انگیزه­ای که باعث شروع فعالیت در زمینه باززایی گیاه در شرایط درون شیشه گردید را می­توان به وقایعی که در شرایط طبیعی[۲۴] بوقوع می­پیوندد جستجو نمود. در قرن هجدهم، فردی به نام دوهامل دو مانسو[۲۵] با برداشتن بخشی از پوست درختان مشاهده کرد که در محل زخم، کالوس[۲۶] تولید می­ شود (گاسرت[۲۷]، ۱۹۸۵؛ بانگا[۲۸] و وانادرکس[۲۹]، ۱۹۹۲). مشاهدات وی اولین فعالیتی بود که در زمینه کشت­بافت انجام شد ولی از آنجایی که در آن زمان نظریه کشت­بافت عنوان نشده بود، به کشفیات او توجهی نشد، به همین دلیل، نتایج فعالیت­های دوهامل را به عنوان پیش تاریخ کشت بافت مطرح می­ کنند (گاسرت، ۱۹۸۵).
در حقیقت تاریخچه کشت­بافت از زمانی آغاز شد که نظریه پر­توانی[۳۰] سلول­های گیاهی عنوان شد. این نظریه توسط اسکیلیدن[۳۱] و اسکووان[۳۲] مستقلا بیان شد (افشاری­پور، ۱۹۹۳). این نظریه ادعا می­ کند سلول­های گیاهی از نظر داشتن کلیه اطلاعات لازم جهت ایجاد یک گیاه کامل، مستقل هستند و در اصل هر سلول گیاهی قادر است به گیاه جدیدی تبدیل شود (باجاج[۳۳]، ۱۹۸۷؛ بارون[۳۴] و فین­اگولد[۳۵]، ۱۹۹۰).
از آن پس فعالیت زیادی برای تولید کالوس و اثبات نظریه پر­توانی سلول­های گیاهی انجام شد ولی نظریه تئوریکی کشت سلول­ها نهایتا توسط گیاه­شناسی آلمانی به نام هابرلنت[۳۶] در سال ۱۹۰۲، مطرح شد. وی معتقد بود که یک محیط غذایی مصنوعی می ­تواند شرایط رشد و نمو و تکثیر را همانند شرایط طبیعی برای گیاه فراهم کند و این باعث توسعه یک سلول به یک گیاه کامل می­ شود (اسکیلد-رنت­اسکلر[۳۷] و اسکمیدیش[۳۸]، ۱۹۸۴).

در اوایل قرن بیستم، عموما فعالیت­هایی که در زمینه کشت سلول انجام می­گرفت با شکست روبرو می­شد ولی چشم­انداز روشن، زمانی ایجاد شد که برای اولین بار کشت اندام با موفقیت انجام شد. این موفقیت توسط رابینز[۳۹] ۱۹۹۲ در امریکا بدست آمد (افشاری­پور، ۱۹۹۳؛ باجاج و ساپوری[۴۰]، ۱۹۸۸)، به همین دلیل رابینز را اولین فردی که چندین مرحله بازکشت[۴۱] از ریشه ­های جدا شده بدست آورد، می­دانند (افشاری­پور، ۱۹۹۳؛ گاسرت، ۱۹۸۵). علیرغم این موفقیت، کشت­های وی بطور کامل زنده نمی­ماند. علت این شکست را در نوع ماده گیاهی انتخابی مورد کشت وی دانسته ­اند. اگر رابینز از ریشه گیاهان دولپه استفاده می­کرد، احتمالا موفقیت بیشتری بدست می ­آورد زیرا هموطن او وایت[۴۲] ۱۹۳۴ توانست با بهره گرفتن از محیط­های کشت مشابه ولی با بهره گرفتن از ریشه گوجه­ فرنگی، کشت­های کاملی بدست آورد و آن­ها را به مدت طولانی زنده نگه دارد (گاسرت، ۱۹۸۵).
موفقیت دیگر وایت این بود که متوجه شد انتقال نوک ریشه از کشت اول به محیط کشت جدید، بافت­های سالمی بدست می­دهد، در حالی که کشت­های اول آلوده به ویروس بودند. هجده سال بعد، این واقعیت که نقاط مریستمی نوک ریشه و ساقه عاری از ویروس هستند، کشف شد (گاسرت، ۱۹۸۵).
فراز مهم دیگر در تاریخ کشت بافت زمانی حاصل شد که جنین­های ارکیده استریل در شرایط درون شیشه بر روی محیط کشت ساده رشد کردند و این کار ثابت کرد رشد و توسعه گیاه می ­تواند بدون همزیستی با سایر اندام­ها امکان پذیر گردد (باجاج، ۱۹۸۷).
