زراعة الأنسجة النباتية

زراعة الأنسجة النباتية هي مجموعة من التقنيات المستخدمة للحفاظ على أو نمو الخلايا أو الأنسجة أو الأعضاء النباتية في ظل ظروف معقمة على وسط زراعة المغذيات ذات التركيب المعروف. ويستخدم على نطاق واسع لإنتاج مستنسخات من النبات بطريقة تسمى التكاثر الدقيق. قد يكون للتقنيات المختلفة في زراعة الأنسجة النباتية مزايا معينة مقارنة بطرق التكاثر التقليدية، بما في ذلك:

 

 

تجديد النباتات الكاملة من الخلايا النباتية المعدلة وراثيا.

 

إن إنتاج النباتات في حاويات معقمة يتيح لها الحد من الأمراض والآفات والعوامل المسببة للأمراض.

 

إنتاج النباتات من البذور التي تكون فرصتها في الإنبات والنمو ضئيلة للغاية، مثل بساتين الفاكهة وnepenthes.

 

لتنظيف نباتات معينة من الالتهابات الفيروسية ونشر هذه النباتات بسرعة باعتبارها “مخزونات نظيفة” للبستنة والزراعة.

 

تخزين المواد النباتية الوراثية لحماية أنواع النباتات المحلية.

 

تعتمد زراعة الأنسجة النباتية على حقيقة أن العديد من أجزاء النبات لديها القدرة على التجدد إلى نبات كامل (تسمى الخلايا الموجودة في تلك الأجزاء النباتية المتجددة الخلايا المختصة، والتي يمكن أن تتمايز إلى خلايا متخصصة مختلفة). غالبًا ما يمكن استخدام الخلايا المفردة أو الخلايا النباتية التي لا تحتوي على جدران خلوية (البروتوبلاست) أو قطع الأوراق أو السيقان أو الجذور لإنتاج نبات جديد في المزرعة، اعتمادًا على العناصر الغذائية والهرمونات النباتية المطلوبة.

التقنيات المستخدمة في زراعة الأنسجة النباتية في الظروف المعملية

 

تحضير الأنسجة النباتية لزراعة الأنسجة في ظروف معقمة وتحت هواء مرشح HEPA، ويتم ذلك بواسطة غطاء رقائقي بطيء التدفق. ثم تتم زراعة الأنسجة في حاويات معقمة، مثل أطباق بتري أو قوارير، في غرفة النمو مع التحكم في درجة الحرارة وشدة الضوء. تصبح المواد النباتية الحية من البيئة ملوثة بشكل طبيعي بالكائنات الحية الدقيقة الموجودة على أسطحها (وأحيانًا الأجزاء الداخلية منها)، لذلك يتم تطهير أسطحها بالمحاليل الكيميائية (عادةً الكحول وهيبوكلوريت الصوديوم أو الكالسيوم). قبل الحصاد، يتم تعقيم العينات المناسبة (المعروفة باسم النباتات المستأصلة).

عادة ما يتم وضع النباتات المستأصلة المعقمة على سطح وسط استزراع صلب معقم، ولكن في بعض الأحيان يتم وضعها مباشرة في وسط سائل معقم، خاصة عندما تكون زراعة تعليق الخلية مرغوبة. تتكون الوسائط الصلبة والسائلة عمومًا من أملاح غير عضوية بالإضافة إلى بعض العناصر الغذائية العضوية والفيتامينات والهرمونات النباتية. يتم تحضير الوسائط الصلبة من الوسائط السائلة عن طريق إضافة عامل التبلور، وعادة ما يكون الأجار المنقى.

 

إن تكوين الوسط، وخاصة الهرمونات النباتية ومصدر النيتروجين (النترات مقابل أملاح الأمونيوم أو الأحماض الأمينية) له تأثيرات عميقة على شكل الأنسجة التي تنمو من النبات المستأصل الأولي. على سبيل المثال، غالبًا ما يؤدي الأوكسين الزائد إلى تكاثر الجذور، في حين أن السيتوكينين الزائد قد يؤدي إلى إنتاج البراعم. غالبًا ما يؤدي توازن الأوكسين والسيتوكينين إلى نمو غير منظم للخلايا أو الكالس، لكن شكل النمو يعتمد على الأنواع النباتية بالإضافة إلى تكوين البيئة. عادةً ما يتم قطع الأجزاء وزراعتها في وسائط جديدة للسماح بالنمو أو تغيير شكل الوسائط. إن مهارة وخبرة خبير زراعة الأنسجة مهمة جدًا في طريقة الزراعة ووضعها في البيئة.

