Из первых глав данной работы уже известно, что определённая часть биологов совершенно отрицает генотипическую изменчивость растений при прививках. Все примеры, собранные и полученные Дарвиным, Мичуриным, Даниелем и др., расценены как ошибки опытов или, в крайнем случае, как явления химерного порядка.

Представители менделизма-морганизма уделили химерам достаточно внимания. Именно этот раздел экспериментальной биологии послужил своеобразным водостоком, куда отбрасывались все случаи изменений, наблюдаемые при прививках.

Известно, что химеры могут быть естественные и искусственные, т. е. в последнем случае полученные экспериментальным путём в результате прививки. Такого рода сложное химерное растение будет вести себя как единый организм, но, как заявляет часть биологов: «оба компонента сохранят свои характерные морфологические и физиологические особенности» (Джонс, 1936).

Аналогичный взгляд встречаем у русских авторов, которые утверждают, что в случае химерного строения «оба компонента не теряют своей самостоятельности и находятся в состоянии симбиоза») (Лусс, 1935).

Наиболее ярко выразил взгляд автономного развития генетически разных тканей в организме С. И. Жегалов (1930), который утверждает, что, например, покровная ткань химеры является паразитирующей по отношению к внутренним тканям. С точки зрения Жегалова между такого рода тканями нет взаимного влияния и поэтому половые клетки, залегающие во внутренних тканях, совершенно не затрагиваются. В результате из семян химеры (в частности монохламидного типа) развиваются типичные нормальные для внутреннего компонента растения. Если же растение представляет собой периклинальную химеру полихламидного типа, то тогда семенное потомство будет представителем внешнего компонента.

По мнению морганистов, химеры — самое убедительное доказательство против возможности получения вегетативных гибридов.

Если у химерных растений отсутствует взаимовлияние между тканями, тогда нечего думать об изменении нормы реакции (генотипа) при обычных прививках.

Действительно часто наблюдаются факты относительно автономного сожительства генетически разных тканей в пределах особи. Но, наряду с этим, исследователями накоплено большое количество фактов, свидетельствующих о резком взаимовлиянии химерных симбионтов. Приведём несколько примеров.

Известно, что Дарвин принял и объяснил знаменитый ракитник Адама (С. Adami) как прививочный гибрид. Морганисты с этим не согласны. С их точки зрения это периклинальная химера, в которой абсолютно независимо развиваются два рода тканей — внутренняя, принадлежащая L. vulgare, и внешняя — С. purpurens.

Возникает вопрос: если для С. Adami характерна такого рода автономность в развитии тканей разных родов, то чем объяснить (если исключить глубокое взаимовлияние) факт стерильности этого прививочного гибрида?

Известно, что половые органы у растений закладываются в субэпидермальном слое, который у С. Adami, с точки зрения ряда исследователей, принадлежит к чистому L. vulgare. Казалось бы, он должен беспрепятственно давать семена. Но семян, повторяем, С. Adami не образует. Причиной этого является уродливость пестика при нормальном развитии пыльников, несмотря на происхождение этих органов из одной зародышевой ткани.

На эти вопросы сторонники автономного развития частей химеры ответа не дадут. С нашей же точки зрения бесплодие, вызванное уродством пестика, является результатом взаимовлияния компонентов данного вегетативного гибрида.

Аналогичное явление наблюдается у вегетативного гибрида Crataego-mespilus. Со времён Баура общепринято считать, что внутренним компонентом здесь служит боярышник, а наружным — мушмула. Габерлянд(1926, 1927) провёл анатомическое изучение Crataego-mespilus и установил, что строение листьев, устьиц и сосудисто-волокнистых пучков у гибрида имеет промежуточный характер по сравнению с родительскими формами. Эти признаки не идентичны ни мушмуле, ни боярышнику.

Не только данные признаки поставили в тупик многих исследователей. Ещё более загадочно для морганистов ведут себя эпидермальные клетки верхней части листа. Оказалось, что эти клетки у Crataego-mespilus сходны с клетками боярышника. Они обладают прямыми стенками, мелкие, в то время как мушмула (по предположению она является внешним компонентом) имеет клетки удлинённой формы, с сильно волнистыми стенками (Weiss, 1925).

Особый интерес представляет и такая классическая химера, как Pyro-Cydonia, т. е. вегетативный гибрид между грушей и айвой, описанный в 1904 г. Люсьеном Даниелем.

По описанию Даниеля и детальному анатомическому исследованию Вейса (Weiss, 1930), во всех основных органах здесь ясно видны промежуточные признаки груши и айвы. Опушённость листьев здесь сильнее, чем у груши, и слабее, чем у айвы. Форма листа также промежуточная. Если груша имеет края листьев зубчатые, а айва — цельные, то у гибрида в верхней половине листа края зубчатые, а в нижней — цельные.

Строение эпидермальных клеток гибрида по своей величине и форме занимает серединное положение между клетками груши и айвы.

Н. П. Кренке, много работавший по вопросам трансплантации, также столкнулся с фактами взаимовлияний, в частности, у плодов от прививок S. lycopersicum и S. memphiticum.

«В полных гаплохламидных, цитологически (по хромосомам) проверенных плодах, — пишет Кренке, — антоциан, нормально присущий только покровному химерсимбионту Solanum memphiticum Mart., совершенно достоверно обнаружен во всех клетках мякоти томатной части химерных плодов… Все данные показывают, что в плодах химер, а вероятно и в других органах, налицо возможность специфического (подчёркнуто нами. — И. Г.) взаимодействия между химерсимбионтами» (Krenke, 1933).

И в последующих разделах упомянутой работы Кренке приводит, хотя и с оговорками, интересный случай изменчивости эпидермиса у химеры S. lycopersicum-memphiticum. На рисунке 69, заимствованном из работы Кренке, представлены участки эпидермиса химерных плодов. Зрелые плоды S. lycopersicum(S. 1.) и S. memphiticum (S. m.) имеют резко отличный эпидермис. S. m. I— эпидермис S. memphiticum в гаплохламидной химере, a S. т. II — тот же эпидермис в диплохламидной химере. Из рисунка видно, что в положении однослойного покрова химеры S. т. I эпидермис S. memphiticum имеет явно утолщённые оболочки клеток и с уменьшенным количеством видимых пор. Менее ярко, но также заметна изменчивость эпидермальных клеток у диплохламидной химеры S. т. II. Изменчивость как в первом, так и во втором случае идёт в сторону второго (внутреннего) компонента — томата.

