Вегетативная гибридизация

Под гибридизацией понимают получение гибридов (помесей) между организмами, обладающими различной наследственностью. Под вегетативной гибридизацией подразумевают прививку одного растения на другом, при которой часть наследуемых признаков от обоих сохраняется в их семенном потомстве. Далеко не всякая прививка растений ведёт к образованию вегетативных гибридов, наоборот, это случается весьма редко.

Одним из первых натуралистов, обратившим внимание на феномен вегетативной гибридизации, был Ч. Дарвин. Он отметил редкость этого явления, происходящего лишь "при некоторых неизвестных условиях", и добавил, что "вышеприведённые случаи учат нас чрезвычайно важному физиологическому факту: те элементы, которые идут на образование нового существа, вовсе не обязательно находятся в мужских и женских органах. Они могут находиться в клеточной ткани, и состояние их таково, что они могут соединиться без содействия половых органов и дать таким образом начало новой почке, которая принимает признаки обеих родительских форм"[82]. Выражаясь более современным языком, Дарвин считал (на основе примера вегетативной гибридизации), что гены/факторы наследственности находятся не только в хромосомах.

Неоднократно применял прививки растений в своих селекционных опытах И. В. Мичурин. Он разработал общий метод "ментора", когда в крону молодых сеянцев прививались черенки старых сортов. Одним из примеров получившегося таким образом вегетативного гибрида стал сорт грушевидного яблока Ренет бергамотный. Мичурин привил в крону дичка груши глазки сеянца своего сорта Антоновка шестисотграммовая. Плоды привоя дали яблоки, имевшие грушевидную форму. В начале 1940-х гг. сотрудники Мичуринского института скрестили Ренет бергамотный с яблоней (Пепин шафранный). В 1945 году сеянец принёс первые плоды, которые, как и у Мичурина, почти 50 лет назад, имели грушевидную форму. То есть изменённые при прививке признаки были переданы семенному потомству.

Разнообразные вегетативные гибриды были получены в экспериментах 1930-50-х гг. учёными мичуринского направления. На дискуссии по проблемам биологии в 1939 году Т. Д. Лысенко приводил следующий пример: аспирантка ТСХА М. В. Алексеева, привив в 1934 году помидор сорта "пандероза", имеющий обычно крупные круглые плоды, на паслён "дулькамара", получила от привоя (т. е. помидора) семена, которые, будучи высеяны в 1939 году, дали плоды, по форме напоминавшие мелкие продолговатые плоды "дулькамары". Лысенко также приводил примеры изменения цвета, вкуса плодов и других характеристик у вегетативных гибридов. Ряд аналогичных примеров был приведён в книге И. Е. Глущенко "Вегетативная гибридизация" (1948 г.). Например, Райна Георгиева из Болгарского центрального земледельческого института (София), привив желтоплодные томаты на красноплодные, получила в семенном потомстве плоды разнообразной жёлто-красной цветовой гаммы. Сам И. Глущенко получал аналогичные результаты, прививая томаты сорта Фикарацци красного цвета на желтоплодные томаты Золотая королева. В то время, как семенное потомство их половых гибридов было либо жёлтым, либо красным, с менделевским расщеплением 3:1 во втором поколении, плоды от семян привоя имели разнообразный, мозаичный по типу желто-красный цвет. Аналогичные эксперименты ставились и позже, см., например, в Приложении фрагмент из книги П. Ф. Кононкова.

Вегетативная гибридизация получила важное значение в мичуринской биологии. Во-первых, она доставила ещё один пример (кроме преобразования яровых в озимые) направленного изменения наследственности под влиянием изменения условий жизни — прививка, фактически, являлась изменением режима питания у растений. Во-вторых, она подтвердила возможность внехромосомной передачи наследственных свойств/внутренних факторов-генов, поскольку при прививке между растениями происходил обмен только пластическими веществами. И в третьих, она показала неуниверсальность менделевского закона расщепления 3:1 для гибридов второго поколении, так как распределение признаков в семенном потомстве вегетативных гибридов имело мозаичный вид.

Т. Д. Лысенко отмечал, как и биологи до него, что вегетативные гибриды даёт далеко не каждая прививка — для их получения нужно определённое искусство. Он предлагал использовать для получения в семенном потомстве нужных признаков теорию стадийного роста.

Лысенко подчёркивал, что примеры вегетативных гибридов не только подтверждают возможность управления наследственностью растений с помощью изменения их условий жизни (в данном случае питания, обмена пластическими веществами), но и противоречат основным положениям моргановской теории наследственности. Вместе с тем он ошибочно, как отмечал уже Холдейн (и считает современная наука) утверждал, что "любой признак можно передать с помощью вегетативной гибридизации". Холдейн замечал, что это положение Лысенко будет верным, если слово "любой" заменить на "некоторые"[83].

