И Azotobacter, и Azospirillum в соответствующих ассоциациях были локализованы на поверхности или в межклетниках и никогда не проникали внутрь клетки. Растения-регенеранты пока не получены.
Ассоциации с зелеными водорослями
Каллус моркови инокулировали одним из штаммов Chlorella, культивировали на свету на среде с дефицитом азота, каллус жил несколько месяцев. Контрольные же растения погибали. Клетки водоросли не проникали внутрь растительных.
Ассоциации с грибами
Ткань руты раздельно культивировали с различными грибами, при этом на клетки растений влияли диффундирующие через агар выделения гриба. В некоторых случаях добавляли культуральную жидкость грибов. Совместное культивирование с Botritis allii увеличивало синтез алкалоидов в 10 раз по сравнению с контролем, а добавление культуральной жидкости — в 50 раз.
Цианобактерии в искусственных ассоциациях с растительными клетками
Цианобактерии как партнеры в искусственных ассоциациях имеют ряд особенностей:
— предполагают, что древние цианобактерии сыграли роль в формировании эукариотической клетки;
— чаще других фототрофов вступают в симбиотические отношения с другими организмами в природе;
— в симбиозах осуществляют различные метаболические функции: с автотрофами играют роль азотфиксаторов, с гетеротрофами обеспечивают партнеров продуктами фотосинтеза;
— способны выделять в среду углеводы, аминокислоты, пептиды, витамины, гормоны;
— в процессе фотосинтеза выделяют кислород, которые растения в процессе дыхания потребляют;
— находят практическое применение в улучшении обеспечения растений связанным азотом.
Препятствием могут служить различные требования к условиям культивирования: у клеток растений оптимум pH 5–5.5, а цианобактерий нейтрально-щелочной (7-10); для растительных клеток температурный оптимум 24–27 °C, для бактерий — 30–40 °C; концентрация минеральных солей в среде для выращивания растительных клеток выше, чем требуется для цианобактерий.
В исследованиях, проведенных на кафедре клеточной физиологии и иммунологии МГУ, проверялись различные сочетания партнеров, с использованием как каллусных, так и суспензионных культур. Был отмечен ряд физиологических реакций: от ингибирования одного партнера другим до взаимной стимуляции процессов жизнедеятельности.
В суспензионных культурах клеток табака и Anabaena nidulans отмечено следующее:
— взаимная стимуляция роста, когда в условиях, неоптимальных для роста каждого компонента системы, происходила взаимная стимуляция;
— двухфазность ростовых процессов: за пиком роста цианобактерий следует пик роста растительных клеток, сопровождающийся частичной деградацией цианобактерий. Предполагается, что в первой фазе роста отношения партнеров носят характер мутуализма;
— цианобактерии адсорбируются на поверхности клеток, проникают вглубь клеточных агрегатов, но часть партнеров остается в суспензии в свободном состоянии;
— растительные клетки потребляют продукты фотосинтеза цианобактерий;
— между клетками растений и микроорганизмов устанавливаются метаболические взаимодействия, которые могут привести к стимуляции видоспецифических биосинтезов растительных клеток.
Ассоциации каллусных тканей с цианобактериями получали двумя способами:
— использовали изолированные протопласты, выделенные из дефицитных по хлорофиллу участков мезофилла листа,
— использовали каллус, выделенный из бесхлорофильного участка листа, к которому подсевали суспензию A.variablis.
При этом каллусные культуры стабильно росли не менее 2 лет. Антагонизма не было.
Добавляя в среду ауксины и цитокинины, удалось вызвать органогенез у каллуса табака, ассоциированного с цианобактерией. Сформировались белые побеги регенерантов табака с участками сине-зеленого цвета, содержащими бактерии. В регенерантах из каллуса цианобактерии имели внутритканевую локализацию и обнаруживались только в листьях. Их также находили на поверхности листа, стебля (рис. 26), в сосудистой системе, устьицах.
Рис. 26. Цепочки Anabaena variabilis в углублениях складчатой поверхности стебля табака