Такова фактическая сторона вопроса о независимости растительных тканей при прививках.

Рассмотрим ещё одну группу фактов, служащих часто аргументом против вегетативной гибридизации. Мы имеем в виду такие случаи, когда при посеве семян из плодов химерных растений получались чистые представители или одного (внутреннего) или другого (внешнего) компонентов.

Что здесь можно сказать? Таких фактов очень немного. Большинство известных так называемых классических химер совершенно не дают семян, они стерильны.

Гильдебранду удалось в 1904 г. получить у С. Adami два плодика и в дальнейшие годы ещё несколько плодиков. Плоды имели всего по одному семечку. Сеянцы этих плодов в раннем периоде по цвету зелени и по числу долей листа (молодых листьев) напоминали С. Ada-mi, во взрослом состоянии они приближались к С. laburnum (Hildebrand, 1908). Следующий известный нам случай получения семенных потомств— у химер Винклера. Из пяти основных типов семена дали только три; S. tubingense и S. Gaertnerianum дали сеянцы, не отличимые от паслёна; S. proteus дал потомство томатного типа.

Остановимся несколько подробнее на характеристике плодоношения химерных растений Винклера.

Напомним, что растения S. tubingense вообще мало чем отличались от паслёна, за исключением более грубого опушения, что характерно для томата. При таком преобладании признаков одного из компонентов трудно было и ожидать заметных изменений плодов, хотя и в этом случае, как пишет Винклер, образовалось значительное количество партенокарпических плодов.

Здесь необходимо принять во внимание ещё и то, что химерным растениям свойственно давать адвентивные побеги, сходные по внешним морфологическим признакам или с чистым паслёном или томатом. Это наблюдалось и в наших опытах. В своей работе Винклер (1910) не указывает, с химерных или с адвентивных побегов получено семенное потомство. Если для этой цели брались плоды с побегов паслёнового типа, то. наиболее вероятно, что таким же должно быть и семенное потомство.

У S. Gaertnerianum цветение было нормальным, но цветки опадали, и только в конце лета изредка завязывались плоды. Они были гораздо крупнее паслёновых и окраску имели сине-фиолетовую, но при переходе от зелёной (незрелые плоды) к фиолетовой (полное созревание) проходили стадию жёлтой окраски, чего не бывает у паслёна и что характерно для томатов. Плоды опытного растения отличались от паслёна также сильно развитой плацентой и многокамерностью.

Склонность к увеличению камерности отсутствует у паслёна и, наоборот, характерна для томата. Семена полученных плодов легко и быстро прорастают, что является характерным для томата, но не для паслёна. Семена паслёна прорастают медленно, и для ускорения их прорастания часто необходимо прибегать к механическому повреждению семенных оболочек.

Рис. 69. Характер изменчивости эпидермиса у химер (по Кренке).

Плоды S. proteus ближе к томатным, имеют красную окраску, НО в 2–3 раза меньше. Кроме того, во многих клетках мякоти образовывался темносиний пигмент, отсутствующий у томата. Эпидермис плода также имел фиолетовые полосы и точки. Семена сходны с томатными, но гораздо мельче.

Аналогичная картина изменчивости наблюдалась у плодов S. Darwinianum, которых было получено много. Они имели красную с синим оттенком окраску, по величине же лишь немного крупнее паслёна. Плоды опадали до наступления полного созревания, и окраска доходила у них в лёжке. По внутреннему строению они напоминали больше томат, чем паслён. Семена во всех плодах оказались нежизнеспособными, и о семенных потомствах здесь вообще ничего нельзя сказать.

Растение S. Koelreuterianum также обильно цвело, но ни одного плода за все годы не дало. Между тем, согласно описанию, эта форма является монохламидной переклинальной химерой, т. е. субэпидермальный слой её состоит из чисто томатных клеток, и теоретически она должна была бы дать чистое томатное потомство.

Таким образом, приведённая (по Винклеру) характеристика плодоношения липший раз подтверждает наличие глубоких взаимовлияний между разными видами тканей, что сказывается на степени плодовитости растений (вплоть до полной стерильности), на окраске плодов (сочетание красной и синей окраски в пределах плода), на камерности (появление у S. Gaertnerianum многокамерных плодов), на периоде покоя у семян и т. д.

Появление в семенных потомствах S. tubingense и S. Gaertnerianum сеянцев паслёнового типа и S. proteus томатного типа мы объясняем явлением избирательности, присущим всему живому. Попытаемся кратко разъяснить этот тезис.

Межвидовые вегетативные гибриды в своём поведении во многом аналогичны межвидовым половым гибридам. Для обеих этих групп характерны: затруднённая скрещиваемость, стерильность, нарушение хромосомного баланса в соматических клетках, а также аномалии в мейозисе. Всё это наблюдалось и в опытах Винклера. Особенно примечательны факты бесплодия и партенокарпии. Все эти явления вызваны единственным фактором, а именно прививкой, в результате которой получились растения со смешанной наследственностью. При условии преобладания влияния тканей определённого компонента получается и соответственно уклонившееся потомство, для сохранения генетической нормы которого сома данного компонента обеспечивает всем, что характеризует вид. В свою очередь, зародышевые клетки при их формировании в силу избирательности, обусловленной видовой спецификой, используют далеко не весь тот строительный материал, который производит организм с новой, не установившейся ещё наследственностью.

Такого рода избирательность и обеспечивает для потомства специфику преобладающего компонента, его норму, в каждом конкретном случае, или паслёновую или томатную.

Рис. 70. Прививка S. nigrum на томат Жёлтый Мичурина. Растение декапитировано. На месте среза пошли побеги паслёновые, томатные и промежуточные.

При равновеликой силе воздействия тканей, в случае большой отдалённости привитых компонентов, одновременно реализоваться обе возможности развития не могут, в результате получается полная стерильность цветков (S. Koelreuterianum) или нежизнеспособность семян (S. Darwinianum).

