التكاثر الدقيق

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
نبتة ورد بدأت كخلايا نمت في مزرعة أنسجة

التكاثر الدقيق أو زراعة الأنسجة هو ممارسة التكاثر السريع للمواد النباتية الأصلية لإنتاج العديد من النباتات الوليدة ، باستخدام طرق زراعة الأنسجة النباتية الحديثة. [ 1 ]

تُستخدم تقنية الإكثار الدقيق لإكثار مجموعة واسعة من النباتات، مثل تلك المُعدّلة وراثيًا أو المُهجّنة عبر طرق التربية النباتية التقليدية . كما تُستخدم لتوفير عدد كافٍ من الشتلات للزراعة من النباتات عديمة البذور، أو النباتات التي لا تستجيب جيدًا للتكاثر الخضري ، أو عندما يكون الإكثار الدقيق هو الوسيلة الأقل تكلفة للإكثار (مثل الأوركيد [ 2 ] ). اكتشف عالم النبات فريدريك كامبيون ستيوارد، من جامعة كورنيل، تقنية الإكثار الدقيق وزراعة الأنسجة النباتية ، وكان رائدًا في هذا المجال في أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات من القرن الماضي. [ 3 ]

خطوات

باختصار، يمكن تقسيم خطوات الإكثار الدقيق إلى أربع مراحل:

  1. اختيار النبات الأم
  2. الضرب
  3. التجذير والتأقلم
  4. انقل النبتة الجديدة إلى التربة

اختيار النبات الأم

زراعة النباتات في المختبر في بيئة معقمة ومضبوطة

تبدأ عملية الإكثار الدقيق باختيار المادة النباتية المراد إكثارها. تُستأصل الأنسجة النباتية من نبات سليم في ظروف معقمة. تُعدّ المواد الأساسية النظيفة الخالية من الفيروسات والفطريات ضرورية لإنتاج نباتات صحية. بمجرد اختيار المادة النباتية للزراعة، تبدأ عملية جمع الأجزاء النباتية، وتعتمد على نوع النسيج المستخدم، بما في ذلك أطراف السيقان، والمآبر، والبتلات، وحبوب اللقاح، وغيرها من الأنسجة النباتية. تُعقّم الأجزاء النباتية سطحيًا، عادةً عبر عدة دورات من الغسل بمحلول التبييض والكحول، ثم تُشطف أخيرًا بالماء المعقم. يُوضع هذا الجزء الصغير من النسيج النباتي، والذي قد يكون خلية واحدة فقط، على وسط نمو يحتوي عادةً على مغذيات كبرى وصغرى، وماء، وسكروز كمصدر للطاقة، وواحد أو أكثر من منظمات نمو النبات ( هرمونات نباتية ). كما يُمكن إجراء الإكثار الدقيق بدون سكر في وسط النمو من خلال زراعة الأنسجة ذاتية التغذية الضوئية . عادةً ما يُكثّف الوسط بمادة مُجلِّدة، مثل الأجار ، لتكوين هلام يدعم الجزء النباتي أثناء نموه. تنمو بعض النباتات بسهولة في بيئات زراعية بسيطة، بينما تتطلب نباتات أخرى بيئات أكثر تعقيدًا لنموها بنجاح؛ إذ ينمو نسيج النبات ويتمايز إلى أنسجة جديدة تبعًا لنوع البيئة الزراعية. على سبيل المثال، تُستخدم بيئات زراعية تحتوي على السيتوكينين لإنتاج فروع من براعم النباتات.

الضرب

التكاثر هو عملية أخذ عينات من الأنسجة الناتجة خلال المرحلة الأولى وزيادة عددها. بعد نجاح إدخال ونمو أنسجة النبات، تأتي مرحلة التكاثر. من خلال دورات متكررة من هذه العملية، يمكن زيادة عينة واحدة من نبات واحد إلى مئات وآلاف النباتات. اعتمادًا على نوع النسيج المزروع، قد يشمل التكاثر طرقًا وبيئات مختلفة. إذا كانت المادة النباتية المزروعة هي نسيج الكالس، فيمكن وضعها في الخلاط وتقطيعها إلى قطع أصغر وإعادة زراعتها على نفس نوع بيئة الزراعة لإنتاج المزيد من نسيج الكالس. إذا تمت زراعة النسيج على شكل نباتات صغيرة تسمى الشتلات، فغالبًا ما تُضاف هرمونات تحفز الشتلات على إنتاج العديد من الفروع الصغيرة. بعد تكوين العديد من الفروع، تُنقل هذه الفروع إلى بيئة تجذير ذات نسبة عالية من الأوكسين/السيتوكينين. بعد نمو الجذور، يمكن استخدام الشتلات لتقوية النبات.

