. Молекулярна формула — C₁₅H₂₀O₄

Після відкриття гормонів стимуляторів росту, фізіологи припустили існування гормонів-інгібіторів. У 1949 році встановлено, що бруньки ясеня і картоплі у період спокою містять велику кількість інгібіторів росту, які блокують дію ауксину наколеоптилі вівса. При порушенні спокою бруньок, вміст інгібітора зменшувався. Подібні інгібітори стали називати дормінами.

Протягом 60-их років дослідники виявили у листі та плодах речовини, що прискорюють опадіння. Одна з них, названа абсцизіном, була хімічно ідентифікована. У 1965 році виявлено хімічну структуру одного з дормінів, яка виявилася такою самою, як у абсцизіну. Цю речовину назвали абсцизовою кислотою.

Абсцизова кислота (АБК, абсцизин, від англ. abscission — відрізання, ампутація). На відміну від Ф.-активаторів (ауксини, цитокініни, гібереліни), АБК відповідає за гальмування ростових процесів. Вона є сесквітерпеном (С₁₅) і нагадує частину молекули каротиноїдів. АБК бере участь у регулюванні спокою, оскільки є інгібітором проростання насіння та росту бруньок. Перехід рослини від активного росту до фізіологічного спокою (та навпаки) обумовлений балансом ендогенних інгібіторів (АБК) і активаторів (гібереліни, цитокініни) росту. Особливо багато АБК міститься в старому листі, зрілих плодах, бруньках та насінні, що перебувають у стані спокою. Концентрація АБК значно підвищується при різких коливаннях температури, засоленні та водному дефіциті. АБК виявлена у всіх покрито- та голонасінних рослинах, а також у папоротей, хвощів та мохів.

Етилен (СН₂=СН₂) контролює в рослині широкий спектр фізіологічних процесів: дозрівання плодів та старіння тканин, проростання насіння, ріст клітин розтяганням, захист від патогенів. Етилен бере участь у відповіді рослини на різні стреси (різкі коливання температури, анаеробіоз, посуха, механічні пошкодження). Дуже характерним процесом, який активує етилен, є прискорення старіння листя. Цитокініни гальмують цей процес, тому старіння листя залежить від співвідношення концентрацій етилену та цитокінінів. А процес опадання листя обумовлюється співвідношенням в тканинах рослин етилену та ауксину. Найбільш інтенсивно етилен синтезується у старіючих або дозріваючих тканинах покрито- та голонасінних рослин, папоротей, зелених водоростей, мохів (Sphagnum squarrosum), деяких видів грибів (Mucor heminalis, Saccharomyces cerevisiae, Penicillium digitatus) та бактерій (Pseudomonas solanacearum, Escherichia coli).

Абсцизова кислота, представляла з себе, роль опадання листя з дерев, але в даний момент, роль опадання листя з рослин, показана лише для невеликої кількості рослин. У рослин, є багато описів сигнальних шляхів пов’язаних з абсцизової кислотою, при відповіді на різні фактори, тобто стреси і патогени. Так само були виявлені секвенування гени, це продукти які беруть участь у процесі біосинтезу Абсцизова кислота. Абсцизова кислота синтезується деякими патогенними грибами по іншому шляху, ніж у рослин.

Була показана роль в опадання листя з використання абсцизової кислоти. При підготовці рослини до зими, Абсцизова кислота синтезується в кінцевих нирках рослин, що не дає рослині рости, а з прилистки, починають утворюватися зіщітние лусочки, що покривають, сплячі бруньки у холодні період. Так само Абсцизова кислота призупиняє поділ клітин камбію і зупиняє вторинний і первинний ріст.

Абсцизова кислота утворюється в коренях рослин, який знижує водний потенціал! Потім Абсцизова кислота надходить в листя, де змінює осмотичний потенціал устьічних клітин, і викликає закривання продихів. При закритті продихів, знижується трнаспірація і запобігається втрата води через листя.

Так само, вченими були описані мутанти Arabidopsis thaliana, які відчувають дефіцит по синтезу абсцизової кислоти. Дані рослини мають різні порушення, спокою насіння, проростаючи в грунті, в структурі продихів, деякі мутанти мають затримку в рості і коричнево-жовте листя.

