Эмбриология растений

Эмбриология растений, наука о путях зарождения и формировании нового растительного организма. В более широком смысле Э. р. изучает не только собственно зародышевое развитие, но и период формирования генеративной сферы, образование в ней половых клеток и оплодотворение. Э. р. - один из важнейших разделов ботаники со своими методами и задачами, выделившийся из морфологии растений. В Э. р. можно выделить: общую Э. р., выявляющую основные закономерности возникновения и развития генеративных и эмбриональных структур (спорогенез, гаметогенез, зиготогенез, эндоспермогенез, эмбриогенез, апомиксис и др.); сравнительную Э. р., изучающую эмбриологические процессы у различных видов растений в целях получения данных для решения проблем систематики и филогении; частную Э. р., посвященную изучению этих процессов у растений отдельных систематических групп; экспериментальную Э. р., воссоздающую в условиях эксперимента ход развития растительных организмов, с тем чтобы выяснить функциональную, биохимическую и генетическую природу эмбриональных процессов.

Краткий очерк развития Э. р. Наличие пола у растений было известно с древнейших времён. Однако античные теории зарождения растительных организмов были далеки от истинного понимания эмбриональных процессов. Только во 2-й половине 17 в. с изобретением микроскопа впервые удалось рассмотреть яйцеклетку и зародыш в семяпочке цветковых растений. Для становления Э. р. большое значение имели работы И. Кёльрёйтера по биологии цветения, оплодотворения и гибридизации растений, проводившиеся в Петербургской АН в 1756-61, а также исследования К. Вольфа ("Теория зарождения", 1759 и 1764).

Как самостоятельная наука Э. р. сложилась в 19 в., когда значительно возрос интерес к естествознанию в связи с созданием клеточной теории и эволюционного учения Ч. Дарвина. Развитию Э. р. способствовало совершенствование оптики и техники изготовления микроскопических препаратов. Исследование полового размножения у высших растений, особенно цветковых, привело к более углублённому изучению мужских и женских половых элементов. В 1-й половине 19 в. было открыто прорастание пыльцы и образование пыльцевой трубки на рыльце пестика (итальянский ботаник Дж. Амичи, 1823; французский А. Броньяр, 1827; немецкий Ф. Мейн, 1841). Однако совершенно неправильно полагали, что зародыш развивается из кончика пыльцевой трубки, когда она проникает в зародышевый мешок. Этой точки зрения придерживался и один из авторов клеточной теории немецкий ботаник М. Шлейден (1836, 1838), который позднее (1856) признал ошибочность своих взглядов, но тем не менее считал, что пыльца является женским органом, а зародышевый мешок - мужским. Русский ботаник Н. И. Железнов (1840, 1842) пришёл к правильному выводу о принадлежности пыльцы мужскому организму. В середине 19 в. появились фундаментальные исследования немецкого ботаника В. Гофмейстера, в которых он привёл обширные данные по онтогенезу цветковых и споровых растений и утвердил в науке представление о чередовании полового и бесполого поколений. Русский ботаник И. Н. Горожанкин (1880) установил, что конец пыльцевой трубки у голосеменных при оплодотворении врастает в полость яйцеклетки, где и происходит "смешивание" мужской и женской цитоплазмы, а мужское половое ядро по выходе из пыльцевой трубки объединяется с ядром яйцеклетки. Т. о., впервые была установлена истинная картина оплодотворения у голосеменных. В. И. Беляев продолжил исследования в этом направлении (1889, 1891), а также изучил редукцию мужского гаметофита (1894, 1901), развитие антеридия и процесс оплодотворения у разноспоровых папоротникообразных. Эти работы сыграли большую роль в установлении филогенетических связей среди архегониальных растений. Подвижные спермии у саговников и гинкго открыли японские ботаники С. Хиразе (1896) и С. Икено (1898) и американский исследователь Г. Д. Чеббер (1897). Большое значение для выявления филогенеза архегониальных растений имели работы русских ботаников Е. М. Соколовой (1890) и В. И. Арнольди (1900, 1907). Нем. ботаник Б. Ханштейн (1870) разработал концепцию инициальных слоев (дерматоген, периблема, плерома), из которых формируются постоянные ткани взрослого организма. Русский ботаник С. М. Розанов (1865, 1866) положил начало сравнительной эмбриологии водолистниковых, бурачниковых и др. А. С. Фаминцын детально исследовал эмбриогенез как у двудольных, так и у однодольных растений. В конце 19 в. С. Г. Навашин (1898) открыл ранее неизвестное явление двойного оплодотворения у покрытосеменных, когда два спермия, привнесённых пыльцевой трубкой в зародышевый мешок, оплодотворяют: один - ядро яйцеклетки, а другой - вторичное ядро центральной клетки. В результате в первом случае возникает диплоидный зародыш, во втором - триплоидный эндосперм.

