توضیحات کامل :

کشت پروتوپلاست گیاهی، سلول گیاهی، بافت و کشت اندام گیاهی

 

روشهای سنتی اصلاح نباتات مبتنی بر دستكاری ساختار ژنتیكی گیاه كامل و از طریق تولید جنسی است. در سالهای اخیر روشی برای دستكاری ژنتیكی در سطح سلولی پیدا شده است كه روشهای اصلاحی را بطور منحصر بفرد كامل می كند. موجودیت پیدا كردن روشهای كشت بافت و سلول را می توان به پیشرفتهای ناشی از دانش كشت سلولی و زیست شناسی مولكولی دانست (4 و 51)

بیوتكنولوژی یا فناوری زیستی مجموعه ای از فنون را تشكیل می دهد كه امكان بكارگیری، توانایی و كارآیی سلولهای موجودات زنده اعم از حیوانی یا گیاهی را فراهم می سازد. در سالهای اخیر با انجام تحقیقات متعدد در حوزة بیوتكنولوژی كشاورزی این بخش دارای جایگاه مهم و باارزشی شده است و این امكان را در رابطه با گیاهان زراعی فراهم نموده است كه بسیار مطالب كارآتر از روشهای كلاسیك اصلاح نباتات با استفاده از تكنیكهای مختلف از قبیل دست ورزی ژنتیكی (Genetic manipulation)، كشت بافت و سلول گیاهی در شرایط In Vitro و غیره، گیاهانی با سازگاری متناسب تر و بیشتر به شرایط محیطی و همچنین سازگار با نیاز انسانها تولید نماید.

تكنیك كشت بافت و سلول گیاهی در شرایط In Vitro ازجمله فنون بیوتكنولوژی است كه كاربرد آن به اوایل سالهای 1950 می رسد. بر اساس این تكنیك، سلول گیاهی یا بافت از اندامهایی مثل ریشه، ساقه، برگ و گل آذین یا هر اندام دیگری از گیاه جدا شده و در شرایط كاملاً استریل و گندزدایی شده، در درون لوله های آزمایش محتوی محیط غذایی مصنوعی قرار گرفته و با تأمین نیازهای نوری و حرارتی مناسب تبدیل به یك گیاه كامل می گردد. این تكنیك همانطور كه اشاره شد امكان تولید هزاران گیاهچه مشابه گیاه مادری را در مدت زمان بسیار كوتاهی و در فضای فیزیكی بسیار محدودی فراهم می‌سازد كه با انتقال این گیاهچه ها به سطح گلخانه و مزرعه تولید انبوهی از گیاهان مورد نظر را می توان باعث شد. در اصلاح نباتات با استفاده از تكنیك كشت بافت و نیز تولید كالوس یا گیاهچه ها در مقیاس وسیع و انجام گزینش در بین نمونه ها می توان از ارقام مقاوم به استرسهای محیطی را تولید نمود. فنون فوق فرصتهای مناسبی در بخشهای مختلف تحقیقاتی، اقتصادی بوجود آورده است كه با تقویت بخش دولتی و فعال نمودن بخش خصوصی كارایی این بخشها را برای تأمین و تولید محصولات اساسی كشور را، بطور قابل ملاحظه ای می توان افزایش داد. (51 و 98)

 تاریخچة اهمیت كشت بافت:

مفهوم كشت بافت گیاهی خلاصة عبارت كشت پروتوپلاست گیاهی، سلول گیاهی، بافت و كشت اندام گیاهی است. كشت بافت و سلول گیاهی بر اساس نظریة شوان مبنی بر دارا بودن خاصیت توتی پوتنسی سلولها پایه گذاری شد. توتی پوتنسی خاصیتی است كه بر اساس آن یك سلول دارای توان تبدیل شدن به موجود كامل است. در سالهای اخیر، تكنیك كشت بافت گیاهی به یك ابزار بسیار قدرتمند برای تكثیر و اصلاح بسیاری از گونه های گیاهی تبدیل گشته است. این تكنیك با ابراز نظریة گوتلیب هابرلاندت در مورد خاصیت توتی‌پوتنسی در سلول گیاهی در آغاز قرن بیستم آغاز گردید. هارلاند پیشنهاد نمود كه روشهای جداسازی و كشت اندام گیاهی باید توسعه یابد و ادعا نمود كه اگر محیط و مواد غذایی سلولهای كشت شده، دستورزی شده باشند، آن سلولها باید صفات ارثی مربوط به مراحل رشد و نموی گیاه اولیه را تكرار نمایمد. دیدگاه هابرلاند در حقیقت قابل توجه بود زیرا وی حتی بیان داشت كه خارج از سلولهای سوماتیكی زنده، جنینهای مصنوعی به صورت غیر جنسی رشد و نمو می یابند.(5) احتمالاً وایت نخستین كسی بود در سال 1954 مسئله كشت سلولی را به روشنی بیان كرد. او بیان داشت كه تفاوتهای بین سلولهای دیگر در آن ارگانیسم می باشد. لذا امكان دارد بتوان با جدا نمودن سلول، پتانسیل نهفته توتی پوتنت را به آنها بازگردانید. البته احتمال دارد كه این خاصیت در سلول برای همیشه از دست رفته باشد. اسكوگ و میلر در 1957 پیشنهاد نمودند كه اثرات متقابل كمی بین اكسین و سیتوكینین نوع رشد و مراحل مورفولوژیك را كه باید در گیاه رخ دهد، تعیین می كنند. مطالعات آنها در توتون نشان داد كه نسبت بالای اكسین به سیتوكسین باعث القای رشد ریشه می شود؛ درحالیكه نسبت بالای سیتوكسین به اكسین باعث القای رشد ساقه میگردد، هرچند كه این الگو پاسخ كلی و عمومی نیست. (1 و 5 و 9 و 98)

دستورزی نسبت اكسین به سیتوكینین در بسیاری از گونه ها و جنسها برای ریخت زایی موفقیت آمیز بوده است. كارهایی كه توسط مورل[1] (1960) روی ازدیاد اركیده انجام گردیده است، آغازی برای كاربرد تكنیك كشت بافت گیاهی برای تكثیر و اصلاح بسیاری از گونه های گیاهی بود كه منجر به توسعه و گسترش استفاده از محیطهای كشت جدید با غلظتهای بالای نمك توسط موراشیگ و اسكوك[2] گردید.

در سال 1966 نیز گوها[3] و محشوری[4] امكان ایجاد تعداد زیادی از گیاهچه هاپلوئید از دانه داتوره بوسیله كشت بساكهای نابالغ را ثابت كردند. (98)

در سال 1970 اولین امتزاج موفقیت امیز پروتوپلاست در محیط كشت تحقق یافت. در همین سال انتخاب موتانهای بیوشیمیایی در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفت. در 1974 تولید گیاهان هیبرید حاصل از امتزاج پروتوپلاستهای هاپلوئید به نتیجه رسید. (1 و 98)

تحقیقات در زمینه كشت بافت گیاهی از سال 1975 به بعد بطور چشمگیری افزایش یافت و از دهة 1980 به بعد به عنوان بخش مهمی از بیوتكنولوژی گیاهی مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است بطوریكه در سال 1977 توسط چلتون و همكاران ادغام موفقیت آمیز DNA پلاسمید Ti از Agrobacteriam tumefaciens به گیاهان صورت گرفت. (98 و 100)

در حال حاضر كشت بافت به عنوان پیش نیاز مهندسی ژنتیك از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از طرفی كشت بافت بعنوان مكمل روشهای كلاسیك متداول در اصلاح نباتات بكار می رود نه جایگزین آن (86 و 100)

اساس گیاه شناسی برای كشت بافت:

ظرفیت طبیعی گیاهان به منظور تكثیر توسط فرآیندهای غیرجنسی، اساس تكثیر در تكنیك كشت بافت است. كشت بافت به سادگی به ما كمك می كند تا از پتانسیل طبیعی موجود در گیاه برای رشد و تكثیر استفاده كنیم كه البته تكنیكی بسیار كارآمد و قابل پیش بینی است (62 و 96)