 

عندما تظهر البراعم من المزرعة، يمكن قطعها وتجذيرها باستخدام الأوكسين لإنتاج شتلات يمكن زرعها، عندما تنضج، في تربة تأصيص لمزيد من النمو في الدفيئة كنباتات عادية.

 

الاختلافات المحددة في إمكانية التجديد للأعضاء المختلفة والنباتات المستأصلة لها تفسيرات مختلفة. تشمل العوامل المهمة الاختلافات في مرحلة الخلايا في دورة الخلية، ومدى توفر أو القدرة على نقل منظمات النمو الداخلية، والقدرات الأيضية للخلايا. أكثر النباتات المستأصلة الأنسجة شيوعًا هي الأطراف المرستيمية للنباتات، مثل أطراف البراعم، وأطراف البراعم الجانبية، وأطراف الجذور. تتمتع هذه الأنسجة بمعدل عالٍ من انقسام الخلايا وتركز أو تنتج المواد المطلوبة لتنظيم النمو بما في ذلك الأوكسينات والسيتوكينينات.

 

عادة ما تكون كفاءة تجديد الجذع في زراعة الأنسجة سمة كمية تختلف غالبًا بين الأنواع النباتية وداخل الأنواع النباتية بين الأنواع الفرعية أو الأصناف أو الأصناف أو الأنماط البيئية. لذلك، يمكن أن تصبح إعادة تكوين زراعة الأنسجة معقدة، خاصة عندما يجب إنشاء العديد من طرق إعادة التكوين لأنماط جينية مختلفة في نفس النوع.

 

المسارات الثلاثة الشائعة لتجديد زراعة الأنسجة النباتية هي الانتشار من الأنسجة الإنشائية الموجودة مسبقًا (زراعة الجذع أو زراعة العقيدات)، وتولد الأعضاء، والتولد الجنيني غير اللاقحي.

 

عادةً ما يتم تكاثر البراعم أو الأجزاء العقدية في أربع خطوات لإنتاج النباتات بكميات كبيرة من خلال التكاثر الخضري في المختبر، لكن تكوين الأعضاء هو طريقة قياسية للتكاثر الدقيق تتضمن تجديد الأنسجة للأعضاء غير المرغوب فيها أو البراعم الجانبية بشكل مباشر أو غير مباشر من النباتات المستأصلة. يعد التطور الجنيني غير اللاقحي مسارًا تطوريًا مهمًا يشبه إلى حد كبير الأجنة اللاقحة وهو مسار مهم لإنتاج الأنواع الجسدية، وإنتاج البذور الاصطناعية، وتخليق المستقلبات. نظرًا للأصل أحادي الخلية للأجنة غير الملقحة، فهي مفضلة في العديد من أنظمة التجديد للتكاثر الدقيق والتلاعب الصبغي ونقل الجينات وإنتاج البذور الاصطناعية. ومع ذلك، فإن تجديد الأنسجة من خلال تكوين الأعضاء مفيد أيضًا لدراسة الآليات التنظيمية لنمو النبات.

تم إحضار الأناناس لأول مرة بواسطة كريستوفر كولومبوس من أوروبا إلى جزر غوادالوبي في عام 1493. أطلق سكان الجزيرة على نبات الأناناس اسم البينا بسبب الشكل المخروطي لثمرته. وبسبب وجود أنواع الأناناس البري في المناطق الجنوبية الشرقية من البرازيل والبرتغال وشمال الأرجنتين، اعتبر علماء النبات أن هذه المناطق هي المنشأ الأساسي. واستنادًا إلى الأدلة التي تم الحصول عليها، افترضوا أن أصلها الأساسي هو أمريكا الجنوبية، وهي المناطق الشمالية الواقعة بين خطي عرض 10 درجات شمالًا وجنوبًا وخطي عرض 55 إلى 75 درجة شرقًا. وتشمل هذه المناطق شمال شرق وغرب البرازيل، وكل كولومبيا وغينيا، وأجزاء من فنزويلا، ثم تم تصدير الأناناس من أمريكا إلى إسبانيا والبرتغال وسرعان ما وصل إلى أفريقيا وفي عام 1550 وصل إلى جنوب الهند. وقبل نهاية القرن السادس عشر، تم نقلها إلى الصين وجاوا والفلبين.