Вот вкратце наше объяснение поведения семенных потомств химер, а по существу, межродовых вегетативных гибридов, полученных Винклером.

Экспериментальные данные

В свете изложенного материала представляют интерес наши опыты, выполненные по методике Винклера и на тех же объектах.

Весной 1946 г. были высеяны семена томата сортов Жёлтый Мичурина и Альбино, а также чёрного паслёна. 12 мая произведены прививки. На томатные подвои были привиты растения чёрного паслёна. К этому времени подвои имели по 7 и привой по 5 настоящих листьев. Привитые растения помещались во влажные камеры, с целью создания оптимальных условий для сращивания. Через 12–14 дней на месте прививки привитые растения были срезаны, и на подвое оставался только сросшийся маленький клинышек чёрного паслёна. После этой операции все пазушные почки на подвое систематически удалялись. Таких прививок было сделано 35. У большинства из каллюса развился чистый паслён, пять же прививок дали изменения. Особенно резкие изменения получены в прививках № 77 и 146. Подвоем первой служил Жёлтый Мичурина и второй — Альбино. К концу июня вид их напоминал разросшуюся густую зелёную шапку, состоящую из многочисленных побегов на месте среза. На. рисунке 70 представлено данное растение (№ 77) в раннем периоде.

Рис. 71. Прививка S. nigrum на томат Жёлтый Мичурина (№ 77). Справа — паслёновый побег; слева — промежуточный побег; в центре — томатный побег (фото 28 августа).

Рис. 72. Деталь к фото 71. На снимке неотделенный промежуточный побег 77/0 прививки № 77. Цветы опали в стадии бутонов. Побег прекратил рост к 10 сентября 1946 г. (фото 20 августа).

В июле побеги опытного растения № 77 были отчеренкованы и отсажены для укоренения; таких побегов получено 9, в дальнейшем они обозначены: 77/1, 77/2, 77/3, 77/4, 77/5, 77/6, 77/7, 77/8, 77/9.

Со второй прививки (№ 146) были удалены паслёновые побеги на подвое и оставлены две резко изменившие свой облик ветви. К концу осени растения имели следующий вид.

Растение № 77 (материнское) имело 4 побега. Один томатный, два паслёновых и один химерный (№ 77/0) с лодочкообразными листьями, некоторые участки которых напоминали лист паслёна, другие походили на лист томата. Все побеги развились высотой до 50 см, химерный же, достигнув 20 см (рис. 71) и не дав плодов, К концу сентября погиб. Остальные побеги плодоносили.

Растение № 77/1 представляло собой чисто томатный тип, по габитусу напоминающий контроль Жёлтый Мичурина (рис. 73); листья у него темнозелёные, гофрированные. В начале сентября появилось много бутонов, которые осыпались, не раскрывшись.

Рис. 73. Отделённый томатный побег 77/1 прививки № 77 (фото 20 августа).

Рис. 74. Отделённый промежуточный побег 77/2 прививки № 77, у основания растения выщепились два паслёновых побега (фото 20 августа).

Рис. 75. Побеги 77/3 прививки № 77. Справа — паслёновый побег; слева — два промежуточных побега (77/3I и 77/3II).

Рис. 76. Тип плодоношения паслёнового побега растений 77/3 (фото 13 сентября).

Рис. 77. Отделённый паслёновый побег 77/5 прививки № 77 (фото 20 августа).

Рис. 78. Верхний ряд слева — лист S. nigrum, справа — верхняя доля листа томата Жёлтый Мичурина. Нижний ряд ( слева направо ) — доли листьев растений: 77/2, 77/1, 77/0, 77/3I.

Рис. 79. Прививка S. nigrum на томат Альбино (№ 146). Растение декапитировано. На месте среза пошли побеги паслёновые (7, 2, 3) и промежуточный (4) (фото 20 августа).

Рис. 80. Листья и доли контрольных растений и прививки № 146. Верхний ряд: слева — S. nigrum, справа — Альбино (доля листа). Нижний ряд ( слева направо ) — различный тип листьев промежуточного побега (4).

Растение № 77/2 имело основной центральный побег томатного типа высотой в 64 см (рис. 74). Листья гладкие, яркозелёные, с глянцевой поверхностью. Растение цвело, но плодов не дало. Лепестки цветков крупные, томатного типа, но белые (у томата лепестки крупные жёлтые, у паслёна мелкие белые). Характерной особенностью этого растения являлось ещё то, что все нижние листья, начиная с августа, желтели и отмирали, зелёной оставалась только небольшая верхушечная часть, которая, вырастая, повторяла то же явление (опадение нижних листьев). У основания растения было два плодоносящих побега паслёнового типа длиной в 30 и 34 см и один небольшой томатный побег.

Растение № 77/3 имело центральную плодоносящую ветку паслёнового типа высотой в 37 см. Отдельные плоды на ней были укрупнёнными и расположены были не в виде кисти, как обычно бывает у паслёна, а на одной утолщённой плодоножке. Два других побега (77/3I и 77/3II изменённого томатного типа высотой в 14 см имели гладкие мелкие, светлозелёные листья (рис. 75 и 76).

Растения № 77/4, 77/5, 77/6, 77/7, 77/8, 77/9—паслёнового типа, плодоносящие. На рисунке 77 изображено растение 77/5, типичное для всей этой группы.

Представление о форме листовой пластинки контрольных и опытных растений можно получить по рисунку 78.

Растение № 146, как упоминалось, — результат прививки чёрного паслёна на томат Альбино (рис. 79, 80, 81). После декапитации и получения новых побегов из каллюса, на растении было оставлено три чисто паслёновых побега и один промежуточный (химерный), разветвлённый. Промежуточный побег бутонизировал, цвёл и даже слабо плодоносил. Лепестки цветков белые, крупные, широкие. Известно, что паслён имеет пять лепестков. Химерный побег имел цветки 5, 6, 7- и 8-лепестковые (рис. 82).

В середине и конце октября с химерного побега получено 2 плодика (рис. 83): один — весом в 2 г, семикамерный, ребристый, второй — гладкий, пятикамерный, весом в 900 мг. Оба плодика чёрно-фиолетового цвета с белыми просветами у основания (рис. 84). Мякоть мозаичная: в центре плодика жёлтая, как у Альбино, внутри камер — фиолетовая и зелёная, как у паслёна; большой плод дал 14 и меньший — 6 мелких неполноценных семян. Оболочки семян (по строению паслёновые) имели жёлтые, зелёные и фиолетовые пятна.