Впрочем, вегетативная гибридизация настолько существенно противоречила доктринам Вейсмана и основным представлениям хромосомной теории наследственности, что советские вейсманисты на дискуссиях по биологии во второй половине 1930-х гг. просто отказывались её признавать (почти единственным исключением здесь был Н. П. Дубинин[84]). Сходной методологии придерживались и их западные единомышленники. Например, Ф. Добжанский выразился по поводу вегетативной гибридизации в том смысле, что проверка подобных сомнительных опытов задержит "прогресс мировой науки"[85]. Впрочем, по утверждениям вейсманистов, проверочные опыты ставились в большом количестве в ГДР и, якобы, не дали положительных результатов[86]. Однако это находилось в противоречии не только с многочисленными экспериментами в СССР, но и с данными совершенно независимых исследователей, например, И. Синото из Токийского университета[87] (см. ниже отрывок из книги К. Линдгрена "Холодная война в биологии"). Признавал возможность вегетативной гибридизации и один из наиболее авторитетных генетиков того времени Дж. Б. С. Холдейн (см. ниже фрагмент из его статьи "О Лысенко и генетике").

Современные эксперименты подтвердили возможность обмена между привоем и подвоем генетическим материалом, содержащимся в пластических веществах[88].

Приложение

Т. Д. Лысенко

Тов. Алексеева — аспирант Овощной станции Тимирязевской сельскохозяйственной академии — как-то осенью нынешнего года зашла ко мне в Академию и рассказала, что у неё на участке есть вегетативные гибриды помидоров, выращенные из семян. Через несколько дней я смог вместе с ней видеть эти растения на поле. Сорт помидоров "пандероза", имеющий крупные круглые плоды, был в 1934 году, привит на многолетний паслен "дулькамара"… В 1939 году тов. Алексеева высеяла семена, полученные с привоев, одновременно высеяла и семена чистых сортов, использованных в 1934 году для прививок. На отдельных растениях получились плоды, по форме почти полностью напоминающие плоды "дулькамара": вместо крупных круглых плодов "пандерозы" получились плоды величиной не более плодов "гумберта", продолговатые, как у "дулькамара", причем на кисти, насколько я помню, было около 90 плодов. Никогда и ни у одного сорта помидоров я не видел таких кистей, с таким количеством плодов, не говоря уже о том, что форма плодов не похожа на исходную форму "пандерозы", а в сильной степени напоминает плоды "дулькамара", т. е. бывшего подвоя…

Тов. Ковалевская во Всесоюзном селекционно-генетическом институте привила сорт "гумберт" на болгарский сладкий перец. Семена с привоя "гум-берта" были высеяны. У некоторых растений в этом посеве появились плоды, по форме в сильной степени напоминающие плоды сладкого перца.

Я демонстрировал вам передачу формы, окраски плода, количества камер у плодов. Можно было бы указать, например, на передачу длительности вегетационного периода. У Мичурина имеется немало примеров, когда породу яблонь с рано созревающими плодами он путем ментора, т е. вегетативной гибридизации, делал зимней.[89].

Далеко не у всех растений можно наблюдать легко видимые изменения в год прививки, и даже в первом семенном поколении.[90].

С. И. Исаев. Выступление на сессии ВАСХНИЛ 1948 г.[91] (фрагмент)

Дарвин в своей книге "Изменение животных и растений в домашнем состоянии" с особой тщательностью собрал и проанализировал известные в его время случаи вегетативной гибридизации. Но мы не знаем, — писал Дарвин, — при каких условиях возможна эта редкая форма воспроизведения.

Во времена Дарвина вегетативные гибриды получались случайно, а потому были редким и необъяснимым явлением. Заслуга сознательного и планомерного получения вегетативных гибридов принадлежит И. В. Мичурину, который глубоко изучил условия их образования и разработал метод ментора, как метод практического использования вегетативной гибридизации в селекционных целях. Важно отметить, что вегетативные гибриды, полученные И. В. Мичуриным, представляют собой не какие-нибудь курьёзы, а хозяйственно ценные сорта. Таков, например, Ренет бергамотный — вегетативный гибрид между яблоней и грушей, введенный в стандартный сортимент плодовых культур 19 областей РСФСР.