Газ этилен (С2Н4) справедливо относят к гормонам растений, так как он синтезируется в растениях и в крайне низких концентрациях регулирует их рост, активирует созревание плодов, вызывает старение листьев и цветков, опадение листьев и плодов, участвует в ответе растений на различные стрессовые факторы и в регуляции многих других важных событий в жизни растения [1]. Этилен, точнее, этиленпродуценты - соединения, разрушение которых сопровождается выделением этилена, имеют широкое применение в практике сельского хозяйства. Все это определяет большое внимание биохимиков, физиологов, генетиков, молекулярных биологов и практиков к изучению этилена.

В последние годы большие успехи достигнуты в получении и изучении мутантных растений, нечувствительных к этилену. Эти мутанты обеспечили прогресс в выделении генов, отвечающих за восприятие и передачу этиленового сигнала в растениях, и помогли частично расшифровать молекулярные пути, по которым сигнал проходит, вызывая включение или подавление определенных физиологических программ. Этот успех и побудил автора написать статью об этилене. Ее целью является рассмотрение регуляторной роли этилена в растениях, его практического применения, особенностей его биосинтеза, а также новейших данных о механизме действия этого фитогормона.

Как показано в опытах Д.Н. Нелюбова, этилен угнетает рост стебля в длину и вызывает его утолщение. Впоследствии ученые выяснили, что это происходит за счет изменения направления роста клеток стебля, которому соответствует изменение ориентации элементов цитоскелета. Этилен подавляет рост корня, ускоряет старение, что хорошо прослеживается на листьях и цветках растений. Этилен ускоряет также созревание плодов, вызывает опадение листьев и плодов (рис. 1). Он индуцирует образование в черешке специального отделительного слоя клеток, по которому происходит отрыв листа от растения, а на месте отрыва вместо ранки остается индуцированный этиленом защитный слой клеток с опробковевшими стенками. Этот фитогормон влияет на пол цветков, вызывая образование женских цветков у растений, для которых характерны раздельные женские и мужские цветки, например у огурца, тыквы и кабачков.

Образование корней на стебле и формирование в стебле особой ткани - аэренхимы, по которой кислород поступает в корни, индуцируются этиленом. Это спасает растения в условиях кислородного голодания корней, в которое они попадают при затоплении почвы. Помимо этого этилен вызывает и другие изменения в растениях. Например, эпинастию, изменяющую угол наклона листа по отношению к стеблю (листья опускаются).

В ответах растений на различные повреждающие воздействия - механические, химические и биологические - также участвует этилен. Он вовлекается в ответ растений на атаку патогенов. Этилен включает системы защиты растений от патогенов. При этом он индуцирует синтез большого числа ферментов, например ферментов, разрушающих клеточную стенку грибов (хитиназы, специфические глюканазы), а также ферментов, участвующих в синтезе фитоалексинов - соединений, ядовитых для патогена.

При поранении растений происходят синтез и выделение этилена. Есть данные о том, что при объедании листьев древесных растений животными объеденное растение выделяет этилен и под его воздействием в листьях соседних растений могут синтезироваться вещества, делающие листья невкусными для животных.

16. Мітоз (від греч. mitos- нитка), непрямий розподіл, основний спосіб розподілу еукаріотних кліток. Біологічне значення мітозу складається в строго однаковому розподілі редуплікованих хромосом між дочірніми клітками, що забезпечує утворення генетично рівноцінних кліток і зберігає наступність у ряді клітинних поколінь. У 1874 И. Д. Чистяков описав ряд стадій (фаз) М. у спорах плаунів, ще не ясно представляючи собі їхню послідовність. Детальні дослідження з морфології М. уперше були виконані Е. Страсбургером на рослинах (1876-79) і В. Флеммінгом на тварин (1882). Тривалість мітозу в середньому 1-2 ч., різна для різних видів кліток. Процес залежить також і від умов зовнішнього середовища (температури, світлового режиму й інших показників).

Фази мітозу

У процесі мітозу умовно виділяють декілька стадій, поступово і безупинно перехідний друг у друга: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу і телофазу. Тривалість стадій мітозу різна і залежить від типу тканини, фізіологічного стану організму, зовнішні факторів; найбільш тривалі перша й остання.