Рис. 81. Деталь к прививке № 146. Побег из каллюса — паслёновый, нижние листья — промежуточные (фото 20 августа).

Рис. 82. Деталь к прививке № 146. Промежуточный побег, цветы которого имеют разное количество лепестков (5, 6 и 8) (фото 20 августа).

Рис. 83. Плоды контрольных растений и прививки № 146. Слева направо ; плоды томата Альбино (1), S. nigrum (2) и прививки (3 и 4) (фото 28 октября).

С целью выявления различий в строении органов, тканей и клеток между исходными контрольными растениями и полученными от них изменёнными формами, были проведены соответствующие анализы.

Микроморфологический анализ

Чтобы установить степень изменчивости тканей исходных растений, вошедших в состав полученных вегетативных гибридов, необходимо было выяснить разницу в морфологических признаках у чистых форм растений.

С этой целью микроскопическому анализу были подвергнуты паслён и томаты (Жёлтый Мичурина и Альбино), а затем происшедшие от прививок между этими формами опытные растения. С помощью бинокуляра было установлено, что томат и паслён отличаются в строении эпидермиса листьев. Особое внимание обращено на строение устьиц и волосков, так как форма и строение их принадлежат к числу важнейших анатомических признаков, которыми пользуются систематики. Остановимся на анализе этих признаков. На рисунке 85 представлены для сравнения клетки верхнего эпидермиса листьев, устьица и волоски. Зарисовка сделана в одинаковом масштабе, за исключением длинных волосков, которые уменьшены вдвое. Сравнивая отдельные детали рисунка (1— томат и 2 — паслён), мы видим, что основное различие заключается в неодинаковом строении волосков. Паслён имеет длинные волоски с круглой одноклеточной головкой, у томата же остроконечные волоски. По форме длинных волосков всегда можно определить принадлежность эпидермиса к тому или другому виду растения.

Рис. 84. Кожица плодов контрольных и подопытных растений: I — томат Альбино; II — S. nigrum; III — растения № 146 (слева клетки без антоциана, справа — окрашенные). Верхний ряд — детали строения клеток кожицы плодов.

Кроме длинных волосков листья паслёна и томата несут ещё короткие волоски. У томата короткие волоски имеют прямостоячую ножку. Головка, состоящая из четырёх крупных клеток, сидит на маленькой клетке в виде обшлага (рис. 85, 7). У паслёна короткие волоски имеют изогнутые ножки, в результате чего получается вид поникших волосков. Головка всегда двухъярусная, причём верхний ярус её состоит из четырёх узких клеток.

Следует отметить, что на краях листьев у паслёна и томата короткие-волоски бывают одинаковой формы (такие, как у томата), на поверхности же листа они различны, как выше описано. Заметим, что у томата длинные волоски находятся главным образом на жилках и немного по всей поверхности листа, в то время как короткие волоски густо покрывают весь лист (рис. 86, I). У паслёна длинные волоски распределены равномерно по всей пластинке листа, короткие же сосредоточены на жилках (рис. 86, II).

Рис. 85. Строение верхнего покрова листьев контрольных и подопытных растений, полученных из каллюса (клетки эпидермиса, устьица и волоски): 1 — томат Жёлтый Мичурина; 2 — S. nigrum; 3 — промежуточный побег 77/0; 4 — растение 77/2; 5 — первый побег растения 77/3I; 6 — второй побег растения 77/3II.

Рис. 86. Тип и расположение волосков на верхнем покрове листьев контрольных и подопытных растений: I — томат Жёлтый Мичурина; II — Solatium nigrum; III — растение 77/2; IV — растение 77/3I.

Клетки верхнего эпидермиса листа у исходных видов также различаются: у томата они более округлы с извилистыми стенками (рис. 87, 7), у паслёна стенки клеток настолько глубоко извилисты, что имеют вид лопастных клеток (рис. 87, 2).

Форма устьиц у томата иная, чем у паслёна.

Устьица томата (Жёлтый Мичурина) крупнее и имеют на стыке замыкающих клеток выступы, у паслёна они меньшего размера и гладкоокруглые.

По данным признакам сравнивались опытные растения с чистыми видами. С помощью бинокулярного микроскопа легко было установить, что все три изменённые растения прививки № 77 имели паслёновый эпидермис, так как длинные волоски у них были головчатыми, как у паслёна.

Цитологический анализ корешков, которые, как известно, происходят из внутренних тканей, показал, что они состоят из томатных клеток. На этом основании мы считаем, что опытные растения имели паслёновый покров и внутреннюю часть, принадлежащую томату. Анализ тканей в конусе нарастания побегов и подсчёт числа хромосом в их клетках также подтвердили это предположение. Дальнейшее исследование, однако, показало, что эпидермис у изменённых (химерных) растений сильно отличается от исходного паслёнового. Рассмотрим его особенности у каждого опытного варианта в отдельности.

У растения № 77/0, претерпевшего значительные изменения в форме листьев, волоски (длинные и короткие) по строению и расположению напоминали паслёновый тип (рис. 85, 3). Резкое изменение получилось в размере и форме эпидермальных клеток. Оказалось, что они уменьшились в 5–6 раз по сравнению с паслёновыми клетками (рис. 85, 3 и 2), и оболочки их стали менее извилистыми, Изменились также устьица. Наряду с нормальными встречались чрезвычайно мелкие устьица. Некоторые из них были промежуточной формы между томатом и паслёном, т. е. имели небольшие выступы на местах соединения замыкающих клеток. Большинство же устьиц имело паслёновую форму.

Томатное растение № 77/1 по строению клеток эпидермиса, волосков, устьиц и других признаков ничем не отличалось от томата Жёлтый Мичурина (контроль). Здесь следует напомнить, что данное растение хорошо бутонизировало, но плодов не образовало.

