مقدمة

لقد أصبح علم زراعةالأنسجة من أهم التقنيات الحديثة المستخدمة فى الزراعة وذلك لما له فوائدعديدة فى مواجهة المشاكل الزراعية على المستوى المحلى فى مصر وعلى المستوىالعلمى.
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 آخرها علم الهندسة الوراثية .

ما هو المقصود بزراعة الأنسجة النباتية ؟

يمكن تعريف زراعة الأنسجةبأنه علم يتألف من عدد من الطرق المختلفة لإنماء الأعضاء النباتية أوالأنسجة أو الخلايا على بيئات صناعية أمكن تركيب محتوياتها فى المعمل و يتم النموفى 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 النباتيةالمفصولة 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 .

فوائد زراعة الأنسجة
- إكثارالنباتات 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 .
- إنتاج المواد العطرية والطبيةالنادرة بطريقة اقتصادية فى المعمل .

ولا تقتصر أهمية علم زراعة الأنسجةالنباتية على هذا فقط بل تمتد إلى أنها تعتبر الوسيلة الفريدة التى لم تكن فى متناول العلماء من قبل لدراسة فسيولوجيا النباتات والتطوير البيولوجى للكائن النباتى الحى من صور بسيطة إلى صور متراكبة معقدة البناء ولكنها متوافقة الوظائف .

تزداد أهمية هذا العلم مع التطوير التكنولوجى وبخاصة الثورة العلميةالهائلة فى مجال الهندسة الوراثية التى تشمل التعرف الدقيق والمحدود على الجينات الوراثية التى تحكم سلوك وصفات الكائن الحى فى مراحل تطورة المختلفة وما يتلو هذا من محاولة تعديل التركيب الجينى ليتوافق مع البيئة التى يعيش فيها ولتتواءم مع رغبات الشعوب . وزراعة الأنسجة النباتية فى المعمل تحت ظروف خالية من إمكانيةالتلوث بهدف الوصول إلى تلك الأهداف وهو ما يعرف بتكنيك زراعة الأنسجة ويستعمل مصطلح Tissue Culture للدلالة على زراعة أى جزء نباتى على بيئة صناعية فى المعمل وقد تكون الزراعة زراعة خلية أو مجموعة خلايا أو زراعة الأعضاء أو أجزاءها أو زراعةالبروتوبلاست
مكونات البيئة المستخدمة فى الزراعة

يلزم القول بأنه لا توجد بيئة تصلح لجميع أنواع المزارع ويلزم على الباحث أن يسلك طريق التجربة للوصول لأحسن بيئة بالنسبة للغرض المطلوب وبصفة عامة فالبيئة يجب أن تحتوى على :
أولاً .. العناصر الأساسية أو المغذيات الضرورية الكبرى منها مثل الهيدروجين والأكسجين ( الماء ) ـ الكربون ( السكروز أو الجلوكوز ) النيتروجـين ( نترات أو أمونيا ) ـ فوسفور ـ كالسيوم ـ بوتاسـيوم ـ مغنسيوم ـ كبريت ـ صوديـوم ـ كلـور.
ثانياً .. المغذيـات الصغـرى كالبـورون والمنجنيـز والحـديد ( فى صورة EDTA ) اليود والموليبدنيم والكوبالت والنحاس والزنك.
ثالثا .. الفيتامينات مثل Pyridoxine – Thiamine – Nicotinic acid
رابعاً .. منظمات النمو مثل الأكسينات    NAAأو 2.4-D والسيوكينينات مثل الكينتين وتتم عملية الصلابة للبيئة باستخدام الأجارالأكثر شيوعاً فى الاستخدام .

وفى السنوات الأخيرة أنتشر استخدام تكنيك زراعة الأنسجة تجاريا على نطاق واسع وأهم النباتات المستخدمة : الفراولة والموزوالتفاح من الفاكهة والبطاطس والبطاطا والباذنجان من الخضر واللافندر والنعناع من النباتات العطرية
شروط نجاح زراعة الأنسجة

لكى تتم عملية زراعة الأنسجة بنجاح يجب أن تتوافر فى المعمل عناصر ضرورية وأهم شرطين يجب توافرهما : النظام والنظافة حتى يتم فصل الجزء المراد زراعته من النباتات الأم الى بقية الزراعة بطريقة سليمة وسريعة تحقق أقصى المراد زراعته من النباتات الميكروبى. وإلى جانب النظام والنظافة فمن الأهمية بمكان التأكد من نظافة الكيماويات المستعملة كذلك الماء المقطر المستخدم فى تحضير البيئات .

معمل يجب أن تتوافر الوحدات الآتية:

ـ وحدة الغسيل والتجفيف للأوانى الزجاجية المستخدمة
ـ وحدة قصيرة لتحضيرالبيئات وتعقيمها
ـ وحدة الزراعة
ـ وحدة التحضير التى تجهز بلمبات فلورنست وترموستات لضبط درجة الحرارة ودرجات الإضاءة لكى تناسب المستخدم.