در رابطه با کشت جوانه، فعالیت­هایی توسط رابینز ۱۹۹۲ و وایت ۱۹۳۴ انجام گرفت ولی هر دو، نتایج ضعیفی بدست آوردند. لو[۴۳] در سال ۱۹۴۵ موفقیت­هایی در زمینه کشت جوانه­های مارچوبه بدست آورد (باجاج، ۱۹۸۷)، ولی بال[۴۴] در سال ۱۹۴۶ در مقاله­ای که انتشار داد بیان کرد با کشت قسمتی از مریستم ساقه، توانسته است به یک گیاه کامل برسد. به همین دلیل بال را به عنوان پدر ریزازدیادی و تکثیر می­شناسند (گاسرت، ۱۹۸۵).
مرحله مهم دیگر در تاریخ کشت­بافت، کشف اکسین[۴۵] بود. توسط ونت[۴۶] در سال ۱۹۲۶ کشف شد. این هورمون ایندول استیک اسید[۴۷] (IAA) بود که در سال ۱۹۳۴ خصوصیات آن توسط کوگل[۴۸] و همکاران ۱۹۳۴ بر روی گیاه تعیین شد. نهایتا گاسرت و وایت در سال ۱۹۳۴ مستقلا ولی به طور همزمان، از اکسین جهت تولید کالوس بر روی اندام گیاهی کشت شده و تداوم رشد آن استفاده کردند. قبل از این، تولید کالوس بدون استفاده از اکسین امکان پذیر نبود (اسکیلد-رنت­اسکلر و اسکمیدیش، ۱۹۸۴؛ گاسرت، ۱۹۸۵؛ باجاج، ۱۹۸۷).
با شناخته شدن اثرات اکسین، فعالیت­های زیادی در ایجاد کالوس بر روی گیاهان دولپه­ای انجام شد و موفقیت­هایی نیز حاصل شد که این نتایج ناشی از حساسیت کامبیوم[۴۹] به اکسین بود. یعنی تنها ماده­ تنظیم کننده­ رشدی که تا آن زمان شناخته شده بود. علیرغم این مطلب، کاربرد اکسین در کشت گیاهان تک لپه­ای نتیجه بخش نبود و با شکستی که در تلاش­ های اولیه ایجاد گشت، مشخص شد که اکسین نمی­تواند از کشت بافت گیاهان تک لپه­ای حمایت کند (گاسرت، ۱۹۸۵).
در سال ۱۹۴۰ بِلَکِسلی[۵۰] سعی کرد هیبریدهایی[۵۱] از گونه­ های مختلف تاتوره بدست آورد. با توجه به این­که لقاح با موفقیت انجام می­شد ولی جنین پس از مدتی از بین می­رفت. وی معتقد بود مادگی اطراف جنین بر روی آن اثر سوء دارد و پیشنهاد کرد که جنین، خارج از مادگی کشت داده شود. برای این منظور، آندوسپرم[۵۲] مایع نارگیل (شیره نارگیل) به عنوان محیطی مناسب برای رشد جنین، مطرح شد (اسکیلد-رنت­اسکلر و اسکمیدیش، ۱۹۸۴؛ گاسرت، ۱۹۸۵؛ باجاج، ۱۹۸۷). آزمایشات اولیه با این ماده موفقیت­آمیز بود و در نهایت ون آوربیک[۵۳] و همکارانش در سال ۱۹۴۱ توانستند هیبریدهای کامل تاتوره را بدست آورند. با مشخص شدن اثر شیره نارگیل، آزمایشات زیادی با بهره گرفتن از آن انجام شد. گاسرت با بکار­گیری شیره نارگیل در کشت کامبیوم هویج، تکثیری به مراتب بیش از اکسین بدست آورد. مورل[۵۴] ۱۹۵۰ با بهره گرفتن از این ماده توانست رشد زیادی در کشت بافت تک لپه­ای­ها مشاهده کند (گاسرت، ۱۹۸۵).
با بهره گرفتن از این کشف جدید، کشت بافت به تمام گروه ­های گیاهان آوندی توسعه یافت. ولی این سوال که شیره­ی نارگیل حاوی چه ماده­ای است که دارای حالت تحریک کننده ­ای متفاوت با اکسین است، مطرح شد. برای پاسخ به این سوال، درصدد پی بردن به خصوصیات شیمیایی این ماده برآمدند. پس از تقطیر شیره­ی نارگیل و آزمایشات متعدد بر روی آن، نهایتا ساختمان شیمیایی این ماده فعال غیر­اکسینی موجود در بافت­های گیاهی توسط اسکوگ[۵۵] و همکارانش در سال ۱۹۴۸ شناخته شد. وی ثابت کرد که آدنین[۵۶]، تقسیم سلولی را تحریک کرده و تشکیل جوانه در بافت­های توتون را ایجاد می­ کند (گاسرت، ۱۹۸۵).