Аналогичный характер процесса оплодотворения позже подтвердил французский эмбриолог Л. Гиньяр (1899), а также немецкий ботаник Э. Страсбурге (1900).
Дальнейшему углублённому изучению эмбриональных процессов посвящены сводки по морфологии и эмбриологии голосеменных (американские учёные Дж. Колтер и Ч. Чемберлен, 1910, 1915, немецкий морфолог К. Шнарф, 1933) и покрытосеменных (Шнарф, 1927-29, 1931). В это же время (1934-39) Р. Суэж (Франция) и его ученики разработали принципы классификации эмбриональных типов у покрытосеменных, выявили основные закономерности клеточных делений, процессов сегментации и дифференциации зародыша.
В 50-е гг. под руководством индийского ботаника П. Магешвари возникла школа исследователей (Р. Капил, Б. Свами, В. Тиаги, Н. Бхандари и др.), изучавших сравнительную эмбриологию многих тропических семейств цветковых растений. Впоследствии внимание эмбриологов (особенно индийских - Н. Рангасвами, 1961; П. Магешвари и К. Канта, 1962, Б. Джори и К. Сенгал, 1963, и др., Б. Джори, 1971, 1975) было направлено на работы по искусственному выращиванию завязей, семяпочек, пыльцы, эндосперма и зародышей, по изучению оплодотворения и апомиксиса. В разработке проблем гаметогенеза и апомиксиса большая роль принадлежит шведским эмбриологам Х. Юэлю (1915), О. Дальгрену (1940), Ф. Фагерлинду (1944) и О. Густафсону (1946). Успехи сравнительной эмбриологии голосеменных и покрытосеменных отражены во многих руководствах и сводках (американского ботаника Д. Джохансена, советского ботаника Я. С. Модилевского и др.). Английский морфолог К. Уордлоу впервые (1955) подытожил знания по развитию зародыша во всех классах растительного мира - от водорослей до цветковых растений. Эмбриогенез рассматривается на фоне индивидуального и исторического развития с учётом морфологических и функциональных особенностей изучаемых групп. Большое значение для дальнейшего развития Э. р. имела монография советского учёного П. А. Баранова (1955), в которой дан исторический аспект представления о зарождении и развитии организмов от античного времени до наших дней. Последовательное изложение современных взглядов на развитие генеративных и эмбриональных структур дано в руководствах В. А. Поддубной-Арнольди (1964, 1976), Г. Л. Девис (1966), а также в учебном пособии польского эмбриолога Б. Родкевича (1973) и итальянского - Э. Баттальи (1976). В теоретическом плане большие работы ведутся во Франции по проблеме полового процесса и эмбриогенеза у голо- и покрытосеменных растений (Б. и Ж. Вазар, 1958-1969; А. Камер, 1958-69; Л. Гиньяр, 1961-69; Ж. Ш. Местр, 1967; М. Фавр-Дюшартр, 1963-69), в США - по ультраструктуре гаметофитов, зародыша, эндосперма и процесса оплодотворения у цветковых растений (У. Енсен, 1965-1975). Советские эмбриологи разработали митотическую гипотезу двойного оплодотворения у покрытосеменных (Е. Н. Герасимова-Навашина, 1951-55), открыли и детально исследовали новый тип эмбриогенеза у пеонов (М. С. Яковлев, 1951; М. С. Яковлев и М. Д. Иоффе, 1957-61), выдвинули новую концепцию эволюции гаметогенеза у покрытосеменных растений (М. С. Яковлев, 1974); разработали классификацию типов зародышевых мешков (И. Д. Романов, 1971), вскрыли цитоэмбриологические закономерности роста пыльцевых трубок и оплодотворения, в том числе и у отдалённых гибридов и полиплоидов (Е. Н. Герасимова-Навашина, 1955-71; В. А. Поддубная-Арнольди, 1964-76; Г. В. Канделаки, 1969; Г. Б. Батыгина, 1974; В. П. Банникова, 1975, и др.). Проводится углублённое изучение явления апомиксиса и полиэмбрионии (С. С. Хохлов, 1946-73; Д. Ф. Петров, 1963-73; М. П. Солнцева, 1968-73, и др.). Широко ведутся исследования по экологической эмбриологии, что даёт возможность связать эволюцию эмбриональных структур с факторами внешней среды (биотическими отношениями, поведенческими реакциями и т. п., Э. С. Терёхин, 1968-77). В СССР и за рубежом активно развивается экспериментальная Э. р. с применением цито- и гистохимических методов исследования культур клеток, тканей и генеративных органов; разрабатываются новые методы прижизненных наблюдений при использовании фазовоконтрастной, аноптральной и ультрафиолетовой микроскопии, микрокиносъёмки. Особое значение приобретают данные электронной и сканирующей микроскопии, благодаря которым неизмеримо раздвинулись границы знаний об эмбриональных структурах.
