Способность растений восстанавливать утраченные органы

Способность растений восстанавливать утраченные органы

Регенерация — это восстановление организмом поврежденной или утраченной части тела. Способность к регенерации широко распространена в растительном мире от низших до высших таксонов, причем разнообразие форм регенерации очень велико. Это обусловлено следующими причинами. Во-первых, регенерация — один из основных неспецифических способов зашиты растений, ведущих неподвижный, прикрепленный образ жизни, от всякого рода повреждений и травм Во-вторых, многие формы регенерации успешно используются растениями как способ вегетативного размножения.

Способы регенерации у растений

В настоящее время не существует общепринятой классификации форм регенерации у растений, а также устоявшейся терминологии. Если исходить из механизмов регенерации, то классификацию наиболее часто встречающихся способов регенерации у растений можно представить следующим образом:

Физиологическая регенерация

При этом способе восстанавливаются части при их естественном изнашивании. Примеры физиологической регенерации — постоянное восполнение слущивающихся клеток корневого чехлика, замена старых элементов ксилемы новыми (у древесных), замена корки у стволов деревьев и др. В животных организмах аналогичным образом идет постоянное обновление клеток слизистой желудка, клеток кожи и т. д.

Заживление ран

Ткани, оказавшиеся на поверхности раны, дедифференцируются, их клетки начинают периклинально делиться и образуют феллоген, превращающийся в пробку. Поверхность раны может затягиваться также каллусной тканью.

Органогенез, обусловленный образованием каллуса

Начальный этап дедифференциации клеток на поверхности раны аналогичен тому, что происходит при заживлении ран. Однако клетки, дедифференцируясь, переходят к неорганизованному делению и возникает каллусная ткань, состоящая из рыхло соединенных друг с другом паренхиматиче-ских клеток. При определенных условиях (см. ниже) отдельные клетки или группы клеток могут дать начало адвентивным(т. е. возникшим не из эмбриональных тканей) органам: корням, побегам, листьям. В естественных условиях каллус на поверхности среза стебля или корня обычно образуется из камбиальных клеток.

Соматический эмбриогенез

Каллус на раневой поверхности образуется так, как описано выше. Из отдельных клеток каллуса, начинающих организованно делиться, формируются соматические зародыши (элюриоиды), из которых при определенных условиях развивается целый организм. Такой процесс идет и в районе перерезанных жилок листа бегонии, где из единичных эпидермальных клеток образуются целые растеньица.

Восстановление частей без образования каллуса

Примером такого способа регенерации служит формирование адвентивных побегов из единичных эпидермальных клеток на некотором удалении от раневой поверхности. Другой пример — превращение паренхимных клеток коры в клетки ксилемы при образовании обходного участка проводящего пучка вокруг места его прерывания. Направление регенерации проводящих элементов определяется прежде всего полярным базипетальным транспортом ауксина, который индуцирует генетическую программу ксилемообразования. Диффс-ренцировке элементов флоэмы наряду с присутствием ИУК и цитокинина способствует высокая (4-8%) концентрация сахарозы.

Другие пути восстановления утраченных частей у растений связаны с деятельностью апикальных или латеральных меристем.

Восстановление апикальных меристем

При продольном рассечении конуса нарастания из каждой половины могут регенерировать отдельные апексы. Конус нарастания как побе!а, так и корня регенерирует при удалении небольшого участка его дистального конца (не более 80 мкм). У развивающегося молодою листа папоротника восстанавливается отрезанная меристематическая верхушка.

Органогенез из предшествующих зачатков

Восстановление надземных органов у высших растений осуществляется, как правило, за счет отрастания покоящихся (пазушных) почек при устранении доминирующего влияния апикальной почки побега (см. П.2.3). Повреждение или частичное удаление дистальной части корневой системы также способствует росту зачагков боковых корней вследствие устранения тормозящего действия кончика корня. Такой способ восстановления утраченных частей присущ только растениям.

Органогенез из новообразованных адвентивных зачатков

Стеблевые черенки многих древесных травянистых растений образуют корни благодаря активации периклинальных делений в камбии или перицикле, выполняющих функции латентных меристем. Индукция делений клегок связана с действием ИУК, которая, перемещаясь базипеталыю. накапливается в нижней части черенка.

Таким образом, растения могут восстанавливать как надземные, так и подземные части даже при полной их утрате.

Источник

Регенерация (в биологии)

Регенера́ция в биологии (от позднелат. regeneratio – возрождение, возобновление), восстановление растениями или животными утраченных или повреждённых органов и тканей, а также целого организма из его части. Способность к регенерации возникла в ходе эволюции как адаптивное свойство в ответ на жёсткие воздействия среды. Она проявляется в различной степени как у разных видов организмов, так и на разных этапах их жизненного цикла . Термин «регенерация» ввёл Р. А. Реомюр (1712), изучавший регенерацию конечностей речного рака . Регенерация наблюдается в естественных условиях, но может быть индуцирована и усилена в условиях эксперимента. При регенерации часто используются клеточные и молекулярные механизмы развития организма, но она не является буквально повторным развитием, так как осуществляется в условиях окружения формирующегося участка восстановления специализированными тканями взрослого организма.