У растения № 77/2 волоски и устьица по форме и расположению были подобны паслёновым (рис. 85, 4, и 86, III), и только клетки эпидермиса обладали меньшей извилистостью оболочек и не имели лопастей, характерных для паслёна (рис. 87, 5). Возможно, что такое нормальное строение паслёнового покрова объясняется гармоничной слаженностью тканей обоих компонентов, на что указывает и правильная форма листьев.

Наибольшей изменчивостью в строении покрова отличались листья побегов № 77/3I и 77/3II. Основное отличие заключалось в форме волосков: длинные волоски были такие как у паслёна, с одноклеточной головкой, но наблюдались волоски, у которых головка состояла из двух клеток (рис. 85, 5 и б). Ещё большая изменчивость была замечена у коротких волосков. Наряду с обычными паслёновыми двухъярусными волосками, появились волоски с трёхъярусными головками, и самое интересное, что у листьев побега № 77/3I наряду с паслёновыми волосками, были прямостоячие волоски томатного строения, с крупной четырёхклеточной головкой, и располагались они не на жилках, как у паслёна, а на эпидермисе покрывающем мезофилл листа, Что свойственно томатному покрову (рис. 86, IV). Этот факт также свидетельствует о том, что покровная ткань паслёна, изменившись в сторону внутренних тканей томата, дала образования (волоски), свойственные чужой ткани.

Рис. 87. Клетки эпидермиса и устьица листьев: 1 — Жёлтый Мичурина; 2 — S. nigrum; 3 и 4 — побег 77/0; 5 — побег 77/2; 6 — побег 77/3I

В связи с тем что у химерных растений на листьях наблюдалось большое варьирование величины устьиц, были произведены измерения их длины. Данные приведены в таблице 74. У каждого растения измерялось по 100 устьиц на листьях, закончивших рост.

Таблица 74. Величина устьиц верхнего эпидермиса листьев (в μ)

Оказалось, что наибольшими устьицами обладает томат Жёлтый Мичурина. У чёрного паслёна устьица достоверно меньшего размера. Подопытные растения имели устьица или меньше, чем у паслёна (растение № 77/2 и 77/3I), или такой же величины (растение 77/0).

Сопоставление густоты расположения устьиц у подопытных растений на верхнем покрове листа дало картину, весьма отличную от исходных видов (табл. 75). Из таблицы видно, что при наибольшем изменении строения листьев, которое выявилось у растений № 77/0 и 77/3I в сильной их деформации и в уменьшении размеров эпидермальных клеток, число устьиц на единицу площади увеличилось более чем в два раза. у растения № 77/2, где ткани развивались гармонично, нет больших отклонений от исходного вида эпидермиса, и количество устьиц почти не изменилось.

Таблица 75. Густота расположения устьиц в поле зрения микроскопа

Чтобы понять, чем определяется ненормальное строение листьев у химер, необходимо было исследовать их анатомическое строение. Мы остановились на таких признаках, как толщина листа, развитие губчатой и палисадной ткани. Строение листьев в поперечном сечении изображено на рисунке 88. Из рисунка видно, что лист у паслёна тоньше, чем у томата. Зависит это от разного развития губчатой и палисадной тканей. Палисада паслёнового листа, состоящая, как и палисада томатного листа, из одного слоя клеток, имеет более крупные клетки, поэтому вся ткань сильнее развита. Губчатая же ткань, наоборот, сильнее развита у томата (рис. 88, 1 и 2).

Анализ строения листьев побега № 77/0 показал гибридную структуру их в пределах одной ткани (рис. 88, 3). Толстая часть листа при большом укрупнении клеток палисады имела более сильное развитие губчатой ткани, что вполне соответствует листу томата; правая, тонкая, часть листа имела приблизительно одинаковое развитие тканей и в некоторых местах значительное увеличение клеток палисады, что соответствует паслёну. У опытных растений № 77/ЗI 77,2 и 77/3II форма и строение мезофилла листьев — томатные, хотя на некоторых из них заметно сказывается влияние паслёнового эпидермиса (рис. 88, 4, 5 и 6). Неотделённые от каллюса побеги чистых видов паслёна и томата имели строение, подобное исходным формам (рис. 88, 7 и 8).

Соотношения губчатой и палисадной тканей, представленные в таблице 76, подтверждают анатомические данные. Сопоставляя отношения, выражающие толщину палисады и губчатой ткани, мы можем определить принадлежность листа или его участка к исходному виду и степень влияния паслёнового эпидермиса.

Если паслёновый покров оказывает влияние на томатный мезофилл, то в ещё большей степени палисадная и губчатая ткани сказываются на строении паслёнового эпидермиса. Особенно это ярко отразилось на эпидермисе растения № 77/0. Как видно из рисунка (87,3 и 4), здесь сильно отличаются по величине и форме устьица и клетки эпидермиса. Эти различия в пределах листа, очевидно, зависят от того, на какой внутренней ткани развивался паслёновый эпидермис.

Несколько слов о прививке № 146. Несмотря на значительные макроморфологические изменения у данной прививки (Альбино/ паслён), микроанализ не обнаружил чего-либо принципиально нового, отличного от побегов первой прививки. Цитологический анализ тканей конуса нарастания побегов показал, что два наружных слоя клеток принадлежат паслёну, внутренние же ткани, как и у предыдущих опытных растений, являются томатными, но с увеличенным числом хромосом (2 n = 48). Эпидермис листьев имел те же отличия, что и прививка № 77/0. Количество устьиц в поле зрения микроскопа резко отличалось в сторону увеличения их. На единицу площади приходилось: у томата —19 устьиц, у паслёна 32, у опытного растения 61.

Рис. 88. Строение пластинки листа: 1 — паслён; 2 — томат Жёлтый Мичурина; 3 — лист растения 77/0, слева — толстый участок томатного строения, справа — тонкий — паслёновый; 4 — лист растения 77/2, имеет нормальное строение томатного типа; 5 и 6 — участки листа растения 77/3, 7 — лист паслёнового растения из каллюса; 8 — лист томатного растения из каллюса.

