مقدمة عن زراعة الأنسجة

يعتمد علم زراعة الأنسجة أساسا على مفهوم المقدرة الشاملة للخلية الحية Totipotency ومعناه أن الخلية النباتية الواحدة يمكنها أن تتطور وتقوم بشتى العمليات الحيوية ويمكنها أن تكون نباتا كاملا Regeneration هذا المفهوم وضعه Morgan عام 1901 وفي الواقع سبقه Schwann عام 1839 حين قدم نظرية الخلية Cell Theory والتي تقول أن أي خلية حية في جسم الكائن عديد الخلايا يمكنها أن تحيا وتتطور باستقلال تام عن بقية الخلايا بشرط إمدادها من الخارج بكل العوامل المناسبة لنموها .

وفي عام 1954 قال White أنه إذا كانت كل خلايا النبات الواحد متشابهة وكلها ذات قدرات شاملة فإن الاختلافات الموجودة بين أنواع الخلايا ترجع إلى استجابات هذه الأنواع للبيئة الدقيقة Microenvironment وكذلك استجابتها للخلايا الأخرى المجاورة لها في داخل جسم النبات وبالتالي فإنه من الممكن استعادة الوظائف أو القدرات التي توقفت بعزل الخلايا بعيدا عن المؤثرات المسؤلة عن هذا التوقف أما إذا فقدت الخلية القدرة على أداء بعض الوظائف فإنها لا تصبح داخل جسم النبات خلايا شاملة القدرات وبالتالي فإن عزلها بعيدا عن النبات لن يكون له أثر على استعادة تلك الأنشطة .

وتكنيك زراعة الأنسجة يمكن الباحث من عزل الخلايا والأنسجة والأعضاء من النبات الأم لدراستها كوحدات بيولوجية مستقلة ومن الطبيعي أن هذا المستوى من التعامل مع جسم النبات له أهمية كبرى في شتى مجالات الدراسات العملية النباتية.

ويسهم تكنيك زراعة الأنسجة في مجالات زراعية متعددة منها :

1-   تربية النباتات الأحادية

2-   الإكثار الدقيق

3-   إنتاج نباتات خالية من الأمراض

إنتاج المركبات الثانوية الهامة اقتصاديا

4-   الهندسة الوراثية

5-   حفظ المادة الوراثية أو ما يعرف ببنوك الجينات

ويعتبر أكثر المجالات نجاحا هو مجال الإكثار الدقيق حيث تحقق في أكثر من 600 نوع نباتي تشمل أنواع عشبية وشجيرية وشجرية سواء محاصيل أو خضر أو فواكه أو أشجار غابات

وبالنسبة للمجالات الأخرى نجد أن تربية النباتات الأحادية أعطت عددا محدودا جدا من الأصناف الجديدة وذلك لندرة ظهور التراكيب الوراثية المرغوبة اقتصاديا باستعمال هذه الطريقة

أما في مجال استخدام المطفرات المختلفة للحصول على أصناف جديدة فقد نجحت إلى حد كبير في إنتاج أصناف جديدة تتحمل الظروف البيئية المعاكسة أو تتحمل الإصابة ببعض الأمراض وأصبحت زراعة الأنسجة تكنيك هام جدا في مجال أمراض النبات .

أما بالنسبة للهندسة الوراثية فهي تعتبر مجالا واسعا يمكن بواسطته تحقيق الكثير في تحسين القدرات الإنتاجية لكثير من المحاصيل الزراعية ويعتمد هذا التكنيك على إدخال مادة وراثية جديدة إلى البروتوبلاست أو الخلية ولو أن ذلك يصاحبه الكثير من المشكلات أهمها قدرة المادة الوراثية الجديدة على الاندماج في الهيئة الوراثية للنوع الأصلي ثم قدرتها على ترجمة معلوماتها الوراثية في السيتوبلازم ثم على مستوى النبات الكامل ومع ذلك فالمحاولات مستمرة وأمكن فعلا انتاج بعض الأصناف الجديدة من كثير من المحاصيل الاقتصادية باستعمال الهندسة الوراثية وكان أولها في الظهور على نطاق بحثي عام 1994

-   وبالنسبة لانتاج المركبات الثانوية الهامة اقتصاديا فيشمل ذلك زراعة معلقات خلوية على نطاق ضخم لانتاج هذه المركبات الهامة مثل المضادات الميكروبية – قلويدات مضادة للأورام – مكسبات الطعم واللون للأطعمة – الفيتامينات – مبيدات حيوية للحشرات – انزيمات وغيرها

-   والمشكلة هنا هي الثبات الوراثي للخلايا طوال فترات الزراعة .

طرق زراعة الأنسجة النباتية

Techniques of tissue culture

تنقسم طرق زراعة الأنسجة النباتية إلى قسمين :

القسم الأول :

طرق يتم فيها استخدام أجزاء نباتية حاوية على المرستيم وتشمل الطرق الآتية :

أ- التكاثر الخضري الدقيق                   Micropropagation  

وتضم زراعة المرستيم ، زراعة القمم النامية ، زراعة عقل صغيرة بطول 1-2سم على بيئات غذائية محددة التركيب لحثها على النمو والإكثار .

ومن أهم فوائد الإكثار الخضري الدقيق :

1-    تسمح بإعطاء أعداد كبيرة من النباتات والخالية من الأمراض وجيدة النمو تضاهي آلاف المرات من عدد النباتات الذي يمكن الحصول عليه بالطرق التقليدية .

2-    تسمح بالحصول على نباتات خالية من الأمراض الفيروسية وذلك عند زراعة المرستيم الذي لا يصاب بالفيروسات .

3-    تضمن تقنيات التكاثر الخضري الدقيق الحصول على نباتات مشابهة تماما للنباتات الأم .

4-    تسمح بإكثار أنواع وأصناف يصعب إكثارها بالطرق التقليدية مثل النخيل حيث تعد طريقة الإكثار بالفسائل هي الطريقة الشائعة في إكثار النخيل وهذه الطريقة محدودة الإنتاج وصعبة .

5-    تسمح بإكثار الأصناف والسلالات عديمة البذور كما تسمح بإكثار الأصناف الجديدة التي يمكن الحصول عليها نتيجة عمليات التحسين الوراثي المختلفة .

6-    تعمل على سهولة تداول النباتات بين المراكز العالمية والدول ، وحفظ الأصول الوراثية والإستغناء عن حقول الأمهات الكبيرة قدر الإمكان وتسمح بالعمل على مدار السنة دون التأثر بالعوامل الخارجية .

ب- التطعيم الدقيق                   Micrografting  

يقصد به تطعيم القمم النامية لنوع نباتي على بادرات بذرية صغيرة لنبات آخر مزروع على وسط غذائي معقم .

يجب أن تجرى عملية التطعيم في جو معقم وباستخدام أجزاء نباتية وأدوات معقمة ، ثم تزرع المطاعيم على وسط مغذ معقم وتوضع فيما بعد في غرف النمو لتحريضها على الالتحام والنمو .

وللتطعيم الدقيق أهمية كبيرة منها :

1-    يمكن عن طريقها الحصول على نباتات خالية من الأمراض الفيروسية .

2-    يمكن عن طريقها دراسة ظاهرة التوافق بين الأصل والطعم في الأنواع النباتية والكشف المبكر عن ظاهرة عدم التوافق .

3-    تعد تقنية التطعيم الدقيق إحدى تقنيات تجديد فتوة الأشجار المعمرة وبالتالي تستعيد قدرتها على الإكثار والتجذير .

القسم الثاني :

طرق يتم فيها استخدام أجزاء نباتية خالية من الأنسجة المرستيمية

أ- زراعة البروتوبلاست                   Protoplaste

البروتوبلاست خلية نباتية خالية من الغشاء البكتوسللوزي تزرع للحصول على نباتات كاملة وهذه الطريقة تمكننا من الحصول على أجنة خضرية إذا نمت البروتوبلاست وأعطت أجنة مباشرة دون المرور بمرحلة الكالس ففي هذه الحالة النباتات الناتجة عن الأجنة المتكونة تكون مشابهة في تركيبها للنبات الأم تماما.

وتعد إحدى طرق الإكثار الخضري أما إذا مرت البروتوبلاست أثناء نموها بطور الكالس ففي هذه المرحلة يكون لها فوائد كثيرة ف مجال التحسين الوراثي حيث تعد وسيلة للبحث عن خليط وراثي ذي فائدة أو هجين ذي مميزات هامة .

ب- زراعة الخلايا النباتية        Cell culture  

يعنى زراعة الخلايا النباتية أو كتل خلوية على أوساط غذائية سائلة ومتحركة بحيث تحوي البيئات المغذية سائر المتطلبات الغذائية اللازمة لانقسام الخلايا وإكثارها داخل المعلق الخلوي يمكن الحصول على نباتات كاملة بدءا من الخلايا النباتية الحرة . ففي هذه الحالة تعد طريقة من طرق الإكثار الخضري على شرط تكوين أجنة خصرية بدءا من خلايا المعلق الخلوي مباشرة دون المرور بالكالس .

أما إذا أعطت الخلايا في بداية الأمر كالس وتطورت فيما بعد إلى أجنة خضرية ففي هذه الحالة الأجنة الخضرية قد تكون مشابهة في تركيبها الوراثي للنبات الأم وقد تكون مغايرة إذ تؤدي إلى إعطاء نباتات ذات تراكيب وراثية جديدة تستخدم في هذه الحالة في التحسين الوراثي للنباتات البستانية ونباتات المحاصيل حيث يمكن الحصول على طفرات أو نباتات مقاومة لبعض الأمراض أو مقاومة لبعض الظروف البيئية الصعبة والتي تنعكس على تحسين الكم النوعي للنباتات المراد تحسينها .

كما يمكن أن تستخدم زراعة الخلايا النباتية لإصطناع بعض المركبات الثانوية المستخدمة في بعض الصناعات الدوائية وفي صناعة العطور والصناعات التجميلية .

جـ - زراعة حبوب اللقاح                  Grain pollen culture

إن الهدف من زراعة حبوب اللقاح هو الحصول على نباتات وحيدة الصيغة الصبغية والتي تنتج عن تطور حبوب اللقاح بعد الانقسام الاختزالي ولهذه النباتات أهمية كبيرة في مجال تربية النبات والتحسين الوراثي للنباتات البستانية حيث يمكن استخدامها في الحصول على هجن وراثية هامة وفي برامج التهجين للحصول على أصناف جديدة ذات قيمة تجارية .

د- زراعة الكالس                  Callus culture

يتم الحصول على الكالس من مصادر نباتية مختلفة من المرستيم ، البداءات الورقية ، البراعم الجانبية ، الجذور ، ميزوفيل الأوراق ، البروتوبلاست ، الخلايا النباتية ، أنسجة اللحاء والبارانشيم ....

يمكن أن يتطور الكالس ويعطي نباتات كاملة وهذا ما يعرف بالتكون Regeneration   حيث تتكون براعم وجذور على الكالس غير متميز وعندما تنمو تعطي نباتات قد تكون مشابهة أو مغايرة في تركيبها الوراثي للنبات الأم لهذا فإن لزراعة الكالس أهمية كبيرة في مجال التحسين الوراثي للنباتات حيث يمكن الحصول على أصناف جديدة وطفرات وراثية هامة مما يؤدي إلى تحسين النباتات المدروسة .

كما يمكن الحصول على أجنة خضرية بدءا من الكالس وهذه الطريقة تستخدم في إكثار بعض الأنواع النباتية كنخيل التمر ونخيل الزيت .