 

ينتشر الأناناس اليوم في جميع أنحاء المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية تقريبًا في العالم، وتتمتع ثمرته بقيمة اقتصادية كبيرة من الناحية التجارية.

 

تم الحصول على المعلومات الخلوية والوراثية من مركز أبحاث الأناناس في هاواي. من خلال حساب كروموسومات مجموعات كايين، كوين، شوكي ساموا، روبي، بيرنومبوكو، شوكي غواتيمالا (هجين بين مجموعة كايين والنوع البري البرازيلي غير المعروف) وبروميليا بينكوين L.، أظهر أن أصناف الأناناس ذات عدد كروموسوم n =25 وB. pinquin مع كروموسوم n=48 (كولينز 1960).

 

وقد أكدت أهداف التربية والاختيار في مناطق مختلفة على مقاومة الأمراض والآفات. وفي الآونة الأخيرة، تم التركيز على تطوير الأصناف على الجزء اللحمي من الفاكهة.

 

في هاواي، أصبحت الحيوانات المستنسخة الهجينة المتقدمة التي تم الحصول عليها على مدى سنوات عديدة من التكاثر في المراحل التجريبية للزراعة الأحادية. في أستراليا، تتضمن مصادر الأصول الوراثية مختارات من مستنسخات “كايين” من كوينزلاند، ومجموعات هجينة، وثقافات مرستيمية من المستنسخات المعروفة (Winks & Glennie 1981). يتم اشتقاق الاختيارات الهجينة من تهجين كايين مع الأنواع ذات الأوراق الخشنة مثل Queen وRipley Queen وMacGregor وAlexandera وColard. سنغافورة الاسبانية هي نبات عديم الأشواك ذو نوعية جيدة من الفاكهة وقد تم استخدامه على نطاق واسع في برامج التربية. قام بتطوير مفتاح تحديد النباتات للأجناس والأنواع والسمات الرئيسية لخمسة من مستنسخات كايين. يُظهر تنوع إنزيم الأناناس 5 مجموعات متنوعة وراثيًا كانت متسقة تمامًا مع مجموعاتها الجينية.

 

الأناناس نبات ذو أوراق رمحية وجافة. توضع هذه الأوراق فوق بعضها البعض وتشكل قناة ضيقة (مزهرية). تنمو هذه النباتات على أغصان طويلة وتتغذى على المعادن التي يتم الحصول عليها من المادة العضوية الميتة للنبات المتجمعة في القناة الضيقة. وفي الحقيقة فإن زراعة الأناناس هي لإنتاج ثماره، وبعضها يشكل أجمل النباتات في الأصيص. مسقط رأس هذا النبات هو البرازيل. وتتساقط الأوراق الشائكة والجلدية الواحدة تلو الأخرى بحيث يحدث ثقب في وسط الأوراق يظهر منه الفرع المزهر. يستغرق ظهور الثمار من 3 إلى 4 سنوات، وبعد ظهور الثمرة ونضجها يتحلل عضو النبات الأم ويجف، ومع هذا الجفاف تبدأ البراعم بالظهور من جانب النبات الأم.

 

في النبات الناضج، يبلغ طول الورقة 30-35 سم وتكون على شكل مضرب، وقطرها أسفل الجزء القمي 6.5-7.5 سم. تكون الوصلات الداخلية قصيرة في حدود 1 إلى 10 ملم، وهي أطول في الأجزاء الوسطى من الساق. يوجد برعم جانبي في كل عقدة. تنشأ القصاصات والسليل من البراعم الجانبية وتستخدم للزراعة. الفسائل الحقيقية هي الأعضاء الهوائية المنتجة عند قمة القنابات المزهرة على السويقة، والسيقان هي الأعضاء الهوائية للبراعم الجانبية التي تؤدي إلى شتلات زراعية. وتزرع الفسائل بشكل مستمر حتى ينضج المحصول أو حتى الإزهار، بحيث تكون أكبر في الحجم من الفسائل. يتراوح وزنها من 250 إلى 450 جرامًا وتاجها من 100 إلى 350 جرامًا.