قبل الزرع

تُنقل شتلات الموز من وسط الزراعة إلى التربة (مع إضافة سماد الديدان ). تُجرى هذه العملية لتأقلم الشتلات مع التربة، حيث كانت تُزرع سابقًا في وسط الزراعة. بعد نموها لبضعة أيام، تُنقل الشتلات إلى الحقل.

تتضمن هذه المرحلة معالجة الشتلات/البراعم المنتجة لتشجيع نمو الجذور و"تصلبها". ويتم ذلك في المختبر ، أو في بيئة "أنبوب اختبار" معقمة.

يشير مصطلح "التقوية" إلى تهيئة النباتات لبيئة نمو طبيعية. حتى هذه المرحلة، تُزرع الشتلات في ظروف مثالية مصممة لتشجيع نموها السريع. ونظرًا لطبيعة نضجها المُتحكم بها، غالبًا ما تفتقر الشتلات إلى غطاء جلدي كامل الوظائف، مما يجعلها عرضةً للأمراض وغير فعالة في استخدام الماء والطاقة. تتميز ظروف الزراعة النسيجية بارتفاع الرطوبة، وغالبًا ما لا تُكوّن النباتات التي تُزرع في هذه الظروف طبقةً شمعيةً وثغورًا وظيفيةً تحميها من الجفاف . عند إخراج الشتلات من بيئة الزراعة، تحتاج إلى وقت للتكيف مع الظروف البيئية الطبيعية. تتضمن عملية التقوية عادةً نقل الشتلات تدريجيًا من بيئة دافئة ذات رطوبة عالية وإضاءة منخفضة إلى ما يُعتبر بيئة نمو طبيعية للنوع المعني.

نقل من الثقافة

زراعة أنسجة النباتات في بنك بذور تابع لوزارة الزراعة الأمريكية ، المركز الوطني لحفظ الموارد الوراثية

في المرحلة النهائية من الإكثار الدقيق للنباتات، يتم إزالة الشتلات من وسط الزراعة ونقلها إلى التربة أو (بشكل أكثر شيوعًا) إلى سماد الزراعة لمواصلة النمو بالطرق التقليدية.

غالباً ما يتم دمج هذه المرحلة مع مرحلة "ما قبل الزرع".

طُرق

توجد العديد من طرق الإكثار الدقيق للنباتات.

ثقافة المريستيم

في زراعة الأنسجة المرستيمية، تُوضع المرستيم وبعض براعم الأوراق المحيطة بها في وسط نمو مناسب، حيث تُحفز على تكوين مرستيمات جديدة. تُقسم هذه المرستيمات بعد ذلك وتُزرع وتُكاثر. ولإنتاج الشتلات، تُنقل المرستيمات من وسط التكاثر إلى وسط التجديد. وعندما تتكون شتلة ذات جذور طويلة بعد بضعة أسابيع، يمكن نقلها إلى التربة. بهذه الطريقة، يمكن إنتاج نبات خالٍ من الأمراض. كما تشير النتائج التجريبية إلى إمكانية استخدام هذه التقنية بنجاح للإكثار السريع لأنواع نباتية مختلفة، مثل جوز الهند [ 4 ] والفراولة [ 5 ] وقصب السكر [ 6 ] .

زراعة الكالس

الكالس عبارة عن كتلة من الخلايا البرنشيمية غير المتمايزة. يتكون الكالس عند وضع نسيج نباتي حي في وسط نمو اصطناعي مع توفير الظروف الملائمة الأخرى. يختلف نمو الكالس باختلاف مستويات الأوكسين والسيتوكينين المتجانسة ، ويمكن التحكم فيه من خلال التزويد الداخلي لهذين المنظمين للنمو في وسط الاستنبات. يمكن تقسيم نمو الكالس وتكوين أعضائه أو تكوين جنينه إلى ثلاث مراحل مختلفة.