В исследованиях Т. Д. Лысенко и всей школы мичуринцев это мичуринское учение о вегетативной гибридизации получило своё дальнейшее развитие, и теперь мы уже сравнительно хорошо знаем основные условия для сознательного, планомерного получения вегетативных гибридов. Изучение вегетативных гибридов показало, что признаки, приобретенные при вегетативной гибридизации, могут наследоваться при дальнейшем семенном размножении, причем в ряде случаев наблюдается так называемое расщепление признаков, встречающееся в потомствах обычных половых скрещиваний.

Среди сортов И. В. Мичурина известен классический пример вегетативного гибрида между яблоней и грушей — Ренет бергамотный, который был получен в результате прививки почки с однолетнего стадийно молодого сеянца яблони в крону дерева груши. Ренет бергамотный уже полвека стойко сохраняет при вегетативном размножении признак, приобретенный при вегетативной гибридизации — грушевидную форму плода у плодоножки. В 1935 г. в свою очередь мы скрестили Ренет бергамотный с различными сортами яблони. Гибриды, выращенные из семян, полученных от этого скрещивания, с 1944 г. уже плодоносят на экспериментальной базе Научно-исследовательского института имени Мичурина. И вот, интересно отметить, что среди этих гибридов встречаются такие, которые унаследовали характерный тип плодов Ренета бергамотного, напоминающих грушу, т. е. унаследовали и при половом размножении признак, приобретенный при вегетативной гибридизации.

П. Ф. Кононков. Вегетативная гибридизация[92].

В 1959 году нами была начата вегетативная гибридизация редиса между сортами с белыми и тёмно-красными корнеплодами (Ледяная сосулька 265 и Сакса 506). Весной 1959 года в парники посеяли суперэлитные семена редиса этих сортов. Редис Сакса 506 — очень скороспелый гоночный сорт. Вегетационный период этого сорта 20–23 дня. Листья небольшие, корнеплод мелкий (диаметр 1,5–2 см), округлый, сплошной тёмно-красной окраски без белого кончика (рис. 1). Ледяная сосулька 265, наоборот, позднеспелый сорт с вегетационным периодом 35–40 дней. Корнеплод длинный, веретеновидной формы, белый, с прозеленью у головки; мякоть белая, сочная (рис. 2).

Таким образом, оба указанных сорта резко отличаются формой и окраской корнеплода. В конце марта высеяли семена редиса Ледяная сосулька 265 и в начале апреля — сорта Сакса 506. Затем в мае были отобраны корнеплоды обоих сортов с диаметром не более 1 см. В качестве привоя использовали сорт Сакса 506, а в качестве подвоя — сорт Ледяная сосулька 265. Прививку проводили по методике, предложенной И. Н. Сагайдак. В корнеплоде привоя делали снизу клинообразный вырез, а у подвоя клинообразно с двух сторон срезали головки корнеплода. Затем подвой вставляли снизу в расщеп корнеплода привоя и место сращивания обвязывали суровыми нитками.

Всего было сделано 15 таких прививок, их высадили в посевной ящик и поместили в теплицу, обрезав листья у привоя и оставив черешки длиной 5 см. После укоренения и отрастания розетки все прививки вынули из почвы и осмотрели. Оказалось, что часть прививок загнила, а у остальных корневая система развилась от корнеплодов привоя. Загнившие прививки удалили, а у растений со сросшимися корнеплодами срезали листья, оставив черешки длиной 5 см, и полностью удалили корневую систему привоя, после чего прививки вновь высадили в посевной ящик.

В дальнейшем по мере укоренения и отрастания розетки растения вновь вынимали из почвы, и опять оказывалось, что привитый корнеплод Ледяной сосульки (подвой) хотя и срастался с корнеплодом привоя, но своей дополнительной корневой системы не образовывал, рост происходил за счет пластических веществ, содержащихся в корнеплодах, и за счет новой корневой системы привоя. Чтобы усилить развитие привоя за счет пластических веществ подвоя, мы вновь срезали листья и корневую систему привоя и опять высаживали прививки в посевные ящики. Подобная операция повторялась несколько раз, так как только после четырёхкратного удаления корневой системы привоя стали появляться небольшие боковые корешки у подвоя, после чего растения оставляли до завязывания семян. Из 15 исходно высаженных прививок к уборке сохранилось только пять. Опыление проводилось в теплице между этими пятью растениями.

В августе 1959 года семена с каждого растения убрали отдельно, а затем посеяли. К концу вегетации растения первого семенного поколения прививок сформировали небольшие корнеплоды, которые в конце октября были убраны и проанализированы.

