С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Сошлемся на общеизвестный факт. Если бы финансовые затруднения не заставили Т. Моргана отказаться от опытов на морских свинках и обратить внимание на дрозофилу, генетика, возможно, не стала бы лидером современной биологии. Дело в том, что последний объект давал возможность получить новое поколение в течение месяца и тем самым резко ускорить работу. И, напротив, именно использование неудобных для генетики плодовых культур Мичуриным и Бербанком помешало этим великим ученым понять глобальное значение законов Менделя. Необходимо, чтобы выбранный нами модельный объект не затруднял, а облегчал решение поставленной задачи. В то же время, полученные результаты должны без натяжки экстраполироватся на возможно более широкий круг иных объектов и явлений. Поэтому избранная модель должна иметь как можно меньше специфических свойств, делающих ее несравнимой с другими интересующими нас растениями. С другой стороны, модели необходимы некоторые характеристики, облегчающие постановку эксперимента. Из этого следует, что не существует универсального модельного объекта на все случаи жизни. В каждой конкретной ситуации экспериментатор, взвешивая все pro и contro, находит оптимальный вариант. Поэтому все приведенные ниже соображения носят рекомендательный характер, и возможность их воплощения зависит от конкретной цели исследования.

Опыты в лаборатории, климокамере или в теплице требуют такого растения, которое легко переносило бы специфическую экологию помещения. Когда-то один из авторов этой книги проводил летом в лаборатории серию опытов по устойчивости огурцов к охлаждению. Отдаленные эффекты охлаждения и закалки так и не удалось оценить по причине постоянного (в фазе 3-4 листьев) поражения растений паутинислым клещом. По условиям эксперимента обработка растений ядохимикатами была крайне нежелательна, и следовало на старте работы в качестве модельного объекта взять не огурцы, а более устойчивые томаты. Такого типа опыты часто проводятся при недостаточной интенсивности света, и потому в них следует использовать объекты, содержащие запасные фонды вещесгв, - прорастающие крупные семена, ростки картофеля. Для более поздних фаз онтогенеза прекрасным модельным растением являются бобы, отличающиеся весьма низким компенсационным пунктом фотосинтеза в отношении света. Неплохим объектом для зимней работы в неосвещенной теплице или в лабораторном помещении является хризантема, которя достаточно вынослива к слабому освещению и может дать большое количество генетически идентичных растений благодаря легкому размножению черенками.

Полиморфизму образцов посвящен следующий раздел этой главы, здесь же только отметим, что в плане удобства нашей модели много значит возможность получения неограниченного количества генетически идентичных растений для опытов. В свое время В.Н. Сукачев провел классические опыты по конкуренции в посеве на одуванчиках. Этому растению свойствен апомиксис, все потомки одного растения возникают бесполым способом и, следовательно, генетически одинаковы. Это позволило заложить контрольные делянки из однородного материала. Вторым случаем такого объекта может быть клон - вегетативно размноженные потомки одного растения. Такой клон легко получить размножением из одного клубня картофеля, укоренением многих черенков от одного растения томата, яблони, тополя и т.д. Для стимуляции укоренения полезно выдержать черенки в растворе ауксина. Лучше всего для этой цели использовать нафтилуксусную кислоту (НУК) в концен трации от 0,1 до 5.0 мг/л. Препараты бета-индолил уксусной кислоты и 2,4- дихлорфсноксиуксусной кислоты (2,4-Д) менее эффективны. Образование корней замедляется, если свет попадает на нижнюю часть стебля. Поэтому рекомендуется обертывать черной бумагой сосуды с черенками. Образовавшие корни черенки высаживаются в сосуды или на гряды. В качестве субстрата используют смесь земли, песка и торфяной крошки или перегноя (лесной подстилки) в отношении 1 : 1 : 1. В ответственных случаях субстратную смесь предварительно стерилизуют в автоклаве или в сушильном шкафу при 105° С. Широко применяется и обеззараживание субстрата расвором марганцевокислого калия.

Возможность оперативно заложить новый эксперимент и проверить только что возникшие мысли требует быстрой подготовки объекта к работе. Здесь опять же можно рекомендовать проростки крупносемянных культур. Быстрое проращивание свежеубранных покоящихся семян описано в приложении э той книги.

Для ускорения работы можно рекомендовать использование в качестве модели арабидопсиса, который заслуженно носит титул растительной дрозофилы. Наличие большого числа разнообразных мутантных и инбредных линий, высокая семенная продуктивность, короткая вегетация (от 1-2 месяцев) и издание специального международного журнала (Arabidopsis servis) делает этот объект весьма привлекательным. К его недостаткам относятся малая масса растения и достаточно тонкая технология проращивания крайне мелких семян. Имеется сообщение [Williams, Hill, 1986] о быстрорастущей капусте (Brassica), способной дать до 10 поколений в год, которая может быть моделью для исследований по генетике, защите растений, клеточной и молекулярной биологии. Для многих задач клеточной биологии очень удобна одноклеточная водоросль хломидомонада (Chlomydomonas), которая может легко культивироваться в лаборатории при питании как по автотрофному, так и по гетеротрофному типу. Это позволяет поддерживать мутанты с нарушенным фотосинтезом и получать уникальные результаты по биохимии и биофизике фотосинтеза. Наличие разнообразных мутантов и линий [Квитко и др., 1983], а так же компьютерной базы данных о штаммах [Чунаев, 1993] позволяет нам настоятельно рекомендовать этот модельный объект.

В большинстве опытов неполегающие и иммунные генотипы должны предпочитаться аналогичным неустойчивым образцам, т.к. требуют меньшей затраты сил на уход за ними. Равным образом следует предпочитать низкорослые растения высокорослым, если это не нарушает замыслов экспериментатора.

Многие физиологические работы связаны с введением в растение тех или иных реагентов, метаболитов и т.д., что осуществляется опрыскиванием, инкубацией надземных частей в растворах или инфильтрацией их под давлением. В любом случае такая обработка не совсем надежна и может вызывать тяжелые побочные эффекты (особенно при контроле длительного последействия). По непонятной нам причине в экспериментах такого рода почти никогда не используются проростки риса, нормально развивающиеся под 2-7 сантиметровым слоем воды, который в любой момент можно заменить необходимым раствором. Аквариумные растения элодея и валеснерия использовались еще в работах К.А. Тимирязева по изучению фотосинтеза и сейчас на них проводятся работы по исследованию биофизики и биохимии фотохимических реакций. В специальных исследованиях фотосинтеза морских растений удобно использовать бурые водоросли, которые легко клонировать. Солевой состав морской воды для таких аквариумов дан в приложении.

Немалое значение в выборе объекта играет его всесторонняя изученность. Кроме многочисленных изданий Трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции (ВИР) сошлемся на специальные генетические издания [McIntosh et al. 1998; Смирнов и др., 1993; Гончаров, 1992].

Полевые опыты следует проводить на адаптированных к местным условиям образцах, которые совсем не обязательно должны быть районированными сортами. Сортам (даже инорайонным) надо отдавать предпочтение перед селекционными номерами по причине более основательной изученности первых.