  • المرحلة الأولى: إنتاج سريع للكالس بعد وضع الأجزاء النباتية في وسط الاستنبات
  • المرحلة الثانية: يتم نقل الكالس إلى وسط آخر يحتوي على منظمات النمو لتحفيز تكوين الأعضاء العرضية.
  • المرحلة الثالثة: يتم بعد ذلك تعريض النبتة الصغيرة تدريجياً للظروف البيئية.

زراعة الأجنة

في زراعة الأجنة، يُستأصل الجنين ويُوضع في وسط زراعي مُغذٍّ مناسب في ظروف معقمة. وللحصول على نمو سريع ومثالي إلى شتلات، يُنقل إلى التربة. وتُعد هذه العملية بالغة الأهمية لإنتاج الهجائن بين الأنواع والأجناس المختلفة، ولتحسين نمو الجنين.

زراعة البروتوبلاست

في زراعة البروتوبلاست، يمكن عزل الخلية النباتية باستخدام إنزيمات محللة للجدار الخلوي، ثم تُزرع في وسط زراعي مناسب ضمن ظروف مضبوطة لتجديد الشتلات. في ظل هذه الظروف، يُكوّن البروتوبلاست جدارًا خلويًا، يتبعه ازدياد في انقسام الخلايا وتمايزها، لينمو إلى نبات جديد. يُزرع البروتوبلاست أولًا في وسط سائل عند درجة حرارة تتراوح بين 25 و28 درجة مئوية، مع شدة إضاءة تتراوح بين 100 و500 لوكس، أو في الظلام. بعد انقسام الخلايا بشكل كبير، يُنقل إلى وسط صلب مناسب. تستجيب العديد من المحاصيل البستانية بشكل جيد لزراعة البروتوبلاست في عملية التكوين المورفولوجي.

المزايا

تتمتع تقنية الإكثار الدقيق بعدد من المزايا مقارنة بتقنيات إكثار النباتات التقليدية:

  • تتمثل الميزة الرئيسية للإكثار الدقيق في إنتاج العديد من النباتات التي هي نسخ متطابقة من بعضها البعض.
  • يمكن استخدام تقنية الإكثار الدقيق لإنتاج نباتات خالية من الأمراض.
  • يمكن أن تتمتع بمعدل خصوبة مرتفع للغاية ، حيث تنتج آلاف البذور بينما قد لا تنتج التقنيات التقليدية سوى جزء صغير من هذا العدد.
  • إنها الطريقة الوحيدة القابلة للتطبيق لتجديد الخلايا المعدلة وراثيًا أو الخلايا بعد اندماج البروتوبلاست .
  • وهو مفيد في إكثار النباتات التي تنتج البذور بكميات غير اقتصادية، أو عندما تكون النباتات عقيمة ولا تنتج بذورًا قابلة للحياة أو عندما لا يمكن تخزين البذور (انظر البذور المقاومة ).
  • غالباً ما ينتج عن الإكثار الدقيق نباتات أكثر قوة، مما يؤدي إلى نمو متسارع مقارنة بالنباتات المماثلة المنتجة بالطرق التقليدية - مثل البذور أو العقل.
  • بعض النباتات ذات البذور الصغيرة جداً، بما في ذلك معظم أنواع الأوركيد، يمكن زراعتها بشكل أكثر موثوقية من البذور في بيئة معقمة.
  • يمكن إنتاج عدد أكبر من النباتات لكل متر مربع، ويمكن تخزين البذور لفترة أطول وفي مساحة أصغر.

العيوب

لا تُعدّ تقنية الإكثار الدقيق دائماً الوسيلة الأمثل لتكاثر النباتات. ومن بين الظروف التي تحدّ من استخدامها ما يلي:

  • قد تشكل تكاليف العمالة ما بين 50 و 69% من تكاليف التشغيل. [ 7 ]
  • جميع النباتات المنتجة عن طريق الإكثار الدقيق هي نسخ متطابقة وراثيًا ، مما يؤدي إلى نقص في القدرة على مقاومة الأمراض بشكل عام، حيث قد تكون جميع النباتات الناتجة عرضة لنفس العدوى.
  • يمكن لعينة نباتية مصابة أن تُنتج ذرية مصابة. وهذا أمر نادر الحدوث، إذ تخضع النباتات الأصلية لفحص دقيق وشامل لمنع زراعة نباتات مصابة بالفيروسات أو الفطريات.
  • لا يمكن زراعة جميع النباتات بنجاح عن طريق زراعة الأنسجة، وغالبًا ما يكون ذلك بسبب عدم معرفة الوسط المناسب للنمو أو لأن النباتات تنتج مواد كيميائية أيضية ثانوية تعيق نمو الجزء المزروع أو تقتله.
  • أحيانًا لا تُنتج النباتات أو الأصناف المُستنبتة خصائصها الأصلية بعد زراعتها نسيجيًا. ويعتمد ذلك غالبًا على نوع المادة المُستأصلة المستخدمة خلال مرحلة البدء أو على عمر الخلية أو سلالة التكاثر.
  • بعض النباتات يصعب تطهيرها من الكائنات الفطرية.

يُعدّ ارتفاع تكلفة الإنتاج العائق الرئيسي أمام استخدام تقنية الإكثار الدقيق للعديد من النباتات؛ إذ تُنتج البذور، التي عادةً ما تكون خالية من الأمراض وتُنتج بأعداد وفيرة، نباتاتٍ بأعداد وفيرة وبتكلفة أقل. ولهذا السبب، لا يلجأ العديد من مُربّي النباتات إلى الإكثار الدقيق نظرًا لتكلفته الباهظة. بينما يستخدمه آخرون لإنتاج نباتاتٍ أصلية تُستخدم لاحقًا في إكثار البذور.

قد يؤدي ميكنة العملية إلى خفض تكاليف العمالة، ولكن ثبت أن تحقيق ذلك صعب، على الرغم من المحاولات النشطة لتطوير حلول تكنولوجية.

التطبيقات

تُسهّل تقنية الإكثار الدقيق نمو وتخزين وصيانة أعداد كبيرة من النباتات في مساحات صغيرة، مما يجعلها عملية فعّالة من حيث التكلفة. تُستخدم هذه التقنية لتخزين الأصول الوراثية وحماية الأنواع المهددة بالانقراض. كما تُستخدم على نطاق واسع في نباتات الزينة لإنتاج كميات كبيرة من العينات المتجانسة والخالية من الأمراض بكفاءة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ عمليات البستنة التجارية. [ 8 ] من بين الأنواع التي تُكاثر على نطاق واسع في المختبر، يمكن ذكر الأقحوان ، [ 9 ] والورد الدمشقي ، [ 10 ] ونبات سانت بوليا أيونانثا ، [ 11 ] ونبات زاميوكولكاس زاميفوليا، [ 12 ] ونبات القلب النازف . [ 13 ] يمكن أيضًا استخدام الإكثار الدقيق مع أشجار الفاكهة، مثل الكمثرى الشائعة . [ 14 ] ولتقليل النفقات، يمكن استخدام مستخلصات نباتية طبيعية كبديل لمنظمات نمو النبات التقليدية. [ 15 ]