Все корнеплоды у потомства всех пяти растений были округлой формы, тёмно-красного цвета. Однако у части корнеплодов было заметно очень слабо выраженное белое пятнышко у основания кончика. Самое большое белое пятнышко размером 0,5 см в диаметре отмечено только у одного корнеплода прививки № 1. Отметим для сравнения, что в первом поколении половых гибридов от скрещивания сортов редиса, имеющих белую и красную окраску, например Сакса 506Х X Московский парниковый 400, образуются корнеплоды овально-конической формы фиолетового цвета.

Отобранные корнеплоды заложили на зимнее хранение в песок. 3 марта 1960 года корнеплоды от первого семенного поколения прививок высадили в вазоны и поместили в теплицу. Растения развивались нормально, переопыление проходило только между высаженными растениями первого семенного поколения прививок.

Надо отметить, что у культуры редиса существует определённая зависимость между окраской корнеплода и окраской венчика цветка. Сорта редиса с белым корнеплодом имеют белые и сине-фиолетовые цветки, а сорта со сплошной красной окраской корнеплода — ярко-фиолетово-красные.

У большинства растений семенного поколения прививок окраска венчика цветков была ярко-фиолетово-красной, то есть как у сорта Сакс 506 (привой). Однако у некоторых цветков были белые венчики, как у сорта Ледяная сосулька 265 (подвой), хотя корнеплоды первого семенного поколения имели по существу сплошную тёмно-красную окраску с незначительным слабо выраженным белым пятнышком у основания кончика некоторых корнеплодов.

В июле с каждого растения отдельно собрали семена и потомство этих 30 растений посеяли в парники. В потомстве каждого растения было выращено от 14 до 54 корнеплодов. Корнеплоды второго семенного поколения прививок убрали по семьям в сентябре 1960 года. Анализ их показал, что в потомстве трех семей наряду с округлыми корнеплодами сплошной тёмнокрасной окраски типа Сакса 506 оказались корнеплоды промежуточной формы и окраски (рис. 3). Например, в потомстве растения № 4 второго семенного поколения исходной прививки № 1 было 28 корнеплодов сплошной темнокрасной окраски округлой формы и один корнеплод цилиндрической формы розовой окраски с небольшим фиолетовым оттенком и белыми крапинками. Причем белая и розовая окраски распределялись мозаично.

В потомстве растения № 20 также второго семенного поколения, но от исходной прививки № 4 корнеплодов типа Сакса 506 (то есть типа привоя) было 26, и один корнеплод оказался округлой формы, как у привоя, но со сбежистостыо к головке корнеплода, как у сорта Ледяная сосулька. Корнеплод белый, с прозеленью у головки, так же как у подвоя (рис. 3–1).

Данилевский Н. Я. "Дарвинизм. Критическое исследование", тт. 1, 2, СПб., 1885.

И, наконец, в потомстве растения № 25 второго семенного поколения от исходной прививки № 5 корнеплодов типа Сакса (привоя) было 32, корнеплодов укороченной цилиндрической формы темно-красной окраски — 2, и один корнеплод оказался округлой формы с небольшим сбегом к основанию, сплошной белой окраски (рис. 3–2).

Таким образом, в результате взаимовлияния подвоя с привоем в последнем произошли некоторые изменения, которые в первом семенном поколении у незначительной части растений развились в очень слабой степени, то есть были в скрытом состоянии. Во втором семенном поколении в потомстве трех растений из 30 появились наряду с корнеплодами типа привоя также явно гибридные корнеплоды, унаследовавшие признаки подвоя.

^{Рис. 1, Рис. 2, Рис. 3}

К. Линдгрен. Холодная война в биологии[93].

В 1958 году на Международном генетическом совещании в Монреале, доктор Иосито Синото из Токийского университета предоставил исключительно интересные данные. Доктор Синото является вполне заслуживающим доверия ботаником, с более чем 30-летним стажем работ, не имеющим никакого отношения к коммунистам. Он использовал два вида баклажан — чёрные, с плодами грушевидной формы и зелёные, с более крупными плодами. Сначала он привил 4 чёрных привоя на зелёные подвои. Листья у 2 из 4 прививочных гибридов сделались фиолетовыми, а подвой дал чёрные плоды. В 2 других случаях гибридизация не получилась. От прививок 20 зеленоплодных привоев на чёрный подвой он получил 16 жизнеспособных растений. Для 7 из них зеленоплодный привой дал чёрные плоды. 35 растений от чёрных плодов дали 10 фиолетовых и 25 зелёных растений. Синото уверяет, что можно отбросить возможность создания химер… Этот пример представляет собой подтверждение экспериментов Лысенко со стороны непредубеждённого экспериментатора, обладающего большим умением и принципиальностью.