در آن زمان دخالت آدنین در تقسیم سلولی مشخص شده بود و اسکوگ تصور می­کرد که شیره­ی نارگیل محتوی ماده­ای شبیه به آدنین است که قادر به تکثیر بافت می­باشد. وی توسط همکارانش آزمایش­هایی با عصاره اسید نوکلئیک اسپرم ماهی، گوساله و مخمر انجام دادند و نهایتا موفق شدند از عصاره­ی مخمر اتوکلاو شده، یک مشتق از آدنین به نام کینتین[۵۷] را استخراج کنند (افشاری­پور، ۱۹۹۳). این ماده در حضور IAA باعث تکثیر سلول­های توتون و تشکیل جوانه می­شد (گاسرت، ۱۹۸۵). آن­ها هم­چنین بیان کردند خصوصیت تحریک جوانه توسط کینتین ناشی از اثر متقابل بین کینتین و اکسین است. انتشار این نتیجه منجر به آزمایش­هایی شد که نهایتا مشخص کرد ایجاد ریشه و ساقه مشروط به تعادل بین این دو ماده است، بدین معنی که نسبت بیشتر اکسین به کینتین باعث تولید ریشه و نسبت کمتر تولید ساقه را سبب می­ شود (وانگ[۵۸] و هو[۵۹]، ۱۹۸۵؛ گاسرت، ۱۹۸۵).
این نظریه می­توانست در رابطه با توتون کاربرد داشته باشد ولی عمومیت دادن آن برای تمام گیاهان صحیح نبود. با کشف اسید جیبرلیک[۶۰] (GA3) و آبسِسیک اسید[۶۱] (ABA)، تئوری اسکوگ کامل گردید (گاسرت، ۱۹۸۵).
از آنجایی­که کینتین یک ماده مصنوعی و دارای فعالیتی شبیه به ماده موجود در شیره نارگیل بنام سیتوکینین[۶۲]بود، بنابراین تحقیقات برای یافتن سیتوکینین طبیعی همچنان ادامه داشت. اولین گام در این زمینه توسط میللر[۶۳] در سال ۱۹۶۱ برداشته شد، وی مشخص کرد در اندوسپرم جوان ذرت ماده­ای با خصوصیات شبیه سیتوکینین وجود دارد. این ماده زآتین[۶۴] نامیده شد. زآتین توسط لسام[۶۵] ۱۹۶۳ جدا شد و توسط شنون[۶۶] و مک­دونالد[۶۷]، ساختمان مولکولی آن مشخص گردید. نهایتا، آن­ها ثابت کردند که سیتوکینین شیره­ی نارگیل در واقع ریبوزیل زآتین[۶۸] می­باشد. این نتیجه در سال ۱۹۷۵ مورد تایید دروز[۶۹] و ون­استادن[۷۰] نیز قرار گرفت.

  • ریزازدیادی سیب­زمینی:

زمانی که تعداد زیادی گیاهچه دارای ژنوتیپ مطلوب با حداکثر سلامت از نظر عوامل بیماری­زا، در مدت زمان کوتاهی مورد نیاز باشد، اغلب از کشت گره برای تکثیر سریع استفاده می­ شود. سیب­زمینی یکی از گیاهان الگو جهت انجام آزمایشات کشت­بافت می­باشد که به دلیل توان باززایی بالا، تولید گیاهچه این گیاه از طریق کشت بافت در سطح بسیار وسیع صورت می­گیرد (هاگ­من[۷۱]، ۱۹۹۱؛ کریستوفر[۷۲] و راجم[۷۳]، ۱۹۹۶؛ آنددرید[۷۴] و همکاران، ۱۹۹۹). در این تحقیقات، چپمن[۷۵] در سال ۱۹۵۵ تکثیر سیب­زمینی و تولید ریزغده را در شرایط درون شیشه ­ای با بهره گرفتن از جوانه­های رویشی در محیط کشت وایت انجام داد (چپمن، ۱۹۵۵).
معرفی محیط کشت MS[76] در سال ۱۹۶۲ موجب تحول زیادی در کشت­بافت و ریزازدیادی سیب­زمینی گردید (موراشیگ[۷۷] و اسکوگ، ۱۹۶۲).
