التقنيات الحديثة فى تربية محاصيل الزيت

زراعـة الأنسجــة Tissue Culture

لقد أصبح علم زراعة الأنسجة من أهم التقنيات الحديثة المستخدمة فى مجال الزراعة وذلك لما له فوائد عديدة فى مواجهة المشاكل الزراعية على المستوى المحلى فى مصر وعلى المستوى العلمى. وقد حقق علم زراعة الأنسجة انتشارا واسعا بين العلوم المختلفة التى تهتم بدراسة الكائن الحى ومراحل تطوره المتعاقبة كما أنه ساهم فى تقدم العديد من الدراسات فى مجالات العلوم المتعددة والتى ليس بآخرها علم الهندسة الوراثية .

ما هو المقصود بزراعة الأنسجة ؟
يمكن تعريف زراعة الأنسجة النباتية بأنه علم يتألف من عدد من الطرق المختلفة لإنماء الأعضاء النباتية أو الأنسجة أو الخلايا على بيئات صناعية أمكن تركيب محتوياتها فى المعمل و يتم النمو فى ظروف متحكم فيها و قد شغل هذا العلم الجديد العديد من العلماء و الباحثين فى العالم خلال الثلاثين سنة الأخيرة و أجريت العديد من الأبحاث الأكاديمية كانت من نتيجتهـا زيادة الفهم عن كيفية تمييز و كشف و تكوين الأعضاء أو الأجزاء النباتية المفصولة والمنماة فى البيئات الصناعية و أدت أيضاً إلى ابتكار العديد من الطرق الحديثة فى هذا المجال و أمكن توجيه تلك الأبحاث الأكاديمية لخدمة النواحي التطبيقية فى سبيل تطوير الإنتاج الزراعي والتغلب على العديد من المشاكل التي تواجه إنتاج تقاوي الحاصلات الزراعية الاقتصادية الهامة.

وفى الوقت الحالى انتشرت المعامل التجارية التي تستخدم أسلوب زراعة الأنسجة فى العديد من الدول المختلفة ومن بينها مصر التي لم تتخلف عن هذا الركب .

- مقدمة تاريخية

- أول من تنبه إلى قدرة الخالق سبحانه وتعالى فى أن كل خلية نباتية منفردة لها القدرة على التكاثر وتكوين نبات كامل والتى عرفت حينئذ بالقدرة الذاتية والتى اعتمد عليها علم زراعة الأنسجة النباتية هو Haberlandt وكانت أول محاولة له عندئذ سنة 1902 ولكنها لم تكلل بالنجاح ولم يفسر فى ذلك الوقت سبب فشله على نحو محدد ولكن عرف فيما بعد أن البيئة الغذائية التى استعملها لم تكن تحتوى على الهرمونات النباتية التى لم يكن معروف دورها الأساسى فى تنظيم انقسام واستطالة الخلايا وكذلك تميزها وتخليقها أى كل ظواهر التكشف المورفولوجى.

- وقد مارس الفسيولوجيين فكرة زراعة الأنسجة النباتية منذ ذلك الحين باعتبارها طريقة ذات قيمة كبيرة بدراسة بعض الظواهر الخاصة بالنمو والأيض وقد بدأت الدراسات الجادة على زراعة الأنسجة والخلايا والأعضاء منذ زمن يقدر بسبعين عاماً تقريباً حينما تمكن العالم White فى عام 1934 من تركيب واستنباط بيئة غذائية تمكن من إنماء جذور الطماطم عليها.

- ثم اكُتشف فى نفس العام 1934 أول الهرمونات النباتية وهى الفيتواوكسين (IAA) 3 indol acetic acid بواسطة كلا من Kagl and Haagen &smith and Erxleben .

- استخدم Guatheret عام 1939 الأكسين لأول مرة بإضافته للبيئة الغذائية وبذلك تمكن من إنتاج نسيج الكلس من زراعة أنسجة نخاع الجزر وفى نفس العام تمكن Whit 1939 من إنتاج الكلس من نبات الدخان.

- اكتشف Van Overbeek and Blakeslee فى عام 1941 أهمية لبن جوز الهند " الإندوسبرم السائل لثمار جوز الهند الغير ناضجة " Coconut Milk فى تشجيعها على إنتاج الكلس عند زراعة أجنة الداتورة . عندئذ تمكن عند الجمع بين الأكسين ولبن جوز الهند من انتاج الكلس فى عديد من النباتات.