У профазі добре видні центріолі - утворення, що знаходяться в клітинному центрі і грають ролі в розподілі дочірніх хромосом тварин. (Нагадаємо, що у вищих рослин немає центріолей у клітинному центрі, що організує розподіл хромосом.) Ми ж розглянемо мітоз на прикладі тваринної клітки, оскільки присутність центріолей робить процес розподілу клітки більш наочним. Центріолі поділяються і розходяться до різних полюсів клітки. Від центріолів протягаються мікротрубочки, що утворять нитки веретена розподілу, що регулює розбіжність хромосом до полюсів клітки, що ділиться

Найважливіші ознаки профази - конденсація хромосом, розпад ядерець і початок формування веретена розподілу, зниження активності транскрипції (до кінця профази синтез РНК припиняється). Веретено розподілу утвориться або за участю центріолів, утворити мітотичний апарат (у клітках тварин і деяких нижчих рослин), або без них (у клітках вищих рослин і деяких найпростіших). У водоростей, нижчих грибів і ряду найпростіших веретено може формуватися усередині ядра (т.зв. закритий М.). Прометафаза починається розпадом ядерної оболонки на фрагменти і безладні рухи хромосом у центр. частини клітки, що відповідає зоні колишнього ядра. При "закритому М." оболонка ядра зберігається протягом усього М. Хромосоми спірализуються й у результаті цього коротшають і товщають, і їх уже можна спостерігати у світловий мікроскоп. Ще краще вони видні на наступній стадії мітозу - метафазі.

У Метафазі завершується формування веретена розподілу. Хромосоми перестають рухатися і вибудовуються по екваторі веретена, утворити екваторіальну пластинку. При цьому добре видно, що кожна хромосома, що складається з двох хроматид, має перетяжку - центроміру (рис 2). Хромосоми своїми центромірами прикріплюються до ниток веретена розподілу. Після розподілу центроміри кожна хроматида стає самостійною дочірньою хромосомою. Синтез білка знижений на 20-30% у порівнянні з інтерфазою. На цій стадії М. клітки наиб. чуттєві до холоду, колхіцину, його похідним і ін. агентам, вплив яких руйнує веретено поділу і приводить до зупинення поділу кліток (До-мітоз). При низьких дозах агентів, що ушкоджують, нормальний плин М. відновлюється через кілька годин після їх впливу; більш високі дози приводять або до загибелі клітки, або до її поліплоїдизації.

Анафаза - сама коротка стадія М. Характеризується поділом сестриних хроматид і розбіжністю хромосом до протилежних полюсів клітки. Швидкість їхнього руху в середньому 0,2-5 мкм/хв. У ряді випадків рух хромосом до полюсів клітки супроводжується додатковою розбіжністю полюсів друг від друга.

Тілофаза триває з моменту припинення руху хромосом до закінчення процесів, зв'язаних з реконструкцією дочірніх ядер (деспіралізація й активізація хромосом, утворення ядерної оболонки, формування ядерець), з руйнуванням веретена розподілу, поділом тіла материнської клітки на 2 дочірні й утворенням (у клітках тварин) залишкового тельця Флеммінга. Вона починається після того, як дочірні хромосоми, що складаються з однієї хроматиди, досягли полюсів клітки. На цій стадії хромосоми знову деспіралізуются і здобувають такий же вид, який вони мали до початку розподілу клітки в інтерфазі (довгі тонкі нитки). Навколо них виникає ядерна оболонка, а в ядрі формується ядерце, у якому синтезуються рибосоми. У процесі розподілу цитоплазми всі органоїди (мітохондрії, комплекс Гольджи, рибосоми й ін.) розподіляються між дочірніми клітками більш-менш рівнмірно.

По завершенні цитотомії клітки вступають в інтерфазу, до-раю починається G1- періодом наступного клітинного циклу.

ВИСНОВОК

У результаті мітозу з однієї клітки виходять дві, кожна з який має характерно для даного виду організму число і форму хромосом, а отже, постійна кількість ДНК.

Біологічне значення мітозу полягає в тім, що він забезпечує сталість числа хромосом у всіх клітках організму. У процесі мітозу відбувається розподіл ДНК хромосом материнської клітки строго нарівно між виникаючими з її двома дочірніми клітками. У результаті мітозу всі клітки тіла, крім полових, одержують ту саму генетичну інформацію. Такі клітки називаються соматичними (від гречок. "сома" - тіло).

17. Протягом багатьох сторіч у сільському господарстві широко застосовується людством вегетативне розмноження рослин (поділом куща, живцями, відводками, листками, вусами та ін.). Але це процес тривалий та трудомісткий. Завдяки біотехнології, на сьогодні розроблені принципово нові технології прискореного вегетативного розмноження майже для 2400 видів рослин, які одержали назву «мікроклональне розмноження рослин» (розмноження рослин ін вітро).