مراجع

  1. ↑ "الإكثار الدقيق - تعريفات من Dictionary.com" . dictionary.reference.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-03-2008 .
  2. ↑ تشوغ، سميرة؛ غوها، ساتياكام؛ راو، آي. أوشا (2009-11-03). "الإكثار الدقيق للأوركيد: مراجعة لإمكانات مختلف الأجزاء النباتية" . مجلة ساينتيا هورتيكولتورا . 122 (4): 507-520 . رمز Bibcode : 2009ScHor.122..507C . doi : 10.1016/j.scienta.2009.07.016 . ISSN 0304-4238 . 
  3. ↑ «فريدريك كامبيون ستيوارد» (ملف PDF) . بيان تأبيني لأعضاء هيئة التدريس بجامعة كورنيل. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2012-04-02.
  4. ↑ ويلمز، هانز؛ دي بييفر، دريس؛ لونجين، كيفن؛ سوينن، روني؛ ري، جوهي؛ بانيس، بارت (15 سبتمبر 2021). "تطوير أول بروتوكول لإكثار براعم جوز الهند في المختبر عن طريق الإبط" . التقارير العلمية . 11 (1): 18367. Bibcode : 2021NatSR..1118367W . doi : 10.1038/s41598-021-97718-1 . ISSN 2045-2322 . PMC 8443624. PMID 34526563 .   
  5. ↑ ناينغ، أونغ هتاي؛ كيم، سي هيون؛ تشونغ، مي يونغ؛ بارك، سون كي؛ كيم، تشانغ كيل (13 أبريل 2019). "طريقة الإكثار في المختبر لإنتاج نباتات مستقرة شكليًا وجينيًا من أصناف فراولة مختلفة" . طرق النبات . 15 (1): 36. Bibcode : 2019PlMet..15...36N . doi : 10.1186/s13007-019-0421-0 . ISSN 1746-4811 . PMC 6461810. PMID 31011361 .   
  6. ↑ سالوخي، شوبانجي (2021-06-01). "تطوير بروتوكول فعال لإنتاج قصب سكر صحي من خلال زراعة المرستيم" . مجلة البحوث الزراعية والغذائية . 4 100126. doi : 10.1016/j.jafr.2021.100126 . ISSN 2666-1543 . S2CID 233618279 .  
  7. ^ ماسيج همبل، م. همبل & م. همبل (1986) بعض الجوانب الاقتصادية للإكثار الدقيق التجاري، والتكنولوجيا الحيوية والصناعة الحيوية، 1:5، 22-26، DOI: 10.1080/02052067.1986.10824247
  8. ↑ كولوس د.، 2015. جوانب مختارة من الإكثار الدقيق لنباتات الزينة في بولندا والعالم. ناوكي برزيرودنيتشي 4(10): 10-25. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.5086.8082
  9. ↑ ميلر ن.، تيموسزوك أ.، ريورز م.، كولوس د.، 2023. التجديد المختبري للأقحوان من المبايض والبويضات المعالجة بمحفزات حرارية وكيميائية: التأثيرات المورفوجينية والوراثية الخلوية. الزراعة 13(11): 2069. https://doi.org/10.3390/agriculture13112069
  10. ↑ كافياني ب.، دلتالاب ب.، كولوس د.، خدام زاده أ.أ.، روكي-بوردا ك.أ. 2024. إكثار وتجذير براعم ورد دمشقي (Rosa damascena Mill.) من نوعي "كاشان" و"هرفي أذربيجان" في المختبر لأغراض التجميل والزينة. النباتات 13(10): 1364. https://doi.org/10.3390/plants13101364
  11. ↑ دلتالاب ب.، كافياني ب.، كولوس د.، سجادي س. أ. 2024. تحسين تكاثر البراعم وتحفيز الجذور في نبات سانت بوليا أيونانثا هـ. ويندل باستخدام الثيامين (فيتامين ب1) وحمض الإندول بيوتيريك: نهج واعد لإكثار البنفسج الأفريقي ذي الأهمية الاقتصادية. زراعة خلايا وأنسجة وأعضاء النبات 156: 74. https://doi.org/10.1007/s11240-024-02698-5
  12. ↑ Pourhassan A., Kaviani B., Kulus D., Miler N., Negahdar NA, 2023. بروتوكول التكاثر الدقيق الكامل لـ Zamioculcas zamiifolia ذات الأوراق السوداء (Lodd.) Engl. "دوون". البستنة 9 (4): 422. https://doi.org/10.3390/horticulturae9040422
  13. ↑ كولوس د.، 2020. تأثير منظمات النمو على نمو وجودة وحالة نبات لامبروكابنوس سبيكتابيليس (ل.) فوكوهارا المُستزرع في المختبر. علم الأحياء الخلوي والتنموي في المختبر - النبات 56(4): 447-457. https://doi.org/10.1007/s11627-020-10064-1
  14. ↑ كافياني ب.، باراندان أ.، تيموسزوك أ.، كولوس د.، 2023. تحسين الإكثار المختبري لأصل الكمثرى (Pyrus communis L.) 'Pyrodwarf®(S)'. علم الزراعة 13(1): 268. https://doi.org/10.3390/agronomy13010268
  15. ↑ كولوس د.، ميلر ن.، 2021. استخدام مستخلصات نباتية في الإكثار الدقيق والحفظ بالتبريد لنبات القلب النازف: نوع نباتي زينة وطبّي. الزراعة 11(6): 542. https://doi.org/10.3390/agriculture11060542