- ثم جاءت مجهودات معمل Skoog فى عام 1948 مكللة بالنجاح لتكتشف الكينتين والنى استخدمت مع الأكسين لتكوين الأعضاء المختلفة أو ما يسمى بالتكشف الموفولوجى.

- فى عام 1949 تمكن Nitsch من زراعة مبيض الطماطم لإنتاج نبات كامل .

- فى عام 1952 تمكن Morel and Morting من الحصول على أول نبات خالى من الفيرس باستخدام تكنيك زراعة الأنسجة من نبات الدليا.

- فى عام 1956 تمكن Nickell لأول مرة من زراعة معلقات الخلايا لنبات الفول.

- اكتشف Skoog and Miller عام 1957 أن التوازن الهرمونى بين الأكسين والسيتوكينين هو المسبب لاختلاف التخليق المورفولوجى لأنسجة الدخان والتى ينتج عنها الكلس أو النموات الخضرية أو الجذور العرضية.

- أمكن لأول مرة تخليق الأجنة العرضية من زراعة خلايا الجزر بواسطة Reinert and Steward وذلك فى عام 1958.

- تمكن Cocking عام 1960 من عزل بروتوبلاست الطماطم لأول مرة بعد معاملتها إنزيمياً.

- فى عام 1962 من دراسة لـMurashige and Skoog تم تطوير البيئة الغذائية اللازمة لتنمية كلس الدخان وثبت فيما بعد صلاحيتها لعديد بل معظم النباتات .

- تمكن Baurgin and Nitsch عام 1967 من الحصول على أول نبات أحادى المجموعة الكروموسومية من زراعة متوك نبات الدخان.

- قام Murashige ومساعدوه فى عام 1972 من تطوير تكنيك التطعيم الدقيق للقمم النامية Shoot-apex-micrografting للحصول على نباتات خالية من الفيرس فى الموالح.

- فى عام 1977 تمكن Chilton ومساعدوه من عزل البلازميد من البكتريا لاستخدامها فى إدخال مادة الجين إلى نبات آخر وكان ذلك مدخلاً لما عرف فيما بعد باسم الهندسة الوراثية.

- بعد عام من ذلك أمكن عزل البروتوبلاست من كلا من الطماطم والبطاطس وإحداث التهجين الخلوى بينهما بدمج البروتوبلاست Protoplast fusion وذلك بواسطة كل من Melchers Halder & Sasrristen عام 1978 .

- فى عام 1978 أمكن إنجاز عمل ضخم هو اكتشاف وعزل وتوصيف الإنزيمات الإندونيوكليز المقيدة Restriction enzymes وأطلق عليها هذا لأنها لا تقطع DNA عشوائياً ولكنها تقطعه فى أماكن محددة . وهذا الاكتشاف هو بحق أهم كشف لإمكان عزل الجينات ونقلها وتحقيق أهداف الهندسة الوراثية وقد نال كل من Nathans and Smith عن هذا العمل جائزة نوبل فى العلوم .


- مصطلحات زراعة الأنسجة Plant tissue culture terminology

Adventitious: هى أعضاء نباتية ( براعم ، نموات خضرية ، جذور ...إلخ ) نتجت بطريقة عرضية فى موضع غير تقليدى أو فى وقت غير تقليدى مثل تكون النموات الخضرية على نسيج الكلس أو تكون الأجنة العرضية من الكلس بدون مبيض أو عمليات تزاوج وإخصاب.

Aseptic : هو الخلو من الكائنات الممرضة والتلوث بالفطريات والبكتيريا والفيرس ...إلخ أى خلو البيئة الغذائية من الكائنات الدقيقة وهو متطلب هام أساسى لمزارع الأنسجة النباتية.

Axillary bud : برعم أو فرع خضرى إبطى يخرج من إباط الأوراق وهو عادة يتكون من الخلايا المرستيمية الإبطه للقمم النامية وعادة تدفع لإنتاج أعداد كبيرة Mass production ويتم ذلك خلال استخدام الهرمونات التى تعمل على تثبيط السيادة القمية للقمة النامية وتشجيع إنتاج Lateral shoot .

Bud : هو البرعم الخضرى أو الزهرى وهو مازال فى حالة نشأة ولم ينمو بعد Unemerged وعادة ما يكون مغلق بعدة أوراق حرشفية تسمى Bud scale .