Основою мікроклонального розмноження – є регенераційна здатність тотипотентних рослинних клітин.

Термін «регенерація» (від лат. regeneratio – відновлення) – в біолгії означає відновлення організмом втрачених або пошкоджених тканин (органів), а також відновлення цілого організму.

З зоології відомо про природну регенерацію дощового черв’яка, гідри, планарії та ін. А у рослин висока регенераційна здатність притамана практично всім клітинам.

Регенерацію рослин у культурі ін вітро можна здійснити такими шляхами:

1. Органогенез – утворення пагонів, коренів або рослин-регенерантів безпосередньо з експланту (апекса бруньки, листка, калусної тканини та ін.);

2. Культура зародків (важливий засіб збереження нежиттєздатних зародків шляхом пророщування їх в умовах ін вітро, на штучному поживному середовищі);

3. Соматичний ембріоїдогенез – утворення зародкоподібних структу із соматичних клітин ррослин.

Класичним прикладом регенерації рослин шляхом прямого органогенезу є розмноження кімнатної рослини бегонії:

• зрізають повністю сформований непошкодженний листок, перевертають його нижньою поверхнею догори і нарізають листові живці розміром 1-2 см;

• листові живці розкладають зворотним боком листка або або висаджують вертикально у субстрат (пісок – торф 1:1), який попередньо стерилізують;

• умови вирощування – 80-90% вологість, 18-21ºС – температура, обприскування фунгіцидом (фундазол, каптан);

• через 5-6 тижнів біля зрізів великих жилок з’являються молоді рослини-регенеранти, які після короткого підрощування пересаджуються для адаптації.

Аналогічно розмножуються багато однодольних рослин: гелоніопсис, гіацинт, сансів’єра та ін.

Процес мікроклонального розмноження ін вітро може бути двох видів:

1. Активація розвитку вже існуючих в рослині меристем, які знаходяться у верхівках стебла, в пазухових (сплячих) бруньках.

2. Формування зародкоподібних структур заново (через калусну тканину).

На практиці найбільш поширений перший тип розмноження, який зводить до мінімуму появу генетично змінених форм рослин. Органогенез при мікроклональному розмноженні рослин відбувається за таким сценарієм: а) на штучне поживне середовище з певним балансом фітогормонів в контрольованих умовах температури і освітлення вміщують невеличку частину рослини (бруньку, верхівку 0,3-3 мм), яка пускає пагони,

б) пагони відділяютьі пересаджують на інше середовище для укорінення,

в) одержані рослини-регенеранти адаптують до природних умов.

Таким чином, мікроклональне розмноження (синонім – клональне мікророзмноження) – це масове нестатеве розмноження рослин у стерильних умовах, яке виключає появу генетично змінених форм.

Технологія мікроклонального розмноження рослин складається з таких основних етапів:

1. Підбір експлантів і введення їх в культуру.

2. Активація розвитку пагонів з експланту при підвищеній концентрації цитокінінів живильного середовища.

3. Укорінення пагонів при збільшенній концентрації ауксинів в поживному середовищі.

4. Переведення одержаних рослин із стерильних умов у грунт, їх адаптація (перенесення з умов ін вітро в умови ін віво).

18. Апіка́льне домінува́ння — пригнічення верхньою брунькою росту бічних бруньок. Це приклад гормональної регуляції на прикладі рослин.

Коли апікальне домінування відсутнє, залишені гілки замінюють видалену частину, повторно створюючи апікальне домінування

Для рослин добре відоме явище апікального домінування (див. 4.1.7 і 4.2.8 ) , що полягає в тому , що розвиваючись апикальная нирка втечі і апекс кореня гальмують відповідно зростання пазушних нирок і бічних коренів. Поряд з цим щеплення розвивається нирки в корову паренхіму стебла або в тканину каллусу індукує утворення в цих тканинах елементів провідних пучків . Як вказувалося вище , ці ефекти домінування і індукції з боку нирки пов'язані з утворенням та транспортом ауксину . Апікальні меристеми втечі і кореня не тільки є тканини органообразующімі зонами , а й надають дистанційне вплив на всі процеси корелятивного зростання в цілому рослині.