اهداف مورد نیاز با استفاده از تكنولوژیهای جدید كشت بافت و مهندسی ژنتیك:

    تكثیر سریع گیاهان جهت استفاده در تحقیقات اصلاحی ژنتیكی.
    تولید گیاهان هاپلوئید و دای هاپلوئید
    ایجاد هیبریداسیون سوماتیكی بین گونه ای و بین جنسی
    ایجاد موتاسیونهای القایی
    حفظ و نگهداری منابع گیاهی از طریق كشت بافت
    انتقال ژنهای خارجی مطلوب به سلولهای مورد نیاز از طریق كشت بافت و مهندسی ژنتیك
    تولید گیاهان عاری از ویروس
    ایجاد لاینهای مقاوم به امراض و بیماریها
    ایجاد لاینهای مقاوم به شوری و خشكی
    تهیه لاینهای مقاوم به علف كشها

منابع:

1-    امیدی، م (1379). بررسی كشت بافت، تنوع سیتوژنتیكی و پروتئینی جو. رساله دكتری تخصصی اصلاح نباتات (ژنتیك مولكولی و مهندسی ژنتیك) دانشكده كشاورزی دانشگاه تهران

2-    باقری. ع (1376) مبانی كشت بافتهای گیاهی. دانشگاه فردوسی مشهد 406 صفحه

3-    تورز.كا.سی (1373) فنون كشت بافت برای گیاهان باغبانی خوشخوی. م(مترجم) چاپ اول مركز نشر دانشگاه شیراز صفحه (1-103)

4-    عبدمیشانی. س و ع. الف. ش. بوشهری (1377) اصلاح نباتات تكمیلی (جلد اول) بیوتكنولوژی گیاهی.

5-    فاضل زاده.ع. (1382) بررسی تأثیر تیمارهای دمایی بر باززایی كالوس در كشت جنین نارس جو. پایان نامه كارشناسی ارشد اصلاح نباتات دانشكده كشاورزی دانشگاه تهران.

6-    كوچكی،ع،مترجم. (1373) زراعت در مناطق خشك. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 202 صفحه

7-    مطلبی آذر. ع و ع. جعفری مفیدآبادی (1379) بررسی میزان كالزایی، جنین زایی سوماتیكی و باززلیی گیاه در جمعیتهای یونجه ایرانی با استفاده از چهار روش رایج، دانش كشاورزی جلد 1 شماره 2 صفحات 1-13.

8-    مهرابی.ع.1. (1381) بررسی كال زایی و باززایی در كلزا و امكان ارزیابی مقاومت به شوری در این گیاه با استفاده از تكنیك كشت بافت. پایان نامه كارشناسی ارشد اصلاح نباتات. دانشكده كشاورزی دانشگاه تهران.

9-    نوری قنبلانی، ق. مترجم (1371) تجربیاتی در كشت بافتهای گیاهی، انتشارات دانشگاه تبریز. شماره 323. 411 صفحه

10-ولیزاده، م و كامیا. ت. 1372. بررسی كال زایی، رشد كال و پروتئین كال در گونه های یونجه (Medicaago) اولین كنگره علوم زراعی ایران. مشهد.

11-Agrawal. L.R, (1998) Fundamenteds of plant breeding in hybrid seeds.

12-Alexander I.K, Debchev P.D, Attanassov A.I. & Scrag A.H (1994) Alfalfa embryo production in airlift vessels via Domatic embryigenetsis, Plant cell, Tissue and Organ cutture 38:19-23

13-Allen, S.G., A.K. Dobrenz, and P.G. Bartels. 1986. Physiological response of Salt-tolerant and non tolerant alfalfa to salinity during germination. Crop Scince 26:1004-1008

14-Al-Niemi, T.S. W.F. camphell, and M.D. Rumbaugh. 1992. Response of alfalfa cultivars to salinity during germination and post germination growth. Crop Scince 32:976-980

15-Arcyones, Davey.M.R, Santos. A.V. P and Cockyng. E. (1982) Somatic embryogenesis in tissue from mesophyl and