Calluses, Calli, Callus : هى أنسجة الجروح التى تتكون عند السطح المجروحة فى النبات وهى أنسجة غير متميزة Disorganized tumor-like masses وهى أنسجة برانشيمية تختلف فى درجة تلجننها وعادة لا يوجد بينها مادة لاحمة الميدلاميلا .

Cybrid : هى الخلية أو النبات الناتج من التهجين السيتوبلازمى مع نواة إحدى الخلايا وعضوات الخلية السيتوبلازمية من أخرى .

Differentiation : التميز أو التخلق أو هى التغيرات الفسيولوجية الحادثة فى خلايا الأنسجة أو الأعضاء أثناء التطور والنمو لتصبح الخلايا أو الأنسجة متخصصة ولها دور فسيولوجى وعمل معين .

Organogenenesis : هى نشأة الأعضاء على سطح المنفصل النباتى أو من الكلس الناتج من زراعته وهى عادة تكون إما نموات خضرية أو جذور .

Disease – free, Pathogen – free, Virus – free, Pathogen – tested : هى النباتات الخالية من أى أعراض مرضية واختبرت فى احتواءها على المسبات المرضية فكانت النتائج سلبية وتستخدم مثل تلك النباتات كمصدر للحصول على نباتات ذات مواصفات مثالية .

Embryoid or Somatic embryo : الأجنة العرضية وهى تشبه مورفولوجياً الزيجوتية وهو ينشأ من أنسجة خضرية تنتج In vitro .

Embryogenesis : هى عملية تكوين الأجنة بطريقة غير جنسية وعادة تنمو الأجنة اللاجنسية مباشرة من زراعةExplant أو بطريقة غير مباشرة من الكلس وفى بعض الحالات العرضية من الخلايا المنفردة .

Excise : هو عزل أو فصل أنسجة أو أعضاء أو قطاعات الأنسجة من النبات كأجزاء نباتية للزراعة بطريقة جراحية مثل عزل القمة النامية تحت الميكروسكوب وزراعتها In vitro .

In vitro : (هى كلمة لاتينية تعنىIn glass ) وتعنى التجارب العملية على الأعضاء النباتية والتى فى الأوعية الزجاجية Glassware والتى تنمو تحت ظروف صناعية Artificial Conditions لزراعة الأنسجة .

In vivo : (وهى كلمة لاتينية تعنى In life ) وهى التجارب العملية على الأعضاء النباتية تحت الظروف الطبيعية وهى مرتبطة بأجزاء النبات الأخرى الحية .

Induction : وهى الحث أو التغيرات الفسيولوجية التى تعمل على حدوث ظاهرة فسيولوجية أثناء عمليات التطور والتى ينتج عنه عملية Initiation .

Initiation : هو أول تغير ميكروسكوبى مرئى لتميز الخلايا وتخليقها عند تطورها إلى أعضاء .

Meristem : هى مناطق النمو والانقسام وتكوين وبناء البروتوبلاست ومنشأ الأنسجة الجديدة فى النباتات وعادة تكون الخلايا المرستيمية خلايا غير متميزة Undifferentiated منها تتكون الأنسجة المتخصصة وظيفياً أو فسيولوجية وتوجد فى القمم النامية للأفرع الخضرية أو قمم الجذور وفى أباط الأوراق وخلايا الكمبيوم الحزمى وأماكن النمو الأخرى مثل الأوراق الحديثة ...إلخ .

Meristemaid: كتلة أو خلايا عنقودية ، من خلايا مرستيمية لها القدرة على النمو والتطور تحتوى على سيتوبلازم كثيف مع عديد من الفجوات العصارية.

Shoot apex or Shoot tip : هى القمة المرستيمية الهرمية أو قبية الشكل Meristematic dome والأوراق المنبسقة Emerging leaves وبعض من خلايا الاستطالة الساقية ويجب عدم الخلط بين مصطلح Meristem tip , shoot tip فالأخير أصغر حجماً ويحتوى على القبة المرستيمية فقط أو زوج واحد من مبادئ خروج الأوراق .

Somatic Hybrid : الهجن الجسيمة وهى الناتجة من دمج الخلايا أو البروتوبلاست لتكوين Genom جديد .