Современные проблемы Э. р. Характерной чертой современной Э. р. является теснейшее переплетение теории и практики. Усилия эмбриологов направлены на поиски закономерностей, лежащих в основе таких сложных явлений, как микро- и макрогаметогенез, процесс двойного оплодотворения, эмбрио- и эндосперматогенез, полиэмбриония и апомиксис. Изучение этих процессов имеет огромное значения для разработки проблемы эволюции и филогении, формо- и видообразования. Решение многих задач, стоящих перед генетиками и селекционерами, также базируется на исследованиях Э. р. (отдалённая гибридизация, стерильность, апомиксис и др.). Генезис мужских и женских гамет, их возникновение и эволюция в разных филах растительного мира стоят в числе основных проблем Э. р. На очереди - вопрос о пересмотре устаревших представлений о гомологиях зародышевого мешка и пыльцевого зерна покрытосеменных с гаметофитами архегониальных растений. Многие вопросы апомиксиса, полиэмбрионии и партенокарпии нуждаются в дальнейшей разработке.
? Научные центры и периодические издания по Э. р. В СССР проблемы Э. р. разрабатываются в Ботаническом институте им. о В. Л. Комарова АН СССР, Главном ботаническом саду АН СССР, в институте ботаники АН УССР, институте ботаники АН Грузинской ССР, в Ботаническом саду АН Молдавской ССР, институте экспериментальной биологии растений и институте ботаники АН Узбекской ССР, Всесоюзном институте растениеводства ВАСХНИЛ, на кафедрах Московского, Казанского, Ереванского университетов и в ряде других учебных и научно-исследовательских учреждений страны. Международные научные центры сосредоточены главным образом в отделениях ботаники университетов многих стран (Югославия, США, Польша, Австрия, Индия, Франция, Япония, Чехословакия и др.).
Международной ассоциацией фитоморфологов издается журнал "Phytomorphology" (Delhi, с 1951), в котором публикуются работы по эмбриологии растений. Регулярно раз в два года проходят международные симпозиумы по основным проблемам эмбриологии.
Лит.: Модилевский Я. С., Эмбриология покрытосеменных растений, К., 1953; его же, История отечественной эмбриологии высших растений, М., 1956; Магешвари П., Эмбриология покрытосеменных, пер. с англ., М., 1954; Баранов П. А., История эмбриологии растений..., М. - Л., 1955; Поддубная-Арнольди В. А., Цитоэмбриология покрытосеменных растений, М., 1976; Schnarf К., Embryologie der Angiospermen, В., 1927-29 (Handbuch der Pflanzenanatomie, Bd 10/2, Abt 2, Tl 2); его же, Vergleichende Embryologie der Angiospermen, B., 1931; его же, Embryologie der Gymncspermen, B., 1933; Johansen D. A., Plant embryology, Waltham (Mass.), 1950; Wardiaw C. W., Embryogenesis in plants, L., 1955; Davis G. L., Systematic embryology of the angiosperms, N. Y., 1966.
? М. С. Яковлев.