اطلاعات عمومی,ویکی ژن
محیطهای کشت بافت گیاهی، انواع، ترکیبات و نقش آن در رشد و باززایی گیاهان
مقدمهای بر محیطهای کشت بافت گیاهی، انواع، ترکیبات و نقش آن در رشد و باززایی گیاهان
محیط کشت یکی از مهمترین عوامل موفقیت در کشت بافت گیاهی است. سلولها و بافتهای گیاهی برای رشد، تقسیم، تمایز و باززایی به مجموعهای متعادل از مواد غذایی، ترکیبات آلی و تنظیمکنندههای رشد نیاز دارند. از آنجا که نیازهای تغذیهای گیاهان مختلف با یکدیگر متفاوت است، هیچ محیط کشتی وجود ندارد که بتواند برای تمام گونههای گیاهی و همه مراحل رشد مورد استفاده قرار گیرد.
توانایی سلولهای گیاهی برای بازگشت به حالت تمایزنیافته و تشکیل اندامهای جدید (Totipotency)، پایه اصلی استفاده از محیطهای کشت مصنوعی در فناوری کشت بافت است. با تغییر ترکیب محیط، بهخصوص تنظیم نسبت هورمونهای گیاهی، میتوان مسیر رشد سلولها را به سمت تشکیل کالوس، تولید شاخساره، ریشهزایی یا باززایی کامل گیاه هدایت کرد.
امروزه محیطهای کشت گیاهی در بسیاری از حوزهها مانند تکثیر سریع گیاهان ارزشمند، تولید گیاهان عاری از بیماری، اصلاح نباتات، مهندسی ژنتیک، تولید متابولیتهای ثانویه و حفاظت از ذخایر ژنتیکی کاربرد گسترده دارند.
عوامل مؤثر در انتخاب محیط کشت گیاهی
انتخاب محیط کشت مناسب به عوامل مختلفی وابسته است و معمولاً بر اساس نوع گیاه، هدف آزمایش و نتایج مطالعات قبلی انجام میشود. حتی در یک گونه گیاهی مشخص، نوع ریزنمونه، مرحله رشد و شرایط آزمایشگاهی میتواند نیاز به تغییر در ترکیب محیط ایجاد کند.
مهمترین عوامل مؤثر در انتخاب محیط کشت عبارتاند از:
- نوع و ویژگیهای ژنتیکی گیاه
- نوع ریزنمونه (برگ، ساقه، مریستم، بذر، بساک و…)
- هدف کشت مانند القای کالوس، تکثیر، ریشهزایی یا باززایی
- مرحله رشدی بافت
- ترکیب هورمونی مورد نیاز
- حساسیت گیاه به غلظت نمکها و ترکیبات محیط
در بسیاری از موارد، یک محیط پایه از طریق تغییر غلظت مواد معدنی، تنظیم هورمونها و افزودن ترکیبات مکمل برای یک گیاه خاص بهینهسازی میشود.
ترکیبات اصلی محیطهای کشت بافت گیاهی
یک محیط کشت استاندارد شامل مجموعهای از ترکیبات معدنی و آلی است که نیازهای تغذیهای سلولها و بافتهای گیاهی را تأمین میکنند.
-
نمکهای معدنی
نمکهای معدنی بخش اصلی بسیاری از محیطهای کشت را تشکیل میدهند و شامل عناصر پرمصرف مانند نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و گوگرد و عناصر کممصرف مانند آهن، روی، منگنز، بور و مس هستند.
غلظت و نسبت این عناصر بر رشد سلولی، تقسیم سلولی، تشکیل اندامها و سلامت بافت تأثیر مستقیم دارد. برای مثال، میزان نیتروژن میتواند بر رشد سریع سلولها و فعالیتهای متابولیکی آنها اثرگذار باشد.
-
ترکیبات آلی و ویتامینها
ویتامینها و ترکیبات آلی مانند تیامین، نیکوتینیک اسید و پیریدوکسین در بسیاری از محیطهای کشت برای پشتیبانی از مسیرهای متابولیکی سلول استفاده میشوند. برخی محیطها ممکن است حاوی اسیدهای آمینه یا ترکیبات طبیعی پیچیده برای بهبود رشد برخی بافتهای خاص باشند.
-
منبع کربن
بسیاری از کشتهای درون شیشهای به دلیل شرایط محدود فتوسنتزی، به یک منبع کربن خارجی نیاز دارند. ساکاروز رایجترین منبع کربن در محیطهای کشت گیاهی است و انرژی لازم برای رشد و تقسیم سلولی را فراهم میکند.
-
تنظیمکنندههای رشد گیاهی
هورمونهای گیاهی مهمترین عوامل تعیینکننده مسیر رشد در محیط کشت هستند. نسبت اکسینها و سیتوکینینها میتواند سرنوشت سلولها را تغییر دهد؛ بهگونهای که افزایش اکسین معمولاً در القای کالوس یا ریشهزایی نقش دارد، در حالی که افزایش سیتوکینینها اغلب تشکیل شاخساره را تحریک میکند.
-
مواد جامدکننده
برای تهیه محیطهای جامد یا نیمهجامد از موادی مانند آگار و فیتاژل استفاده میشود. این ترکیبات با ایجاد ساختار ژلهای، امکان استقرار ریزنمونه و جذب تدریجی آب و مواد غذایی را فراهم میکنند.