مميزات استخدام طريقة زراعة الأنسجة

1. تعتبر طريقة التكاثر بالوسائل والطرق التقليدية بطيئة لدرجة أنها لا تفي بالدرجة الكافية بالطلب المتزايد على التقاوي والشتلات مما يدفع الكثير من الدول و من بينها مصر إلى استيراد هذه التقاوي والشتلات من الخارج .

هذا بالإضافة إلى أن بعض أنواع هذه الشتلات صعبة وبطيئة الإكثار وعلى هذا فقد أدى استخدام طريقة زراعة الأنسجة إلى إنتاج أعداد كبيرة جداً من تقاوي النباتات وفى مساحة محدودة بالمقارنة بالطرق التقليدية لإنتاج هذه النباتات مع الحفاظ على صفاتها الوراثية ومطابقتها لنباتات الأم .

2. إنتاج شتلات خالية من المسببات المرضية أهمها الفيروس: فمن المعروف أن بعض النباتات التي تتكاثر خضريا مثل البطاطس والفراولة والموز والثوم وغيرها تصاب بالفيروسات العديدة التي تؤدى إلى ضعف النباتات و نقص الإنتاجية وردائة التقاوي والشتلات وحيث أن هذه الإصابة تنتشر فى جميع أجزاء النباتات فإن هذه الأمراض يمكن أن تنتقل عن طريق التكاثر بالطرق التقليدية باستخدام الدرنات أو الريزومات أو المدادات الأمرالذى يؤدى إلى تدهور التقاوي عاماً بعد عام و يؤدى أيضا إلى ضرورة استيراد العديد من النباتات من الخارج مما يكلف الدولة ملايين الجنيهات سنويا و لكن باستخدام أسلوب زراعة الأنسجة يمكن إنتاج نباتات خالية من هذه المسببات المرضية سواء كانت مسببةلأمراض فطرية أو بكتيرية أو نيماتودية أو حتى فيروسية و بالتالى ينعكس ذلك على جودة و كفاءة التقاوي والشتلات الناتجة من زراعة الأنسجة
. مراحل إكثارالنباتات بطريقة زراعة الأنسجة

المرحلة الأولى :
تعتبر هذه المرحلة من أهم مراحل زراعة الأنسجة حيث يتم فيها فصل النسيج النباتي تحت ظروف التعقيم وزراعته فى بيئة صناعية ثم حفظه فى حضانات تحت درجة حرارة ورطوبة وإضاءة معينة فى المعمل .
المرحلة الثانية:

الهدف منها زيادة إعداد النباتات فى المعمل حيث تنقل النباتات النامية إلى بيئة أخرى ذات تركيب كيميائي معين لتشجيع تكوين فروع جديدة للنباتات ويتم تكرار هذه العملية حتى نحصل على الأعداد المطلوبة من النباتات .

المرحلة الثالث :

إعادة زراعة النباتات و نقلها من المعمل إلى الصوب لإعادة أقلمتها فى التربة حيث تستخرج النباتات من الأنابيب ثم تزرع فى إصيصات صغيرة تحتوى على رمل وتربة زراعية مع تغطيتها بالبلاستيك الشفاف للحفاظ على الرطوبة ثم يزال هذا الغطاء تدريجيا . بعد ذلك يكون جاهزا للتوزيع على المزارعين لإعادة زراعة الشتلات فى الحقول.

فائدة استخدام الشتلات المنتجة عن طريق زراعةالأنسجة مقارنة بالإنتاج التقليدى

1. خلو الشتلات من الأمراض المختلفة وبذلك يمكن توفير الكيماويات التى يتم استخدامها فى الرش لمقاومة الأمراض والآفات .

2 . قوة الشتلة الناتجة من زراعة الأنسجة و تماثل النباتات .

3 . زيادة الإنتاجية من الشتلات الناتجة عن زراعة الأنسجة من 10 - 20 %.

4. يمكن الحصول عليها فى الوقت الملائم للزراعة و بالكمية الكافية و بالسعرالمناسب.

5. حيث إن الإكثار يتم فى المعامل فيمكن استغلال مساحة المشاتل فى زراعات أخرى فى تلك الفترة

(الاستغلال الأمثل للأرض) .

ما هى التقاوى والشتلات التى يتم إنتاجها عن طريق زراعة الأنسجة حاليا؟

من أمثلةالمحاصيل المنتجة عن طريق زراعة الأنسجة فهى تقاوى البطاطس المعتمـدة وشتلات الموزللأصناف المستوردة مثل صنف الوليمز غزير الإنتاج كذلك شتلات الفراولة التى أمكنالاستغناء عن استيرادها من الخارج بل والتصدير من الناتج المحلى بالإضافة إلى شتلات نباتات الزينة المختلفة كما أنه يمكن فى المستقبل التوسع فى إنتاج نباتات التصديرمثل الخرشوف و الإسبرجس من ناتج زراعة الأنسجة .

مكونات بيئات زراعة الأنسجة

- مكونات بيئة الزراعة

- أهم أنواع البيئات

أولا: مكونات بيئة الزراعة

 تتكون جميع البيئات التى إستخدمت فى زراعة أنسجة المحاصيل المختلفة بصفة عامة من مكونات أساسية وهى:

- مواد غير عضوية (عناصر كبرى وعناصر صغرى)

- ومواد عضوية (فيتامينات)

- وكربوهيدرات (سكروز C12H22O11) عادة مايضاف 30جرام لكل لتر بيئة.