در تحقیقی اسپینوزا[۷۸] و همکاران سال ۱۹۹۱ قطعات ساقه که دارای گره بودند را روی محیط کشت MS با ۲۵/۰ میلی­گرم در لیتر GA3 و ۲ میلی­گرم در لیتر کلسیم پنتوتنات[۷۹] کشت کردند که در طی ۳-۴ هفته، تعداد گره­ها ۶ برابر شد ولی زمانی که در محیط کشت مایع MS همراه با ۴/۰ میلی­گرم در لیتر GA3 و ۵/۰ میلی­گرم در لیتر بنزیل آدنین[۸۰] (BA) و ۱/۰ میلی­گرم در لیتر نفتالین استیک اسید[۸۱] (NAA) کشت نمودند افزایش تعداد گره­ها ۱۰ تا ۲۰ برابر بود (زیمرمن[۸۲] و همکاران، ۱۹۹۵).
استفاده از کشت بافت جهت ریزازدیادی سیب­زمینی در بسیاری از کشورها به ویژه برای تکثیر سریع، حذف عامل بیماری­زا، کنترل بیماری و اصلاح نباتات به دلایل ذیل خیلی سریع توسعه یافته است:

  • تعداد زیادی گیاهچه عاری از بیماری در مدت زمان کوتاهی تولید می­ شود.
  • تکثیر را می­توان در محیط کوچک با کنترل دقیق محیطی صورت داد، بنابراین تولید در تمام سال امکان پذیر است و علاوه بر این، انبار دارای نتاج تکثیر یافته، اغلب آسان است (استروک و ویرسیما، ۲۰۰۲).
  • عوامل موثر در ریزازدیادی سیب­زمینی:

عوامل موثر بر رشد و نمو گیاه را در محیط آزمایشگاهی می­توان به دو دسته ژنتیکی و محیطی تقسیم نمود که عوامل ژنتیکی شامل خصوصیات ژنتیکی گیاه مورد نظر بوده و عوامل محیطی شامل موارد مختلفی از جمله عوامل فیزیکی و ترکیبات محیط کشت، شامل: آب، عناصر پرمصرف، عناصر کم­مصرف قندها و مواد آلی از قبیل تنظیم کننده­ های رشد، ویتامین­ها و غیره می­باشد (ادوین[۸۳] و همکاران، ۲۰۰۸).
۱-۶-۱- ترکیبات محیط کشت:
محیط کشت­بافت گیاهی از اجزا مختلفی شامل آب، قند، مواد معدنی، آگار، ویتامین­ها، هگزیتول­ها[۸۴] و تنظیم کننده­ های رشد گیاهی تشکیل می­ شود.
۱-۶-۱-۱- قند:
در شرایط درون شیشه ­ای، شرایط مناسب برای فتوسنتز مهیا نیست و یا اصولا به علت کمبود نور، فتوسنتز انجام نمی­ شود. بافت­های سبز در این شرایط به قدر کافی اتوتروف نیستند، بنابراین قند جزء بسیار مهمی در هر نوع کشت است. ساکارز یا گلوکز با غلظت %۵-۲ به طور معمول در کشت بافت استفاده می­شوند (کریکوریان[۸۵]، ۱۹۹۵). اتوکلاو کردن می ­تواند موجب ایجاد تغییراتی در قندها شود با این حال در منابع علمی هنوز ابهاماتی در این رابطه وجود دارد (جاکوبسن[۸۶]، ۱۹۸۱).
۱-۶-۱-۲- مواد معدنی:
مواد معدنی مورد استفاده گیاهان اصولا بر اساس میزان مصرف به دو دسته عناصر پرمصرف و کم­مصرف تقسیم می­شوند. انتخاب مخلوط نمک­های پر مصرف و کم مصرف، شدیدا به گیاه مورد مطالعه بستگی دارد. کاربرد محیط کشت موراشیگ و اسکوگ ۱۹۶۲ یا محیط کشت MS به دلیل این­که بسیاری از گیاهان به آن عکس­العمل مناسبی نشان می­ دهند، بسیار متداول است. عناصری مثل ازت، فسفر، گوگرد، منیزیم و کلسیم پر مصرف می­باشند که به میزان گرم در لیتر استفاده می­شوند. عناصری مثل آهن، منگنز، روی، بر، مس، مولیبدن و کبالت جزء عناصر کم مصرف بوده و به میزان کمتری در محیط کشت استفاده می­شوند (بلارمینو[۸۷] و همکاران، ۱۹۹۴).