Таблица 76. Толщина листа и его тканей (среднее из 25 измерений в μ)

Большой интерес представляли плоды растения № 146. Как уже упоминалось, по форме первый плод был похож на плод томата, второй — на плод паслёна. По окраске они были чёрно-фиолетовыми, как паслён. Правда, при внимательном осмотре возле плодоножки было заметно, что через кожицу просвечивает светлая мякоть. При поперечном разрезе плодов оказалось, что ткань стенок камер имела зелёную и фиолетовую окраску, т. е. содержала антоциан паслёна, сердцевина же плода и некоторые участки камер состояли из светложёлтой мякоти, характерной для плодов Альбино. Строение кожицы плодов растения № 146 было таким же, как у чёрного паслёна, но отсутствовал антоциан в клетках кожицы на тех участках плода, под которыми расположена мякоть, принадлежащая Альбино. Таким образом, паслёновый покров под влиянием мякоти Альбино частично утерял свой антоциан.

Цитологические исследования

Цитологически были исследованы обе комбинации прививок Жёлтый Мичурина/чёрный паслён и Альбино/чёрный паслён.

По обеим прививкам исследовались соматическое и редукционное деления. Одновременно были исследованы также исходные контрольные формы. Чёрный паслён давал в большинстве случаев 72-хромосомные пластинки (рис. 91, 7), хотя изредка (при осенней фиксации) встречались клетки с уменьшенным числом хромосом (65–69) или с хромосомным комплексом лишь частично окрашенным. В томатах, независимо от сроков фиксации, отклонений от нормы (24 хромосомы) не наблюдалось.

Среди отчеренкованных из каллюса побегов исследовались побеги всех типов: томатного, паслёнового и промежуточного (химерного), Побег томатного типа № 77/1 из каллюса растения № 77 имел в большинстве своих клеток 24 хромосомы, несколько укороченные и уплотнённые по сравнению с родительскими. Часто здесь встречались клетки и с нетипичным числом хромосом (рис. 89, 2 и 3).

Химерное растение № 77/2 по числу хромосом в корешках не показало отличий от родителя — томата. Это подтверждает, что его внутренний компонент принадлежал томату.

Растение № 73/3 имело в корешках 48 хромосом (рис. 90), но один корешок имел около 70 хромосом. Фиксация корешков данного растения производилась два раза: 12 августа и 10 октября. В соматических пластинках, зафиксированных в первый раз, хромосомы производили впечатление чисто томатных, во вторую фиксацию хромосомы заметно укоротились и как бы уплотнились.

Чисто паслёновые побеги из каллюса прививок № 77 и 146 имели при летней (первой) фиксации метафазные пластинки типа паслёна. Другая картина наблюдалась при фиксации в холодные дни (вторая фиксация). В этом случае нормальных пластинок, содержащих 72 интенсивно окрашенные хромосомы, было меньшинство, в большей части пластинок присутствовали и окрашенные и бесцветные хромосомы. Наконец, так же, как и в чистом паслёне, в некоторых клетках наблюдались только хорошо окрашенные хромосомы, но в меньшем против нормы числе.

Рис. 89. Соматические хромосомы: 1 — S. nigrum — контроль, 72 хромосомы; 2 — томатный побег из каллюса прививки 77/1, 23 хромосомы; 3 — томатный побег из каллюса прививки 77/1, 17 хромосом.

Рис. 90. Соматические хромосомы растения 77/3 (48 укороченных и утолщённых хромосом).

Ещё реже нормальные паслёновые пластинки удавалось наблюдать при осенних фиксациях в паслёновых побегах, выщепившихся из изменённых (химерных) растений. Цитологически были исследованы два таких выщепенца из растений № 77/2 (рис. 91) и 146 (рис. 92). Один из них дал около 15 % пластинок с 72 нормально красящимися хромосомами, другой — всего 1, 67 %. Основная масса исследованных пластинок у этих выщепенцев состояла из клеток, где часть хромосом оставалась слабо окрашенной или совсем неокрашенной. Ниже приводится таблица 77, содержащая данные сравнительного анализа метафазных пластинок чистого паслёна, побега из каллюса и двух паслёновых побегов из изменённых растений. Если в чистом паслёне нормальных пластинок с 72 хромосомами было 73,77 %, то в паслёновом побеге из каллюса их было 30 %, а в паслёновых выщепенцах число их падает до 15,15 и 1,67 %. В полученных из каллюса паслёновых, томатных и промежуточных (химерных) побегах исследовалось также редукционное деление.

Рис. 91. Метафазные пластинки в корешках выщепенцев из растения 77/2 (прививка Solarium nigrum на Жёлтый Мичурина): 1  — 63 хромосомы; 2 — 60 утолщённых, укороченных хромосом; 3 — 34 окрашенные хромосомы, остальные неокрашенные или слабо окрашенные.

Таблица 77. Сравнительный анализ метафазных пластинок Solanum nigrum и его прививок с томатом (осенняя фиксация)

Во всех растениях типа паслёна и типа томата, наряду с нормальным редукционным делением, наблюдались многочисленные картины, свидетельствующие о расстройстве его механизма. Резче всего последствия ненормально прошедших мейотических делений видны на стадии тетрад. Здесь встречаются материнские клетки с тремя вместо четырёх ядер, с ядрами неодинаковой величины, с одним или несколькими микроядрами, с одним гигантским ядром и т. д. Дефективные тетрадные клетки не разъединяются при лёгком нажатии на покровное стекло, как это бывает при нормальных тетрадах, а остаются соединёнными, составляя как бы плотную ткань. Это напоминает молодую археспориальную ткань до начала редукционного деления с тем различием, что клетки дефективных тетрад содержат лишь по небольшому комочку съёжившейся плазмы. Весь вид этих тетрадных клеток представляет картину явной дегенерации. Некоторые клетки, кроме четырёх ядер, содержат отдельные хромосомы, оставшиеся не включёнными в ядра и затерявшиеся в плазме. Широко распространено на этой стадии также слияние ядер, о котором говорит ряд переходных картин. Вначале два ядра близко соприкасаются, затем на месте соприкосновения их ядерная оболочка растворяется. Общее крупное ядро имеет овальную или почковидную форму и два ядрышка, которые после сливаются в одно, и ядро постепенно приобретает нормальную округлую форму. Многие пыльники и целые цветки содержат сплошь дегенеративную пустую пыльцу со смятыми сморщенными оболочками. В других цветках наблюдалось и более нормальное редукционное деление с экваториальными пластинками, содержащими нормальное число хромосом, и с нормальными тетрадами и пыльцой.

