W poprzednim wpisie wprowadziliśmy Was w świat roślinnych kultur in vitro. Dziś chcielibyśmy przedstawić podstawowe rodzaje kultur in vitro oraz możliwości ich zastosowania w praktyce. Kierunek rozwoju eksplantatów, które wprowadziliśmy do kultury in vitro, zależy od rodzaju i wzajemnych proporcji regulatorów wzrostu obecnych w pożywce, od warunków kultury oraz od rodzaju i fizjologicznej kondycji eksplantatów. Może to być rozwój ukierunkowany na tworzenie niezróżnicowanej tkanki kalusowej, na rozwój pąków wierzchołkowych i bocznych, na powstawanie pędów i korzeni przybyszowych lub na regenerację zarodków somatycznych. W zależności od tego kierunku mówimy o różnych typach kultur.

Kultury kalusa

Kalus, znany również pod nazwą tkanka przyranna, powstaje w naturze w miejscu zranienia rośliny. Budują go głównie komórki miękiszowe o nieuporządkowanym układzie. W kulturach in vitro ta niezróżnicowana lub słabo zróżnicowana tkanka może być indukowana praktycznie na każdego rodzaju eksplantacie, jeśli tylko wyłożymy go na pożywkę z odpowiednimi proporcjami auksyn i cytokinin. Pasaż namnożonego kalusa na pożywkę o zmienionych stężeniach roślinnych regulatorów wzrostu umożliwia zainicjowanie regeneracji organów roślinnych lub zarodków somatycznych (o czym piszemy poniżej), zaś przeniesienie go na pożywkę płynną i poddanie wytrząsaniu prowadzi do otrzymania zawiesiny komórkowej. 


Kultury zawiesin komórkowych

Zawiesina komórkowa to kultura pojedynczych komórek lub agregatów komórkowych w pożywce płynnej, prowadzona najczęściej w kolbach stożkowych albo bioreaktorze. Najczęściej powstaje w wyniku wytrząsania i stopniowego rozpadu kalusa. Pożywka, w której prowadzi się hodowlę zawiesinową, powinna być stale wytrząsana lub mieszana, aby zapewnić komórkom dobre napowietrzenie. Ważne jest również kontrolowanie gęstości takiej kultury i częstsze niż w przypadku kultur prowadzonych na pożywkach zestalonych pasaże, ponieważ komórki w zawiesinie dzielą się bardzo szybko, przez co szybciej zużywają dostarczane przez pożywkę składniki odżywcze.  Zawiesiny komórkowe najczęściej wykorzystuje się do produkcji metabolitów wtórnych mających zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, kosmetycznym i spożywczym oraz do rozmnażania wielu gatunków roślin na skalę produkcyjną.
 

Kultury wierzchołków pędów oraz pąków bocznych

W kulturach tych eksplantatami są wierzchołki wzrostu roślin lub fragmenty łodygi zawierające węzły (odcinki, z których wyrastają liście; u ich nasady występują uśpione pąki boczne). Po wyłożeniu na odpowiednie pożywki wierzchołki wzrostu kontynuują, zaś uśpione pąki boczne wznawiają wzrost, tworząc pędy. Po ukorzenieniu pędy można wykorzystywać jako sadzonki. Kultury tego typu są bardzo szeroko wykorzystywane do masowego rozmnażania wegetatywnego (tzw. mikropropagacji) roślin, przede wszystkim ozdobnych, ale również cennych materiałów hodowlanych czy gatunków zagrożonych wyginięciem.


Kultury merystemów

Od wyżej opisanych kultur wierzchołków wzrostu różnią się tym, że eksplantatem są tylko maleńkie (zwykle poniżej 1 mm), szczytowe części wierzchołków, a ściślej – ich merystemy, czyli tkanki twórcze, zbudowane z drobnych, intensywne dzielących się, cienkościennych komórek o dużym jądrze. Ze względu na wielkość merystemy wycina się z wierzchołków wzrostu pod mikroskopem stereoskopowym. Często nie jest to łatwe, ale kultury merystemów mają ważne zastosowanie praktyczne. Pozwalają mianowicie pozbyć się z roślin wirusów i innych fitopatogenów, ponieważ komórki merystematyczne są ich zazwyczaj pozbawione.

 
Kultury organów

Jednym z przejawów totipotencji komórek roślinnych jest możliwość otrzymania na eksplantatach albo kalusie kompletnych organów (całych pędów lub korzeni) poprzez stymulację odpowiednią kombinacją roślinnych regulatorów wzrostu w pożywce. Proces regeneracji organów nazywamy organogenezą, a powstałe organy – organami przybyszowymi. W zależności od rodzaju zregenerowanych organów mówimy o organogenezie pędowej (inaczej kaulogenezie) oraz organogenezie korzeniowej (czyli ryzogenezie). Wyróżniamy również organogenezę bezpośrednią, gdy organy rozwijają się wprost na eksplantatach oraz o organogenezie pośredniej, gdy na eksplantacie najpierw powstaje kalus, a dopiero z komórek kalusa regenerują organy. Kultury pędów znajdują swoje zastosowanie przede wszystkim w rozmnażaniu roślin (otrzymane pędy ukorzenia się i wykorzystuje jako sadzonki), zaś kultury korzeni w produkcji metabolitów wtórnych.

 
Kultury zarodków

Obok wspomnianych wyżej sposobów regeneracji roślin w kulturze in vitroistnieje jeszcze jedna droga, naszym zdaniem najciekawsza. Nazywa się ona somatyczną embriogenezą, a mówimy o niej wówczas, gdy zawiązki pędu i korzenia powstają w kulturach w sposób skoordynowany, tworząc dwubiegunowe, drobne struktury przypominające roślinne zarodki, jakie normalnie rozwijają się w nasionach. W naturalnych warunkach embriogeneza i rozwój nasion poprzedzone są zwykle zapłodnieniem. W kulturach in vitrobardzo często embriogenezę zapoczątkowuje nie proces zapłodnienia, ale odpowiednie warunki hodowli, a przede wszystkim skład pożywki. Tak powstałe zarodki nazywamy zarodkami somatycznymi. Oczywiście w sprzyjających warunkach z takich zarodków również możemy otrzymać kompletne rośliny. Somatyczna embriogeneza służy do wydajnego rozmnażania roślin, a także do produkcji tzw. sztucznych nasion. O tym wszystkim opowiemy szerzej w kolejnych wpisach.

Tekst i zdjęcia: Karolina Tomiczak

Bibliografia:

  1. Bach A., Pawłowska B. 2009. Procesy rozwojowe w kulturze in vitroi typy kultury. W: Malepszy S. (red) Biotechnologia roślin. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa, 21-40;
  2. Górska K., Kaszuba M., Ligman S., Pluskota W., Wojciechowicz J., Źróbek-Sokolnik A., Michalczyk D.J. 2011. Wykłady i ćwiczenia z roślinnych kultur in vitro(http://www.wbp.olsztyn.pl/~krist/skrypt/start.php);
  3. Kawiński A., Królicka A. 2014. Roślinne kultury in vitro. Wprowadzenie teoretyczne i instrukcje do ćwiczeń. Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii UG i GUMed, Gdańsk.

 

Close Menu