نیتروژن:
نیتروژن در متابولیسم اسیدهای آمینه و پروتئین­ها اهمیت دارد. بنابراین در رشد و تمایز نقش مهمی ایفا می­ کند. در شرایط طبیعی گیاهان، وجود نیتروژن بر رشد طولی ساقه و شکل ظاهری به نحو خاصی تاثیر می­ گذارد. در محیط کشت نیتروژن از طریق نمک­های نیترات و آمونیوم اسیدهای آمینه و فرآورده ­های آلی و پیچیده نظیر شیره نارگیل و کازئین هیدرولیز شده فراهم می­ شود. نیتروژن یکی از پرمصرف­ترین عناصر است. بیشتر گیاهان را بر ترجیح می­ دهند. اگر چه بعضی اوقات از اشکال نیتروژن آلی مانند اسیدهای آمینه استفاده می­ شود. به عنوان مثال L-گلوتامین متداول­ترین منبع نیتروژن آلی است ( کارلس[۸۸] و همکاران، ۱۹۹۲). نیترات به دلیل این­که به سرعت جذب شده و وارد متابولیسم سلولی می­ شود یک منبع خوب نیتروژن به حساب می ­آید. به علاوه نیترات در محیط کشت غذایی به دلیل این­که روی تعدادی از فرآیندهای نمو اثر می­ گذارد دارای اهمیت است (جورج[۸۹] و د کلرک[۹۰]، ۲۰۰۸).
کلسیم:
کلسیم جزیی از دیواره سلولی، غشاها و لیگنین است که دارای فعالیت یونی سیتوپلاسمی و تحریک فیزیولوژیکی کمی است در نتیجه میزان تجمع، تعادل بین سلولی و انتقال آن در آوندهای چوبی پایین می­باشد. یک وظیفه مهم کلسیم حفاظت از غشای سلولی در برابر آسیب دیدن و پاره نشدن است. به­علاوه، کلسیم با تقسیم و بزرگ شدن سلول در ارتباط است. هم­چنین کلسیم در واکنش­های فیتوکرومی نقش داشته و با سنتز دیواره سلولی که توسط اکسین تحریک می­گردد، مرتبط است. کلسیم سیتوپلاسمی تنظیم کننده­ عمل هورمون­ها است و به طیف وسیعی از علایم محیطی از قبیل نور و حرارت واکنش نشان می­دهد. وجود کلسیم با غلظت بالا در محیط کشت اثرات سوء غلظت بیش از حد را که باعث عدم رویان­زایی غیرجنسی می­ شود، خنثی می­ کند. غلظت کلسیم در محیط کشت به دلیل این که دارای حلالیت کمتری در آب می­باشد اغلب کم است. چنین حالتی به کمبود کلسیم در بافت کشت شده می­انجامد. مشخصه بارز کمبود کلسیم نکروزه شدن نوک ساقه است (ادوین، ۲۰۰۸).
منیزیم:
منیزیم، فعال کننده آنزیم­ها یا محرک عمل آن­ها پس از شروع فعالیت است. هم­چنین یک عضو ساختمانی کلروفیل بوده و برای حفظ تمامیت ریبوزوم و اسیدهای نوکلئیک و استحکام غشاها ضروری است. منیزیم به شدت با کلسیم و منگنز در تقابل است (ادوین، ۲۰۰۸).
پتاسیم:
پتاسیم، فراوان­ترین کاتیون در سلول است که نقش مهمی در کنترل اسمزی ایفا می­ کنند. پتاسیم تعدادی از آنزیم­ های مهم سیتوپلاسم را که برخی از آن­ها در سنتز پروتئین و گلیکولز دخالت دارند، فعال می­ کند. پتاسیم سیتوپلاسمی برای حداکثر کردن فعالیت فتوسنتزی، کنترل فرایند انتقال غشایی و تنظیم pH سیتوپلاسمی لازم است. در واکوئل پتاسیم نقش مهمی در کنترل فشار تورژسانس دارد. در گیاهان با کمبود پتاسیم، کاتیون­هایی نظیر سدیم، منیزیم و کلسیم می توانند در کنترل تورم سلولی جانشین پتاسیم گردند. در محیط کشت که به طور مطلوبی بالانس شده، بافت­های کشت شده تجمع پتاسیم را بیش از سدیم ترجیح می­ دهند. در شرایط نامتعادل این تمایلات به شدت به جذب سدیم تبدیل می­گردد. غلظت پتاسیم در ساقه­ها و در برگ­های جوان بیشتر است. جذب پتاسیم با سیتوکینین­ها و نور تحریک شده و با ABA محدود می­گردد. کمبود پتاسیم می ­تواند منجر به تجمع پلی­آمین[۹۱] گردد (ادوین، ۲۰۰۸).

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...