Ввиду объективных причин и необходимой специальной материальной базы культура изолированных тканей (клеток) растений как самостоятельное направление исследований возникло не так давно. Т.е. начало Истории биотехнологии растений можно датировать 1839 г., когда Т. Schwann и М. Schleiden выдвинули основные положения клеточной теории, или теории тотипотентности. Впоследствии она была несколько дополнена и переработана и априори каждая соматическая клетка тотипотентна, т. е. способна к регенерации, к воспроизведению целого растения. Однако сегодня еще мало сведений о комплексе физических, трофических и гормональных факторов, необходимых для полной реализации генетической информации клетки в условиях in vitro, поэтому вопрос о тотипотентности соматических клеток интенсивно изучается и продолжает широко обсуждаться. Установлено, что в условиях in vitro клетки изолированных тканей, лишенные контроля со стороны органов растения, дедифференцируются, растут неорганизованно, образуя массу каллуса.
Формирование организованных структур в каллусной массе начинается с группы недифференцированных клеток меристемоида (Murashige, 1974, 1984) – структуры, состоящей из относительно небольших сгруппированных изодиаметрических клеток с тонкой оболочкой, плотной цитоплазмой и округлым ядром.
Родоначальником экспериментов в Истории биотехнологии растений был немецкий физиолог G. Haberlandt. Ему принадлежит заслуга разработки теоретических основ методов асептического выращивания изолированных органов и тканей растений в искусственных условиях. И хотя проводимые им работы (1902), в силу объективных причин, не дали положительных результатов, позднее, через несколько лет, опираясь на его данные, группа исследователей – G. Harrison, Y. Burows, Y. Carrel – смогла некоторое время поддерживать жизнь в асептических условиях (образцы тканей человека и животных). В 1922 г. появились первые публикации L. Knudson, в которых он описывал разработанную им методику асимбиотического проращивания семян орхидных.
В начале XX в. G. Robbins и S. Kotte независимо друг от друга положили начало культивированию in vitro кончиков корней орхидных и почек различных растений — История биотехнологии растений. Вслед за ними в 1934 г. М. White опубликовал результаты успешного изучения культивирования in vitro растительных тканей и целых органов. Ему первому удалось сохранить жизнедеятельность и спровоцировать рост корней томатов, используя в качестве основных компонентов питательной среды глюкозу и дрожжевую вытяжку.
Бурное развитие исследований в области культуры тканей растений, т.е. развитие Истории биотехнологии растений началось после того, как С. Went и F. Thimann в 1935-1937 гг. обнаружили в растительных тканях ауксин – ИУК. В 1937-1939 гг. М. White и R. Gautherel, добавляя ИУК к питательным средам, инициировали пролиферацию каллуса, а позже и ризогенез. Открытие влияния ауксинов на рост и деление клеток сделало возможным исследование условий, необходимых для роста и развития клеток тканей и органов растений in vitro. Таким образом, появились практические предпосылки для искусственного размножения растений в асептической культуре.
Первые опыты по культивированию in vitro зародышей цветковых растений провел К. Hanning в 1902 г. Его работы продолжил A. Laibach: в 1929 г. он ввел в культуру зародыши льна. В 1941 г. R. Van Overbeek, используя эндосперм кокосового ореха в качестве компонента питательной среды, получил положительные результаты при культивировании зародышей дурмана.
Особенно важной датой в истории развития исследований культур in vitro стал 1946 г., когда Е. Ball получил целые растения из изолированных апексов побегов табака (Nicotiana tabacum) и люпина (Lupinus L.). В 1948 г. F. Skoog и L. Tsui, экспериментируя с концентрациями ауксинов и цитокининов для питательных сред, добились органогенеза из каллуса табака.
В начале второй половины прошлого столетия перед исследователями открылись предпосылки практического применения культур in vitro. F. Limasset и L. Comuet (1956), которые также работали над размножением растений из конусов нарастания в асептической культуре, отметили, что используя этот метод, можно получить оздоровленные растения. Апексы георгин, пораженные вирусом мозаики, освободились от патогенов. Возможность выращивания таких растений благодаря стерильной культуре в 1952 г. подтвердили G. Morel и Т. Martin. Работая с разными частями сильно зараженных разновидностей георгин, они в асептических условиях получили из верхушечных меристем этих растений потомство без вирусов.
Изучая процессы регенерации тканей в условиях in vitro, W. Tulecke в 1953 г. добилась пролиферации каллуса из пыльцевых зерен Ginkgo biloba L.
В 1954 г. W. Muir и его группа продолжила Историю биотехнологии растений и впервые получили в культуре in vitro целое растение из одной клетки.
В период 1954-1957 гг. результаты исследований С. Miller и F. Skoog, S. Okamyra, I. Jablonski и других внесли новые данное в понимание процессов размножения культур в условиях in vitro. В 1954 г. С. Miller и F. Skoog в лаборатории последнего открыли кинетин и доказали его роль в процессах органогенеза; с тех пор кинетин (6-фурфуриламинопурин) широко используется в работах по культуре тканей. В 1957 г., исследуя ткани каллуса табака, они установили, что в зависимости от количества ИУК и кинетина, используемых в питательной среде, можно избирательно добиться возникновения побегов или образования корней. В 1960-х годах F. Steward получил культуру прозародышей из культуры взвешенных клеток каллуса, а I. Reinert добился возникновения зародышей из ткани каллуса моркови Daucus carrota. В 1959 г. вышел первый учебник по культуре in vitro растительных тканей, составленный R. Gauther, а в 1960 г. G. Morel разработал методику размножения орхидей из меристем в асептической культуре.
Новые пути использования растительных культур in vitro в Истории биотехнологии растений были очерчены в период 1964-1966 гг., когда S. Guha и S. Maheshwari впервые получили гаплоидное растение из пыльцевого зерна дурмана Datura. В 1967 г. J. Bourgin и J. Nitsch добились образования каллуса, способного к органогенезу в культуре in vitro, из пыльцы табака. До 1979 г., по данным F. Preil и A. Hunke, с помощью культуры пыльников были получены гаплоиды от более чем 20 родов растений.
Эксперименты по индукции цветения в культуре in vitro начали в 1965 г., а в 1967 г. R. Pierik добился образования генеративных почек в каллусе лунника (Lunaria L.) после выдерживания растений при низкой температуре.
Попытки выделения протопластов уже в 1892 г. проводил J. Klercker, но впервые культуру изолированных протопластов получили в 1969 г. Т. Eriksson и К. Jonassen. В 1970 г. Е. Cocking добился восстановления клеточной стенки протопластов и индуцировал последующие клеточные деления.
Читайте продолжение статьи: История биотехнологии растений. Часть 2
Источник: Биотехнология тропических и субтропических растений in vitro