- منظمات نمو (أوكسينات وسيتو كينينات)

هذا ويضاف الآجار 10 جرام لكل لتر بيئة (للحصول على بيئة صلبة) أو لايضاف فى حالة إستخدام بيئة سائلة Liquid medium

المواد الغير عضوية:

أ- العناصر الكبرى:  تحتاجها كل النباتات لذلك لابد من إضافتها فى بيئة زراعة الأنسجة النباتية وعددها سبع عناصر وهى:

1- النيتروجين (N) : يؤثر على معدل نمو النبات وضرورى لتكوين الكلوروفيل والقلويدات والأحماض النووية nuclic acids   وهرمونات النمو والأحماض الأمينية amino acids .  مصادر النيتروجين لبيئة زراعة الأنسجة

 الأمونيوم (NH4 + ) , النترات - NO 3 

2- الفسفور (P) : ويتركز فى الأجزاء المرستيمية إلا أن دوره غير معروف بالضبط ويرجح أن له دور فى تنشيط الإنزيمات. يستخدم فى بيئات زراعة الأنسجة  فى صورة فوسفات البوتاسيوم KH2PO4) )   أو فوسفات الصوديوم

     (NaH2PO4) .

3- البوتاسيوم (K ): ضرورى للإنقسام الطبيعى للخلية وتكوين الكربوهيدرات والبروتينات.  يضاف فى البيئة على هيئة نترات بوتاسيوم KNO3  أو  فوسفات بوتاسيوم KH2PO4 . ونادرا مايستعمل كلوريد البوتاسيوم  KCl

4- الكبريت (S ): يوجد فى بعض جزيئات البروتين. يشجع النمو الجذرى والخضرى. يضاف فى بيئة الزراعة فى صورة سلفات (SO4= ).

5- الكالسيوم (Ca ): يلعب دور فى نفاذية الجدار الخلوى ويسهل حركة الكربوهيدرات والأحماض الأمينية خلال النبات كما أنه يشجع نمو الجذور. يضاف فى البيئة فى صورة كلوريد الكالسيوم CaCl2 أو فى صورة نترات الكالسيوم Ca(NO3)2  

6- الماغنسيوم (Mg ):  يعتبر العنصر المركزى فى جزئ الكلوروفيل . هام جدا كمنشط إنزيمى. نقصه يسبب شحوب الأوراق. يضاف إلى البيئة فى صورة كبريتات الماغنسيوم Mg SO4

7- الحديد Fe) ): يدخل فى تخليق الكلوروفيل ويشارك فى عملية التمثيل الضوئى والتنفس. نقصه يسبب إصفرار وشحوب الأوراق. يستخدم فى بيئات زراعة الأنسجة النباتية   على هيئة كبريتات حديدوز FeSO4 بعد أن يتم خلطها بأملاح الصوديوم لل ethylene-diamine tetraacetic acid (EDTA) والذى يجعل الحديد أكثر  صلاحية للنبات.

 ب- العناصر الصغرى: 

بالإضافة إلى العناصر الكبرى هناك عناصر ضرورية يحتاجها النبات ولكن بكميات ضئيلة جدا قد تكون سامة للنبات إذا أضيفت بكميات زائدة عن المطلوب.

1- البورون Boron  يضاف البورون (B) لبيئة زراعة الأنسجة بكميات صغيرة منBoric acid حمض البوريك H3BO3

2- موليبدنيوم  Molybdenum  ضرورى للنمو الطبيعى للنبات ويضاف(Mo) لبيئة الزراعة فى صورة    Sodium molybdate  موليبدات صوديوم Na2MoO4.2H2O

3- المنجنيز Manganese يضاف فى صورة سلفات المنجنيز Mn SO4

4- الكوبالت Co يضاف لمعظم أنواع البيئات بكمية لاتتجاوز 25 من الألف مليجرام لللتر فى صورة كلوريد الكوبالت CoCl2

5- زنك Zn يضاف فى صورة كبريتات الزنك Zn SO4

6- نحاس Cu  يعتبر إضافة  25 من الألف ملليجرام لكل لتر بيئة فى صورة كبريتات النحاس CuSO45H2Oكافيا لإمداد الجزء النباتى المزروع من عنصر النحاس

7- كلور Cl  يضاف فى صورة كلوريد الكالسيوم CaCl2 لمعظم أنواع البيئات

8- يود Iodine  يضاف للبيئة فى صورة أيوديد البوتاسيوم (KI)

ثانيا: أشهر أنواع البيئات:

تعتبر بيئة العلمان موراشيج وسكوج

 (Murashige & Skoog (MS من أشهر البيئات المستخدمة لإكثار العديد من الأنواع النباتية والتى يمكن تحضيرها معمليا أو شرائها  

هناك أيضا بيئة تستعمل لزراعة وإكثار النباتات الخشبية

 وتسمى(Woody Plant Medium (WPM