Эта разная степень мейотической неустойчивости в отдельных цветках безусловно связана с тем, что растения, в результате прививки выйдя из состояния относительного равновесия, становятся особенно чувствительными ко всем изменениям внешней среды и реагируют на них более резко, чем растения, находящиеся в устойчивом состоянии. Условия питания, складывающиеся по-разному в различных цветках одного и того же растения, могут вызвать разную степень расстройства мейозиса в организмах с нарушенной инерцией наследственности.

Характерной чертой редукционного деления в клетках подопытных растений является независимое друг от друга поведение отдельных материнских клеток пыльцы, выражающееся в нарушении синхронности при прохождении стадий деления, что, очевидно, должно обусловить и большее разнообразие будущих гамет, а следовательно, и большее разнообразие семенного потомства.

Рис. 92. Растение № 146 (прививка S. nigrum на Альбино черенок, давший промежуточный плод). Клетка имеет 68 окрашенных и 4 слабо-окрашенных хромосомы.

Во всех случаях, когда редукционное деление идёт с большими нарушениями, резко изменяется отношение материнских клеток к употребляемым фиксаторам и окраскам. Обработка уксуснокислым кармином, дающая у контрольных растений прекрасную диференциальную окраску ядра и плазмы, в описываемых случаях резкого расстройства редукционного деления давала сплошное густо розовое окрашивание, зачастую не позволяющее даже определить стадию деления. Вероятно, отдалённые прививки сопровождаются глубоким изменением химизма клетки, что проявляется совершенно иным отношением её к фиксирующим и окрашивающим реактивам.

Характерной особенностью молодых пыльцевых зёрен у растений, полученных из каллюса отдалённой прививки, является также то, что они долгое время спустя после расшнурования плазмы на четыре клетки остаются соединенными в четверки, так что пыльца имеет вид тетрад, хотя каждое пыльцевое зерно уже покрыто собственной оболочкой и имеет нормальную величину. Все эти черты резко отличают характер редукционного деления у растений, выросших из каллюса, от обоих исходных чистых видов.

В соответствии с описанными проявлениями расстройства механизма мейозиса находится и качество зрелой пыльцы. Лучшим показателем зародышевой или мейотической неустойчивости служит процентное соотношение нормальных и абортивных пыльцевых зёрен. Вычислялось оно на основании данных подсчёта тех и других в нескольких полях зрения микроскопа, взятых из разных мест препарата. Число сосчитанных таким образом пыльцевых зёрен было 200–300. В таблице 78 показан процент хорошей пыльцы у отдельных растений, выращенных из прививочного каллюса.

Приведённые данные характеризуют не растение в целом, а только отдельные цветки, между которыми (на одном и том же растении) по проценту жизнеспособной пыльцы могут существовать большие колебания.

Ту же картину аномалий в прохождении редукционного деления материнских клеток на разных этапах его представляют побеги чистых видов (паслёна и томата), выщепившихся на изменённых растениях. Общее количество пыльцы у выщепенцев по сравнению с побегами из каллюса уменьшено. Очевидно, большое количество пыльцевых зёрен отмирает в период первого и второго редукционных делений. Процент абортивной пыльцы по отдельным цветкам сильно варьирует (в большинстве цветков он колеблется от 35 до 60), но есть пыльники почти полностью с нормальной пыльцой и пыльники и целые цветки, сплошь занятые дегенерирующей деформированной пыльцой или уже одними смятыми пустыми оболочками.

Таблица 78. Характеристика пыльцы у подопытных (полученных из каллюса) и контрольных растений

В таблице 79 показан процент хорошей пыльцы в цветах томатных и паслёновых побегов, выщепившихся на опытных (изменённых) растениях.

Исходные виды, пыльца которых исследовалась в качестве контроля, в то же время дали по отдельным определениям; томат — 90–95 % нормальной пыльцы, а паслён —82–89 %. Чтобы сравнить изменчивость пыльцевых зёрен по величине у чистых исходных видов и у побегов выщепенцев соответствующего вида, было проведено измерение жизнеспособных пыльцевых зёрен у томатного и паслёнового выщепенцев на химерном растении № 77/2 и у соответствующего контроля. Измерения были сделаны окулярной линейкой при объективе 23 и окуляре 10.

У контрольного томата 96 % пыльцевых зёрен имели размер в 4 деления окулярной линейки, т. е. пыльца была почти абсолютно однородной. У томатного побега на химере в этот класс попало только 46 %, остальные 54 % пришлись в классы 3 и 3,5 деления, что указывает на значительно большую изменчивость размеров пыльцевых зёрен. То же самое наблюдалось и при сравнении паслёнового побега, выщепившегося на подопытном растении. Модальным классом для паслёна является 4,5 деления. У контроля в этот класс попадает 83 % всех измеренных пыльцевых зёрен, у выщепенца — 65 %.

При сравнении между собой контроля исходных форм видим, что пыльца томата более однородна, а пыльца паслёна более изменчива по величине. При сравнении между собой обоих выщепенцев находим, что паслёновый выщепенец дал менее изменчивую пыльцу, чем томатный. В связи с этим необходимо упомянуть, что вообще при прививках паслёна с томатом паслён сохраняет большую стойкость. Несмотря на высокий процент абортивной пыльцы, он всё же плодоносил, тогда как томат в этой комбинации оказался полностью стерильным.