Subculture : هى إعادة الزراعة من زراعة أخرى بنقل الخلايا أو الأنسجة أو الأعضاء المتكونة على بيئة جديدة وذلك بعد مرور زمن فاصل يسمى Passage time وفى الغالب تكون البيئة الجديدة لها تركيب مختلف فى واحد أو أكثر من مكونات البيئة للحصول على شكل مورفولوجى جديد أو تطور للأعضاء وكثيراً ما يخلط البعض بين مصطلح Subculture – Reculture الأخير يستخدم فى نقل الأنسجة أو الأعضاء على بيئة غذائية طازجة لها نفس المكونات للبيئة السابقة ويكون الغرض هنا المحافظة على النسيج من التدهور نظراً لجفاف البيئة أو إنقاذ محتوياتها أو تغير درجة حموضتها أو صلاحيتها ولكن تظل الأنسجة فى نفس المرحلة من التطور .

فوائد زراعة الأنسجة
- إكثار النباتات التى يصعب إكثارها بالطرق المعتادة فى وقت قصير .
- تربية النباتات المرغوبة والحصول على طفرات أو هجن جديدة جيدة الصفات .
- الحصول على سلالات خالية من الفيروس .
- استخدام الهندسة الوراثية بصورة أكثر سهولة بإدخال أو نقل صفات جيدة مرغوبة كمادة الى نواة الخلية الأم

ثانياً: التحسين الوراثى للمحاصيل The genetic improvement of crops :

أن البحث عن التراكيب الوراثية أو مصادر الاختلافات الوراثية وإنتاج أصناف جديدة لهو الشغل الشاغل لمربى النبات وهو فى صدد هذا الهدف قد يواجه بعدة عقبات يمكن تزليلها بتكنيك زراعة الأنسجة والأعضاء.

1- ثبت أن الأجنة الناتجة من الهجن المتباعدة الآباء لا يتم تكوينها ونضجها مثل الأجنة الناتجة عن الهجن الجنسية والنوعية، تلك الأجنة تعانى من ظاهرة تعرف بظاهرة العقم الأندوسبيرمى Somatoplastic sterility وتنتج من عدم التوازن الكروموسومى لأنسجة الإندوسبرم والجنين فكما هو معروف أن الأجنة لا تتصل مباشرة بالأنسجة الوعائية لنبات الأم ولكن يتم الاتصال عن طريق الإندوسبرم والذى يستقبل المواد الغذائية ثم يقوم بتوصيلها للجنين عن طريق الحيل السرى . وبالفحص السيتولوجى لمثل تلك الأجنة الهجينة ثبت أن الزيجوت ينقسم عدة انقسامات أولية كالمعتاد ثم يتكون فى قاعدة البويضة أى بين الحبل السرى والطرف الكلازى منطقة بها خلايا غير حية تمنع من وصول الغذاء للأندوسبرم وعندئذ يموت نسيج الإندوسبرم والذى يعقبه موت الجنين فإذا أمكن عزل الأجنة الجنسية فى وقت مناسب وتنميتها على بيئة مناسبة فإنه يمكننا الحصول على تلك الأجنة فيما يعرف بزراعة الاجنة Embryo culture وهو هدف عظيم لمربى النبات .

2- عند سعى مربى النبات فى الحصول على قوة الهجين يواجه بعدة مشاكل أهمها طول القترة بين الأجيال والتى تطيل من برامجه فضلاً على صعوبة الحصول على نباتات متماثلة فى صفاتها الوراثية Homozyous لذلك يتطلب منه تأصيل العوامل الوراثية بالتربية الذاتية أو التهجين الذاتى لعدة أجيال فيواجه بأن نباتات الجيل الثالث أوالرابع تكون عديمة الخصوبة مما يوقف من برامجه لذلك فإن حصوله على نبات أحادى المجموعة الكروموسومية Haploid يعتبر من الآمال العظيمة لمربى النبات حيث يمكنه مضاعفتها بالكولشيسين فيحصل على نبات ثنائى المجموعة الكروموسومية وفى نفس الوقت أصيل فى عوامله الوراثية Homozygous وذلك باستخدام مجال زراعة الأنسجة بزراعة المتك أو حبة اللقاح لإنتاج نبات أحادى المجموعة الكروموسومية وفى وقت قصير جداً بالمقارنة بالطريقة التقليدية .