انواع محیطهای کشت بافت گیاهی
محیطهای کشت را میتوان بر اساس حالت فیزیکی و ترکیب شیمیایی دستهبندی کرد.
محیط کشت جامد
محیطهای جامد با افزودن موادی مانند آگار یا فیتاژل تهیه میشوند و یکی از رایجترین انواع محیط در آزمایشگاههای کشت بافت هستند. این محیطها برای استقرار ریزنمونه، باززایی، کشت اندامها و تکثیر گیاهچهها کاربرد دارند و امکان کنترل بهتر موقعیت بافت و مشاهده آسان رشد را فراهم میکنند.
محیط کشت مایع
در محیطهای مایع، ماده جامدکننده حذف شده و سلولها یا بافتها در تماس مستقیم با محلول غذایی قرار میگیرند. این نوع محیط بیشتر در کشت سوسپانسیون سلولی، مطالعات متابولیکی و تولید ترکیبات ثانویه مورد استفاده قرار میگیرد.
محیط کشت نیمهجامد
این محیطها دارای مقدار کمتری ماده جامدکننده نسبت به محیطهای جامد هستند و برای برخی بافتهای حساس و مراحل استقرار کشت مناسباند. با این حال، رطوبت بالا در برخی شرایط میتواند خطر بروز شیشهای شدن (Vitrification) را افزایش دهد.
دستهبندی محیطها بر اساس ترکیب شیمیایی
محیطهای تعریفشده (Defined Media)
در این محیطها تمام ترکیبات و غلظت آنها مشخص است. کنترل دقیق اجزا باعث افزایش تکرارپذیری و استفاده گسترده آنها در پروتکلهای استاندارد شده است.
محیطهای تعریفنشده (Undefined Media)
این محیطها شامل ترکیبات طبیعی پیچیده مانند عصاره مخمر، آب نارگیل، عصاره گیاهی یا هیدرولیزات کازئین هستند. اگرچه ترکیب دقیق آنها مشخص نیست، اما در برخی گونهها میتوانند رشد و باززایی را بهبود دهند.
مهمترین محیطهای کشت مورد استفاده در کشت بافت
محیط MS
محیط موراشیگ و اسکوگ (Murashige and Skoog) که در سال ۱۹۶۲ معرفی شد، یکی از پرکاربردترین محیطهای کشت گیاهی در جهان است. این محیط به دلیل داشتن مقدار مناسب نمکهای معدنی، بهخصوص نیتروژن و پتاسیم، برای رشد سریع بسیاری از گونهها مناسب است.
نسخه نیمهغلظت این محیط (½ MS) نیز کاربرد گستردهای دارد و معمولاً برای ریشهزایی، کاهش فشار اسمزی و گیاهانی که نسبت به شوری حساس هستند استفاده میشود.
محیط B5
محیط گامبورگ B5 به دلیل ترکیب مناسب ویتامینها و شرایط تغذیهای مطلوب، در کشت سلولی، تولید کالوس و کشت سوسپانسیون کاربرد دارد و برای برخی گونههای حساس به شوری نیز مناسب است.
محیط WPM
محیط Woody Plant Medium برای گیاهان چوبی طراحی شده است. غلظت پایینتر نمکها در این محیط، آن را برای بسیاری از درختان و درختچههایی که به شوری حساس هستند مناسب کرده است.
محیط N6
محیط N6 یکی از محیطهای شناختهشده در کشت بساک و سیستمهای تولید هاپلوئید است و در برخی گونهها شرایط مناسبی برای رشد بافتهای تولیدمثلی فراهم میکند.
نقش هورمونها در طراحی محیط کشت
اگرچه محیط پایه مواد غذایی مورد نیاز سلول را فراهم میکند، اما ترکیب هورمونی نقش اصلی را در تعیین مسیر رشد بافت دارد.
بهطور کلی:
- محیطهای القای کالوس معمولاً دارای مقدار مناسبی از اکسینها هستند.
- محیطهای باززایی شاخساره معمولاً با افزایش نسبت سیتوکینینها طراحی میشوند.
- محیطهای ریشهزایی اغلب دارای اکسین و غلظت پایینتر نمکهای معدنی هستند.
بنابراین طراحی یک پروتکل موفق کشت بافت تنها به انتخاب محیط پایه محدود نمیشود و نیازمند تنظیم دقیق ترکیبات محیط، هورمونها و شرایط رشد متناسب با گونه گیاهی مورد نظر است. محیط کشت بافت گیاهی یکی از مهمترین عوامل تعیینکننده در موفقیت فرآیندهای کشت درون شیشهای است.
شناخت اجزای محیط، تفاوت میان انواع محیطها و توانایی اصلاح ترکیب آنها، از مهارتهای اساسی برای طراحی پروتکلهای موفق کشت بافت محسوب میشود. یادگیری اصول تهیه، انتخاب و بهینهسازی محیطهای کشت، به دانشجویان، پژوهشگران و فعالان حوزه زیستفناوری گیاهی کمک میکند تا درک عمیقتری از فرآیندهای رشد و باززایی گیاه داشته باشند و پروتکلهای کارآمدتری برای اهداف پژوهشی و کاربردی طراحی کنند.
همچنین بخوانید:
