В мире исчезающих растений

Вскоре полиплоиды — растения с кратно увеличенным более чем вдвое против гаметического набором хромосом обнаружили чуть ли не во всех ботанических семействах растительного царства. Большинство из них отличалось явным гигантизмом. Ученые заинтересовались: а нельзя ли растения-гиганты получать искусственно? Пример искусственного получения полиплоидов уже был. В 1889 году русский ученый И. И. Герасимов, подвергнув в течение 5–10 минут охлаждению клетку спирогиры при температуре –4 °C, получил клетку с двумя наборами хромосом.

Воздействуя необычными для растений пониженными или повышенными температурами, ученые сумели добиться появления полиплоидных клеток или возникновения полиплоидных растений целиком у таких видов как кипрей, кукуруза, пшеница, рожь, ячмень, лен, томат, шелковица. Успех принес и метод получения полиплоидов путем регенерации из каллуса, возникающего на месте среза или механического повреждения растения (томат, паслен, капуста, табак, картофель). Полиплоиды удалось выделить среди растений, способных давать семена с двумя и большим числом зародышей. Но выход полиплоидов был тем не менее столь мизерен, что практического значения эти методы получить не могли.

1937 год оказался поистине знаменателен для биологов и селекционеров всего мира. В этом году сразу трое ученых — Блексли, Эйвери и независимо от них Небель — предложили колхициновый метод полиплоидизации, открывавший новую страницу в селекции культурных растений и цитогенетике.

Для полиплоидизации они использовали колхицин — алкалоид, давно выделяемый для медицинских целей из семян и клубнелуковиц безвременника осеннего (Colchicum autumnale). Ныне колхицин широко применяется в виде водных растворов, ланолиновой пасты, растворов в агаре, глицерине или касторовом масле в целях индуцирования полиплоидии путем обработки семян, клубней или интенсивно делящихся тканей растений.

В чистом виде колхицин представляет собой белый или желтовато-белый порошок, легко растворимый в воде, спирте и хлороформе, но почти нерастворимый в эфире. Как химическое соединение колхицин довольно устойчив: он не разлагается при хранении и стерилизации в автоклаве. Подавляя действие механизма веретена в процессе митоза, колхицин приводит к увеличению числа хромосом.

Первые же работы по полиплоидизации с помощью колхицина выявили высокую результативность метода. Благодаря экспериментальной полиплоидии были получены наиболее продуктивные в мире сорта кормовых трав, турнепса, сахарной и кормовой свеклы, ржи, редиса, кок-сагыза и шелковицы. Полиплоидия оказалась незаменимым приемом в селекции декоративных, ароматических и лекарственных растений. Увеличенными размерами плодов и нередко повышенной сахаристостью отличаются полиплоиды плодово-ягодных культур. Полиплоидия открыла новую блестящую главу в селекции черной смородины.

С помощью полиплоидии удалось преодолеть у ряда растений самонесовместимость (неспособность к самооплодотворению) и перекрестную несовместимость при межвидовых и межродовых скрещиваниях растений разного уровня плоидности (табак, картофель и др.). Полиплоидия позволила восстановить плодовитость у межвидовых и межродовых гибридов (капуста × редька, пшеница × рожь, черная смородина × крыжовник и др.) и синтезировать новые хозяйственно-ценные культуры растений, например тритикале.

Колхицинирование дало возможность у некоторых растений закрепить на ряд поколений и гетерозис — превосходство по определенным признакам гибридов над родительскими формами, ранее отмечаемый только для первого поколения (пшеница × рожь, паслен съедобный × паслен птичий).

Генетики и селекционеры, зная происхождение растений, заново воссоздали с помощью полиплоидии естественные виды растений, придав им новые полезные качества. Так, синтетический рапс оказался не только более урожайным, но и более зимостойким, чем естественный рапс. Ведутся работы по созданию с исключением допущенных природой «ошибок» пшеницы и картофеля.

Источником колхицина послужило многолетнее травянистое растение семейства лилейных — безвременник осенний. Это растение в качестве поставщика колхицина пока введено в культуру только в Греции, Англии, ФРГ.

Подземная часть у безвременника образует клубнелуковицу. Снаружи луковица обернута двумя влагалищными листьями; под ними 3–4 листовых зачатка, образующих листья весной следующего года. Луковица двухлетняя, сидящая довольно глубоко в земле. Влагалища черно-бурые, продолжающиеся в длинную трубку.

Листья (их 3–8) удлиненноланцетные, плоские, большей частью узкие, тупые, развиваются весной. Осенью на донце старой луковицы образуется продольная срединная выемка, в которой закладывается молодая луковица-детка; старая луковица на следующий год к лету постепенно отмирает.