Вредное действие засоления имеет комплексный характер и обуслов­лено как нарушением осмотического баланса клетки, так и прямым ток­сическим влиянием ионов натрия, хлора на физиологические и биохими­ческие процессы в клетке. Результатом такого действия может быть уменьшение тургора клетки, ингибирование функции мембран иактив­ности ферментов, подавление фотосинтеза, нехватки отдельных ионов из-за нарушения селективного транспорта ионов, использование значи­тельного количества энергии для поддержания толерантности. Основные типы реакций растений, возникающие в ответ на повышение концентра­ции солей во внешней среде.

Экспериментальные данные, полученные многими учеными, показы­вают, что клеточные механизмы выносливости к засолению являются сходными для культивируемых in vitro клеток и целых растений и что се­лекция на клеточном уровне представляет реальную перспективу получе­ния устойчивых к засолению форм растений.

Большинство селекционных программ направлены на выделение in vitro клеточных линий, толерантных к присутствию в среде для культиви­рования клеток хлорида натрия. Так, показано, что выращивая гаплоид­ные каллусные клетки табака на среде с постоянно увеличивающейся концентрацией солей, получены клеточные линии, способные к росту в присутствии 1 % NaCl. M. Наборе с соав. предварительно обработав сус­пензионную культуру табака мутагеном (0,15 % ЭМС, 60 мин), путем од­ноступенчатой селекции выделили клеточные линии, устойчивые к 0,5 % NaCl. Отмечено, что выносливость, полученных регенерантов к засоле­нию, проявлялась на уровне целых растений.

На кафедре сельскохозяйственной биотехнологии Московской сель­скохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева проводились исследо­вания по получению солеустойчивых растений на примере яровых твер­дых и мягких пшениц. Первичным эксплантом служили как изолирован­ные незрелые зародыши, так и гаплоиды. Клеточную селекцию проводили на каллусной ткани, культивируемой на питательной среде, содержащей 0,3 %NaCI или Na2SO4 в течение 5—6 пассажей. В результа­те исследований были получены устойчивые клеточные линии, а также растения-регенеранты. Тестирование на солеустойчивость первого се­менного поколения растении-регенерантов методом регистрации замед­ленной флоуроесценции показало, что фотосинтетический аппарат неко­торых растении-регенерантов по устойчивости к засолению превосходит исходный сорт (Никифорова И.Д., 1993, 1994).

Солевыносливость растений удается также повысить в результате се­лекции к одному фактору засоления осмотическому стрессу. Например, клетки томата, адаптированные к водному стрессу, индуцированному полиэтиленгликолем, обладали повышенной устойчивостью к NaС1. Повы­шенная толерантность к соли обнаружена у клеточных линий моркови, отобранных на среде, содержащей в качестве осмотика маннитол в высо­кой концентрации (99—870 мМ). Из этих результатов следует, что адап­тация клеток к осмотическому стрессу применима для отбора солевынос­ливых вариантов, а исследования подобного рода представляют интерес для изучения как во взаимодействии, так и независимо друг от друга.

Металлы. Присутствие в почве в большом количестве ионов ме­таллов, токсически влияющих на растения, или недостаток ионов, ис­пользуемых растениями в качестве питательных веществ, могут быть причиной ионного (минерального) стресса у растений. Особое внимание ученых привлекает изучение стрессов, обусловленных наличием в почве ионов тяжелых металлов, многие из которых токсически влияют как на растительные, так и на животные организмы. Стрессовое состояние у рас­тений может быть индуцировано ионами таких тяжелых металлов, как цинк, кадмий, медь, ртуть; они также довольно часто встречаются и в почвах, механизмы устойчивости к токсическим ионам могут исключать уменьшение проницаемости плазмалеммы, детоксикацию ионов в ре­зультате связывания с органическими веществами, компартментализацию в вакуолях, а также изменения структуры ферментов, которые явля­ются их мишенями.

Работы по клеточной селекции растений на устойчивость к ионным стрессам начаты недавно, но уже имеют положительный результат. Во всех экспериментах используется метод прямой селекции, при котором в качестве селективного агента применяли токсические концентрации со­лей. Однако создание стрессовых селективных условий in vitro, идентич­ных таковым в природе, крайне затруднительно. В природных условиях помимо токсического действия ионов накладываются другие факторы, в частности наличие различных веществ, кислотность почвы и т. д. Для се­лекции на клеточном уровне используют питательные среды, которые хотя не полностью соответствовали естественным стрессовым условиям, все же обеспечивали экспрессию признака устойчивости и давали воз­можность отбирать нужные варианты.

Путем прямой селекции in vitro отобраны клеточные линии петунии, устойчивые к ртути, сорго—к алюминию, моркови — к алюминию и марганцу одновременно; суспензионные клеточные культуры дурма­на — к кадмию. На кафедре сельскохозяйственной биотехнологии МСХА также проводились работы по получению клеточных линий и рас­тений-регенерантов льна-долгунца, устойчивых к соли нитрата кадмия и изучалось действие этой соли на интактные растения. Экспериментально показано, что присутствие ионов кадмия в почве приводит к торможению роста стеблевой и корневой частей растения, к сокращению на 7—9 дней онтогенетических фаз развития, следующих за фазой «елочки» по сравне­нию с контролем, культурные виды накапливают ионы кадмия в вегета­тивной массе, в то время как дикие — нет. Мезо- и ультраструктурный анализ стеблей льна-долгунца показал, что присутствие кадмия в суб­страте приводило к уменьшению количества клеток элементарных воло­конец в пучке, к некомпактному расположению клеток элементарных во­локонец в лубяных пучках, а также к формированию клеток элементар­ных волоконец неодинаковых размеров в пределах одного пучка и к раз­личным срокам формирования вторичной клеточной стенки. В результате клеточной селекции были получены растения-регенеранты, обладающие устойчивостью к соли кадмия (Гончарук Е.А., 2000).

Экстремальные температуры. Причиной стрессово­го фактора у растений могут быть относительно высокие или низкие тем­пературы. Работ по клеточной селекции на устойчивость к этим стрессам немного. В изученной нами литературе сведений о клеточной селекции к тепловому шоку не обнаружено, хотя белки теплового шока являются предметом пристального изучения биологов различного профиля. Что касается работ по клеточной селекции к низкотемпературным факторам, то они имеют место.

Холодовой стресс у растений может быть вызван температурами большого диапазона: от 10—15° до 0°С. Такому стрессу наиболее подвер­жены растения тропических и субтропических зон. Стойкость растений к охлаждению обусловлена способностью липидов мембран оставаться в жидком состоянии благодаря наличию большой пропорции ненасыщен­ных жирных кислот и/или повышенного содержания стеролов. Повреж­дения, вызванные промораживанием растений (температура ниже 0°С) связаны прежде всего с формированием внеклеточного льда. При этом отток воды во внеклеточное пространство приводит к вторичному эффек­ту, вызванному водным стрессом. Нарушения, вызываемые отрицатель­ными температурами, могут быть предотвращены аккумуляцией антифризных веществ, уменьшением количества несвязанной воды при обез­воживании и увеличением способности переохлаждаться. Большинство авторов отмечают, что у растений происходят глубокие превращения за­пасных питательных веществ, в частности, у морозоустойчивых древес­ных растений накопление большого количества жиров, а у менее устой­чивых — Сахаров.