3- من أهم طرق التربية هو البحث عن تراكيب وراثية عن طريق الانتخاب لذلك تصعب تلك المهمة على مربى النبات إذا تضاءلت أمامه وجود مصادر الاختلافات الوراثية أما إن توافرت فيكون أمامه مهمة صعبة وهى عمل Screening لعدد كبير من النباتات وهى مهمة ولكن باستخدام تكنيك زراعة الأنسجة ومعلقات الخلايا يمكن لمربى النبات معملياً أن يتعامل مع عشيرة كبيرة جداً فى فى طبق بترى فيسهل عليه مهمة الانتخاب إذ أن الانتخاب سوف يجرى على مستوى الخلية وليس على مستوى النبات الكامل وفى هذا المجال يمكن لمربى النبات أن ينتخب لصفات عديدة مقل مقاومة الأمراض ، مقاومة الملوحة ، مقاومة سُمية المبيدات ، مقاومة النيماتودا ، مقاومة الجفاف .. الخ. ويتم ذلك بالحصول على مزارع للخلايا ثم تعامل بسموم الفطر المسبب للمرض أو بتركيزات عالية من الملح أو بتركيزات مختلفة للمبيد ثم تنتخب الخلايا التى تقاوم الصفة المرغوبة فتنتقل إلى بيئة غذائية لتكوين الكلس ثم يوجه الكلس نحو تخليق الأعضاء الخضرية والجذرية وبذلك يمكن الحصول على نبات كامل كما يمكن بنفس التكنيك استحداث الطفرات وعزلها .

4- قد يصعب على مربى النبات إجراء التهجينات الجنسية والنوعية عند الرغبة فى نقل صفة ما من نبات إلى آخر لكن عن طريق التكنيك الجديد وهو ما يعرف بتكنيك الهندسة الوراثية وزراعة البروتوبلاست يمكن إجراء تلك التهجينات فضلاً على إمكانية عزل جين بمفرده ونقله ليدمج مع المادة الوراثية لنبات مراد إدخال صفة ما فيه بالإضافة إلى إمكان نقل أى مادة وراثية معزولة من أى كائن حى إلى النبات وقد كان وذلك بالطبع مستحيل باستخدام الطرق التقليدية.



[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

زراعة الانسجة فى فول الصويا

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

زراعة الانسجة فى زهرة الشمس
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

زراعة الانسجة فى الكانولا
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

زراعة الانسجة فى السمسم
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

ملخص رسالة علمية :
الإنجليزية : Tissue Culture Organogenesis in Soybean

العربية : تكوين الاعضاء النباتية بواسطة زراعة الانسجة فى فول الصويا

الملخص تستهدف هذه الدراسة الى تكوين اعضاء نباتية من الكالوس لسبعة اصناف من فول الصويا وهم L 86 K – 7 3 , كورسى -79 , فورست, هيتشسون, لاكوته, جيزة 21 وجيزة 83 وتقييم مدى استجابة هذه الاصناف لتكوين الكالوس, وقد تم اختيار هذه الاصناف بناء على درجة مقاومتها للاصابة بدودة ورق القطن, وقد اجريت هذه التجارب فى مزرعة محطة بحوث الجيزة ومعامل قسم بحوث دراسة الخلية فى موسمى 2004,2003. وقد تم استخدام الجنين غير الناضج البالغ طوله من 0.5 الى 10مم والذى تم الحصول عليه من البذور غير الناضجة لعمل الكالوس , وتم ازالة محور الجنين واستخدام البادىء النباتى على بيئة المورشيج وسكو وج بتركيز 4 اضعاف لاملاح العناصر الصغرى وتركيز هرمونى 0.0372 مليجرام / لتر NAA و 2.996 مليجرام/لتر BAP وحمض امينى برولين بتركيز 1381 مليجرام/لتر لانتاج الكالوس, وقد تم الحصول على افرع خضرية وتكوين جذور بنجاح, ثم تم عمل اقلمة للنباتات الناتجة حيث زرعت فى قصارى بقطر 15سم ونقلت الى الصوبة النباتية , وقد اوضحت الدراسة ان صنف فول الصويا L 86 K – 7 3 كان افضل الاصناف استجابة لزراعة الانسجة, كما اظهرت النتائج ايضا ان معدل نمو الكالوس يرتبط ارتباطا موجبا مع عدد الافرع الخضرية وعدد الجذور.

مراجع
كتاب
أ.د. عبد الرحيم توفيق الرفاعى & د. سمير عبد الرازق الشوبكى (2002) تقنيات القرن 21 لتحسين النبات بإستخدام زراعة الأنسجة. سلسلة الفكر العربى لمراجع العلوم الأساسية_ دار الفكر العربى – القاهرة – مصر. عدد الصفحات 601 صفحة، الطبعة الأولى.