Згідно розробленої Ч. Чайдл теорії фізіологічних градієнтів домінуючі області , володіючи високою метаболічною активністю , обумовлюють векторність різних факторів. Таким чином визначається напрямок осей що розвивається. Для рослин явище полярності , тобто специфічної орієнтації активності в просторі , цілком очевидно. Уздовж осьових органів змінюються активність дихання , концентрація іонів , метаболітів і гормонів , значення електричних потенціалів і інші показники. У радіальному напрямку в тканинах стебла і кореня змінюються зміст каналізувати зв'язок . Передача сигналів по спеціалізованим тканинам - досконаліший спосіб управління і регуляції порівняно з інформацією , укладеної в фізіологічних градієнтах . Такими спеціалізованими тканинами у рослин є провідні пучки , по яких здійснюються транспорт ассимилятов , води , мінеральних солей і вторинних метаболітів , а також фітогормонів і передача електричних сигналів. Переміщення трофічних факторів і інформаційних сигналів по проводять тканин відбувається більш цілеспрямовано і швидко.

19. Експланти (лат. explanto - вириваю небудь, зростаюче з коренем ) - група клітин , відокремлена від материнського організму. Використовується в біологічних дослідженнях , пов'язаних з мікроклональним розмноженням рослин.

Найбільш важливим моментом є вибір материнської рослини і експланту. Термін «експлант» застосовують для назви вихідного шматочка рослини, який вводять в культуру ін вітро. В якості експлантів використовують верхівки пагонів, бокові бруньки, частинки кореня або листка, черешок листка, суцвіття, пелюстки квітів, гіпокотиль проростаючого насіння та інші частини рослин.

Для успішного проведення робіт з регенерації рослин вибір експлантів відіграє першорядне значення. Краще всього використовувати матеріал вилучений з здорових, сильних рослин. Вибір експланта залежить від виду, стану рослини-донора, фази її розвитку, сезону року. Значення має навіть положення експланта на рослині. Так, верхівки пагонів, взяті з верхніх гілок дерева, мають більшу швидкість розмноження, ніж верхівки з нижніх гілок. Більшість експлантів добре вводяться в культуру у фазу активного росту донорської рослини. Проте є рослини, експланти з яких утворюють пагони лише в стані спокою. Незрілі, молоді органи завжди більш пластичні з точко зору здатності до морфогенезу ін вітро, ніж старіючі, зрілі тканини та органи. Більше того, при виборі експлантів слід віддавати перевагу меристематичним тканинам, оскільки вони легше виживають у культурі, мають більшу швидкість росту і тотипотентність. Розмір експланта теж визначає ступінь виживання ін вітро (крупніші за розміром верхівки пагона завжди краще виживають).

Донорські рослини, з яких збираються вилучити експланти, вирощують у якомога чистому середовищі, уникаючи надмірного поливання, забруднення пагонів і листків. Важливими компонентами успіху є очистка і стерилізація рослинного матеріалу перед введенням його в культуру ін вітро.

Таким чином, відібраний і простерилізований експлант вводиться в культуру на спеціальне поживне середовище.

20. Мікроклональне розмноження - це безстатеве вегетативне розмноження в культурі in vitro , при якому отримують рослини генетично ідентичні вихідній батьківській формі, що сприяє збереженню генетично однорідного посадкового матеріалу. Цим методом можна розмножувати у короткі строки види, які важко розмножуються і рослини, які є в одному екземплярі, а також і стерильні генотипи. Особливої актуальності сьогодні набули дослідження по розробці методів мікроклонального розмноження рідкісних та зникаючих рослин. Багаточисельність, швидкість і високий коефіцієнт розмноження (1:1 000 000 ) дозволяє у 2–3 рази скоротити термін відбору і отримання нових рослин у селекційних дослідженнях.

Мікроклональне розмноження має цілий ряд переваг над традиційними методами розмноження рослин: 1) економія вихідного матеріалу; 2) отримання великого числа копій із мінімальної кількості рослинного матеріалу; 3) отримання генетично однорідного матеріалу; 4) можливість відбирати in vitro рослинний матеріал з бажаними ознаками;

5) можливість отримання безвірусного матеріалу; 6) можливість проводити розмноження рослин протягом цілого року, адже їх ріст і розвиток in vitro практично не залежать від сезону; 7) можливість отримувати у великих кількостях вегетативне потомство видів рослин, що важко розмножуються у звичайних умовах; 8) економія площі; 9) можливість тривалого збереження пробірочних рослин при понижених температурах, що дає змогу створити банк цінних форм рослин.

Теорією і принципом розробки технології мікроклонального розмноження є положення про можливість індукції диференціації і органогенезу, виникнення біологічної форми із однієї рослинної клітини, її здатності утворювати цілу рослину. Клітина in vivo у складі тканини з певною диференціацією виконує вузьку специфічну функцію. Реалізація її тотипотентності in vivo послаблюється факторами і умовами, які мають місце на материнській рослині. Якщо ж клітина вилучається із рослини і поміщається у штучні контрольовані умови in vitro, то реалізується потенційна можливість відновлення рослини із клітини або групи клітин, тобто реалізується властива клітині тотипотентність. Прояв цієї властивості поки що виявлено у клітин, які називаються меристемоїдами.

Меристемоїди – це морфогенетично компетентні клітини, які відповідають на індуктори диференціації і склад середовищ формуванням пагонів, коренів, зародка. Морфологічно їх виявляють у калюсних культурах у компактних осередках клітин, що діляться, у вигляді дрібних, ізодіаметричних, тонкостінних клітин з великим ядром, густою цитоплазмою і практично без вакуолей. Саме з таких клітин складаються апікальні меристеми і клітини зародка. У тканинах, які отримали з цих органів найлегше індукувати органогенез.

У зв’язку з цим регенерація із будь-яких клітин рослин можлива, якщо вдасться перевести ці клітини у меристемоїди, створивши відповідні умови.

Навіть у рослин з високим ступенем регенерації, наприклад у тютюну, клітин-меристемоїдів не так багато: у первинному калюсі на 1000 – 10000 клітин може бути один меристемоїд. Розподіл меристимоїдів по органах рослин нерівномірний, і різні види відрізняються за вмістом меристемоїдів у тканинах окремих органів. У зв’язку з цим першочерговим завданням є вибір частини рослини, яку можна використати як первинний експлантат. Найвищий ступінь регенерації виявлений у зародків, сім’ядолей, гіпокотилів, коренів, стебла, листка, бульб, суцвіття і пиляків.

Встановлено, що у багаторічних рослин, як і у однорічних, прояв тотипотентності клітин у тканинах і органах поточного року знижується на пізніших етапах. Це може свідчити про зниження у рослині концентрації меристемоїдів з віком або про поступове зниження їх компетентності. Так, регенерація рослин кукурудзи або кофе можлива із калюсу, який отримують із незрілих зародків, які виділені задовго до дозрівання насіння. Загальновідомо, що культури тканин, які отримали із молодих листків або стебел краще здатні до регенерації рослинок. Крім цього, розвиток рослини супроводжується зниженням здатності тканин до ембріогенезу або органогенезу. Культури тканин, які отримали із дорослих рослин, звичайно не здатні до регенерації, а тому первинні експлантати деревних необхідно відбирати на ювенільних фазах розвитку.

Кількість меристемоїдів можна збільшити їх відбором. Крім того, для подальшого розвитку меристемоїдів їх необхідно відділити від немеристемоїдних клітин, так як остані пригнічують ембріогенез у цих клітин, можливо, виділяючи інгібітори. Необхідність відбору меристемоїдів обумовлена і тим, що при тривалому культивуванні тканин зменшується здатність до регенерації.

Кількість меристемоїдів і реалізація тотипотентності у значній мірі залежать від умов, у які поміщають клітину перед або під час індукції регенерації. Серед них найважливішими є: освітлення, температура і склад середовища.

Сезонні зміни поведінки ізольованих тканин звичайно пов’язані із змінами фотоперіоду і температури. Відмічено, що вміст меристемоїдних клітин і найвищий ступінь регенерації спостерігаються в разі вирощування донорних рослин при оптимальних для даного виду фотоперіоді і температурі. Експлантати, відібрані від рослин, які росли при несприятливому фотоперіоді, утворюють мало або зовсім не утворюють регенерантів, навіть якщо фотоперіод при культивуванні буде оптимальним. У більшості лабораторій стандартом є 16–годинний фотоперіод, оптимальна інтенсивність освітлення 1000 Лк. Соматичний ембріогенез, як правило, відбувається в темряві – на світлі зародки передчасно проростають. Однак відомі випадки коли соматичний ембріогенез у калюсу Nicotiana стимулювало освітлення 10000 – 15000 Лк. Значення має і спектральний склад світла: утворення адвентивних пагонів у Nicotiana tabacum найкраще відбувається при освітленні калюсу ультрафіолетовою частиною спектра (371 нм), голубою (419 – 467 нм) або пурпурною (504 – 550 нм). У іншого виду Lactuca sativa утворення пагонів стимулювало освітлення червоним світлом (660 нм) і індукція знімалась при освітленні дальнім червоним (750 нм).

Для отримання великої кількості меристемоїдних клітин і прискорення органогенезу у різних видів рослин є температурні оптимуми. З метою індукції прискорення органогенезу застосовують обробку тканин листків або стебел субоптимальними температурами (15–18° С), що покращує регенерацію при подальшому культивуванні при 21–25° С. Для деяких рослин більш ефективною є короткочасна обробка нижчою температурою (4° С).

Важливу роль у регулюванні реалізації тотипотентності рослинною клітиною відіграють біологічно активні речовини фітогормональної дії, що входять до складу середовища, а саме, ІОК і цитокініни.

21 Віруси – неклітинні форми життя, які мають власний геном (молекулу ДНК або РНК) і здатні до відтворення лише в живих клітинах хазяїна (рослини, тварини, бактерії), тобто є паразитами на генетичному рівні.

Залежно від виду нуклеїнової кислоти розрізняють ДНК- і РНК-вмісні віруси, які зверху оточені білковою оболонкою – капсидом. Переважна більшість фітовірусів РНК-вмісні.

Віруси позбавлені багатьох ознак, притаманих всім живим істотам: у них відсутні спеціальні пристосування для самостійної циркуляції в природі, вони не можуть репродукуватись в ізольованому вигляді і у них відсутні енергетичні системи.

У 1966 році на Міжнародному мікробіологічному конгресі було вирішено виділити віруси в окреме самостійне царство – Vira. Віруси діляться на 30 таксономічних груп. Поза клітиною-хазяїна вірус перебуває в нереплікованому стані (стані віріону). Діаметр віріонів становить 20-300 нм, що значно менше за найменших прокаріот.

Віруси потрапляють у клітину найчастіше за допомогою комах або в результаті механічного пошкодження тканин рослини. Нуклеїнова кислота вірусу залишає білкову оболонку і стає активною: реплікується і транслюється у вірусні нуклеїнові кислоти і білки, з яких самозбираються нові віруси. Дочірні віруси виходять з клітини-хазяїна, яка гине. У природі їх розповсюдження забезпечується різними способами: через насіння, корені, бульби, цибулини, пилок, через грунт, рештки хворих рослин, воду, комах-перенощиків або зооспор деяких нижчих грибів. Найчастіше саме людина сприяє розповсюдженню вірусів при щепленні, підрізуванні, пасинкуванні або пікіровці рослин.

Відмічається, що найбільше вірусів міститься у нестиглому насінні, а у стиглому вони поступово інактивуються, що пояснюється переходом насіння до стану спокою і накопичення інгібіторів, які пригнічуютьактивність вірусу (Московець С.М. 1971). Ураження відбувається шляхом повільного транспорту вірусів по рослині. Саме факт повільного переміщення вірусів забезпечує їх відсутність у новостворених меристематичних тканинах, які вилучається і використовуються у практиці для мікроклонального розмноження рослин.

Вірусні захворення різко знижують кількість і якість урожаю різних сільськогосподарських рослин. Наприклад, збитки від вірусу жовтої карликовості складають до 40% урожаю ячменю. Вірусна хвороба цукрового буряка (ризоманія) знижує вдвічі урожай і на 5-6% - цукристість солодких коренів.

На сьогодні відомо понад 400 фітовірусів і ще більше вірусних захворювань у різних рослин. Класифікують захворювання на дві великі групи: мозаїки і жовтухи. Основна симптоматика мозаїк – нерівномірне (мозаїчне) забарвлення листків, яке обумовлене порушеннями пластидного апарату клітин; листки часто бувають зморшкуватими. Характерні ознаки жовтух – загальний хлороз листків, які мають жовтуватий відтінок і скручуються. Листя надзвичайно насичується вуглеводами, що приводить до їх підвищеної жорсткості і крихкості.

На практиці основними засобами з вірусними захворюваннями є: виведення стійких та імунних сортівс.г. культур, знищення комах, бур’янів, хворих рослин, регулювання строків посіву та збирання с.г. рослин,фізичні та хімічні засоби обробки насіннєвого та садивного матеріалу, вакцинація та ін.