Таблица 79. Характеристика пыльцы выщепенцев на изменённых растениях

Наиболее глубокие нарушения редукционного деления были найдены при исследовании химерных растений (№ 146 и 77/2). Большая часть их пыльников содержала массу дегенеративной отмирающей пыльцы и пустых смятых оболочек от пыльцевых зёрен. На более молодых стадиях резко изменена способность клеток окрашиваться: из пыльников выдавливаются (при приготовлении препарата) вместо разъединённых, хорошо окрашенных уксуснокислым кармином, клеток сплошные тяжи дегенерирующей археспориальной ткани, где плотно соединённые друг с другом клетки окрашены в несвойственный нормальным материнским клеткам розово-коричневый цвет. На стадии тетрад можно различить единичные более или менее нормальные клетки, ибо. основную массу содержимого пыльника составляют клетки, находящиеся на разных ступенях деформации и отмирания. На высших ступенях дегенерации в пыльцевых мешках уже нельзя определить стадию редукционного деления. На препаратах, окрашенных уксуснокислым кармином, видны жёлтые скопления сморщенных клеток или дегенерирующая кашеобразная масса, где невозможно различить даже отдельных клеток. Подсчёт нормальных и абортивных пыльцевых зёрен у растения № 146 показал, что жизнеспособных было только 3 %. В это же время контрольные растения паслёна имели 90 % и томата около 95 % нормальной пыльцы (рис. 93). Заметим, что в 1947 г. нами были повторены прививки с целью получения химерных растений между томатом и паслёном, Из 36 произведённых прививок 11 дали изменения в строении листьев и в окраске плодов. Особый интерес представляет группа растений от прививки Solanum nigrum на томат Фикарацци. Эти растения дали плоды с промежуточной красно-фиолетовой окраской кожицы и мякоти. Получены в достаточном количестве и семена, резко отличающиеся от семян томата и паслёна. Семена чрезвычайно мелкие, но хорошо выполненные.

Рис. 93. Пыльцевые зёрна: 1 — томат, контроль; 2 — S. nigrum, контроль; 3 — паслёновый побег из прививочного каллюса растения № 77; 4 — химерный побег растения № 146: зёрна почти все абортивные.

Рис. 94. Вверху слева — плод томата Фикарацци, справа — ветка с плодами Sol. nigrum. Внизу плоды двух растений от прививки Sol. nigrum на Фикарацци (с промежуточной окраской).

Цветное фото (рис. 94) даёт представление о характере окраски плодов контрольных компонентов и прививок.

Выводы

1. Утверждения генетиков-морганистов о невозможности направленного изменения наследственности организмов под влиянием условий жизни и вытекающие отсюда утверждения о невозможности вегетативной гибридизации не соответствуют истине.

2. Стремление истолковать неопровержимые факты получения вегетативных гибридов, как случаи организмов — химер, где автономно сожительствуют ткани разных видов, не влияющих друг на друга, не подтверждено фактическими данными.

3. Отсутствуют доказательства не только у тех исследователей, которые занимались анализом «классических химер» (С. Adami, Crataego-mespilus Pyro-cydonia и др.), но характерно, что и такой исследователь, как Винклер, в течение сорока лет стремившийся получить гибриды слияния (бурдоны), не получил таковых, и все его химеры фактически оказались межродовыми вегетативными гибридами.

Вегетативные гибриды между томатом и паслёном, полученные нами по методике Винклера, показали, что для прививочных компонентов характерна глубокая перестройка, затрагивающая все признаки растения.

4. В этом отношении существует прямая аналогия между отдалёнными гибридами половыми и вегетативными. Для тех и других характерны частая бесплодность, партенокарпия, преобладание признаков одного из компонентов в случаях фертильности, нарушение хода редукционного деления, сопутствующее явление новообразований (появление новых признаков, несвойственных родительским формам).

5. Хорошо доступный для изучения эпидермис, считающийся наиболее устойчивой тканью, весьма изменчив в прививках, в частности, при развитии тканей паслёна на тканях томата. В наших опытах это выразилось в изменении формы и величины клеток и устьиц, в увеличении числа устьиц на единицу площади листа, в изменении формы волосков, их расположения и пр. Появление на паслёновом покрове волосков томатного типа (растение № 77/3I) свидетельствует об адекватном влиянии тканей томата на эпидермис паслёна.

Для изменённых растений характерно смешанное проявление признаков. Ярким примером такого рода явлений служит растение № 77/0, сочетавшее в пределах одной ткани (палисадной и губчатой) особенности двух прививочных компонентов.

Особый интерес представляет промежуточный (гибридный) характер построения плодов (растение № 146), сочетающих в себе признаки томата и паслёна (разная окраска клеток кожицы и мякоти, камерность, форма семян).

6. Цитологический анализ наших вегетативных гибридов также показал ряд особенностей, сближающих их с половыми гибридами, полученными при отдалённых скрещиваниях. Сюда относятся: а) изменение количества и морфологии хромосом меристемы корешков, б) явление сильной и слабой окраски отдельных хромосом и их частей в одной и той же соматической клетке, в) нарушение процесса редукционного деления.

Изменение количества хромосом в наших опытах наблюдалось у растений № 77/1, 77/3, 146. Заслуживает внимания также явление резкого уплотнения и укорочения хромосом. Если сходные картины при половой гибридизации объясняются взаимовлиянием слившихся клеток, то у наших опытных растений изменение формы хромосом вызывается новыми условиями снабжения клетки пластическими веществами.

7. Разная окраска хромосом в одном и том же ядре — также явление, известное при отдалённой половой гибридизации (Свешникова, 1930). И если вопрос о возможности различения в гибридном ядре материнских и отцовских хромосом на основании их отношения к красящим веществам, на наш взгляд, является недоказанным, всё же факт наличия в гибридной клетке разноокрашенных хромосом не подлежит сомнению. Разное отношение соматических хромосом к окрашиванию (окрашенные и неокрашенные), наблюдавшееся у наших подопытных растений, приобретает особое значение, как ещё одна черта, сближающая вегетативные гибриды с половыми гибридами.

8. Особенно ярко обнаружился параллелизм между цитологическими картинами в случаях вегетативной и половой гибридизации при изучении редукционного деления. Все картины ненормального редукционного деления у прививок, говорящие о расстройстве данного процесса, ничем не отличаются от многократно описанных разными авторами таких же картин у гибридов, полученных при отдалённых скрещиваниях (Вакар, 1934, 1935, 1937; Любимова 1937). Нарушение в ходе редукционного деления у вегетативных гибридов, бесспорно, опровергает представление о прививках как о механическом сожительстве двух, независимых друг от друга компонентов.

9. Таким образом, общность проявления законов наследственности у вегетативных и у половых гибридов находит своё отражение и в поведении их хромосомального аппарата как в соматических, так и в половых клетках.

Изложенный экспериментальный материал свидетельствует о том, что так называемые химеры являются одной из разновидностей гибридов, получаемых путём прививки.