Регенерация у животных и человека

Одноклеточные животные, например амёба , восстанавливают свою целостность многократно при условии сохранения ядра клетки. Среди многоклеточных максимальной способностью к восстановлению даже из малых фрагментов организма или групп клеток обладают губки , гидры , иглокожие , а также черви . У высших животных регенерация условно может быть разделена на физиологическую и репаративную. Первая направлена на восстановление обновляющихся клеток крови , кожи , некоторых эпителиев , вторая – на восстановление утраченного в результате травмы или нападений хищника. Основную роль в процессах физиологической регенерации во взрослом организме играют тканевые стволовые клетки , находящиеся под контролем со стороны окружения, т. н. ниш стволовых клеток. Близкими к физиологическим регенерациям являются гиперплазия и гипертрофия , направленные на увеличение объёма ткани при возросших на неё нагрузках. Рубцевание, присущее высшим позвоночным (в том числе человеку), необходимое для быстрого заживления ран и предотвращения инфицирования, также является способом регенерации. При этом механизмы физиологической регенерации и других указанных типов регенерационных процессов различаются. Репаративная регенерация происходит в случаях утраты хвоста и конечности, тканей глаза и сердца у амфибий , плавников , сердца и сетчатки глаза у рыб , кишечника и половых клеток у дрозофилы и т. д. Все эти и другие виды репаративной регенерации используются при изучении клеточных и молекулярных механизмов процесса с применением современной техники трансгенеза, секвенирования генома, методов полимеразной цепной реакции , биоинформатики , протеомного анализа и др. У низших животных для восстановления бывает достаточно простого ремоделирования исходной ткани (морфоллаксис). У более сложно организованных животных в ответ на повреждение мобилизуются клеточные популяции, дающие начало клеткам-предшественникам, которые, в свою очередь, обеспечивают рост и формирование повреждённых или утерянных частей тела (эпиморфоз, эпиморфная регенерация). В некоторых случаях клетки-предшественники для регенерации образуются из дифференцированных клеток, в других – благодаря участию стволовых клеток. В первом случае клетки теряют морфологические признаки исходной специализации и входят в пролиферативную фазу, во втором – используются мезенхимные стволовые клетки (участвуют в регенерации многих тканей), т. н. клетки-сателлиты (при регенерации мышц ), стволовые клетки волосяного фолликула (обеспечивают рост волос), стволовые клетки сперматогенного эпителия и ряд других. У планарий и гидр стволовые клетки распределены по всему телу, что объясняет высокие способности этих животных к регенерации. Регенерация утраченных целых органов наиболее совершенна у хвостатых земноводных . Она проходит 3 основных этапа: формирование раневого эпителия, накопление клеток-предшественников (формирование бластемы ) и формообразование вновь возникшего органа (ткани). Регулируется регенерация на генетическом уровне, системой межклеточных коммуникаций и эпигенетическими механизмами при участии нервной и иммунной систем, гормонов и других биологически активных молекул. Ключевыми биологическими процессами регенерации являются клеточная пролиферация , миграция, интеграция клеток и их дифференцировка . Разные животные используют разные механизмы регенерации.

Регенерация у растений

У растений регенерация может происходить на месте утраченной части тела (реституция); например, поверхность ранения покрывается т. н. раневой перидермой, рана на стволе или ветке зарубцовывается наплывами ( каллюсами ) или на другом месте (например, при отрезании верхушечного побега усиленно развиваются боковые, весной восстанавливаются листья вместо опавших осенью). Способность к восстановлению у растений обнаружена почти для всех органов: ствола, корня , листьев , цветков и др. Чаще под регенерацией у растений понимают восстановление лишь насильственно удалённых частей. В природе широко распространена регенерация отрезками корня, корневища , слоевища, стеблевыми и листовыми черенками , изолированными клетками, отдельными протопластами , а у некоторых водорослей – небольшими участками их многоядерной протоплазмы (симпласта). Выделяют 3 способа регенерации у растений: регенерация ткани, утерянной при повреждении; образование ткани de novo (рост структуры, не существующей до повреждения); регенерация целого растения из одной соматической клетки. Последний способ рекомбинации является основным отличием от рекомбинации у животных. При этом способе под действием фитогормонов ( ауксин , цитокинин) образуются зоны роста – меристемы и формируются каллюсы, дающие начало целому растению, так же, как это происходит в эмбриогенезе . Общими для регенерации у растений и животных являются образование популяции клеток-предшественников (каллюс у растений и бластема у животных), формирующихся в месте повреждения, наличие у них стволовых клеток. Предполагается, что, в отличие от позвоночных животных, у растений присутствует всего один тип стволовых клеток, распределённых по системе сосудов растительного организма; доступность этих клеток для восстановления утерянных растением частей, возможно, является причиной их более высоких регенерационных способностей. Пока остаётся неясным, что служит сигналом, инициирующим регенерацию, какова природа клеток – источников регенерации, молекулярно-генетическая основа способности к регенерации, молекулярно-генетические механизмы каждого из этапов процесса регенерации. Э. Н. Григорян. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2015.

Источник