((زراعة الأنسجة))


شهدت السنوات الأخيرة تطوراً سريعاً ومستمراً في مجالات العلوم المختلفة ومنها التكنولوجيا الحيوية , وقد بدأت الآمال تنعقد على قيام التكنولوجيا الحيوية دور هام في خدمة التقدم الإنساني في العديد من المجالات , ويمكن تعريف التكنولوجيا الحيوية بأنها " تكامل التقنيات التي تيسر حسن استخدام الكائن الحي أو بعض خلاياه للحصول على أقصى منفعة بالطرق الحيوية الحديثة " وتلعب زراعة الأنسجة دوراً هاماً في خدمة الإنسان.

ما هو المقصود بزراعة الأنسجة النباتية ؟
يقصد بذلك نمو خلايا أو أنسجة أو أجزاء نباتية مختلفة في أواني زجاجية وأحياناً بلاستيكيه تحتوي على بيئات مغذية صناعية تتكون من العناصر الغذائية التي يحتاجها النبات ويتم ذلك تحت ظروف كاملة التعقيم , والأواني بما تحتويه من بيئة ومادة نباتية يطلق عليها اسم " مزرعة أنسجة ".

الأنواع المختلفة من مزارع الأنسجة النباتية :نظراً لدور الذي تلعبه تقنيات زراعة الأنسجة النباتية في مختلف البحوث والدراسات الأساسية والتطبيقية والتي يتم تنفيذها بعد ذلك على المستوى التجاري , ويعتبر تعبير زراعة الأنسجة النباتية تعبيراً شائعاً , ويمكن تلخيص هذه الأنواع المختلفة لزراعة الأنسجة فيما يلي :
- زراعة النبات : ويقصد بها زراعة البادرات والنباتات الكاملة .
- زراعة الأعضاء : ويقصد بها زراعة الأعضاء النباتية مثل الأوراق والجذور ...الخ .
- زراعة الكالس : ويقصد بها زراعة الخلايا الغير متكشفة والتي تكونت على الأجزاء المجروحة " المنفصلات النباتية " .
- زراعة الجنين : ويقصد بها زراعة الأجنة المفصولة سواء كانت أجنه مكتملة أو غير مكتملة النمو
- زراعة الخلايا المعلقة : ويقصد بها زراعة الخلايا بصورة منفردة أو على هيئة تجمعات خلوية صغيره جداً في بيئة سائلة .
- زراعة البروتوبلاست : ويقصد بها زراعة الخلايا المنزوعة الجدر الخلوية .
- زراعة المتك : ويقصد بها زراعة المتوك كاملة وبداخلها حبوب اللقاح .
- زراعة المبيض : ويقصد بها زراعة عضو التأنيث الزهري .

الخصائص المميزة لتقنيات زراعة الأنسجة :
1/ أنها تتم في حيز مكاني صغير نسبياً .
2/ من الممكن توفير الظروف البيئية المثلى التي يحتاجها النبات .
3/ أنه تتم بعيداً عن جميع الكائنات الحية من فطريات وبكتريا وفيروسات وحشرات .
4/ أنها لا ترتبط بالنمط الطبيعي لتطور النبات ودورة حياته .
5/ سهولة التعامل مع مزارع الخلايا .
6/ من أهم الخصائص المميزة لتقنيات زراعة الخلايا والأنسجة أنها تتم في أواني زجاجية (In vitro) , وتحت ظروف كاملة التعقيم .

أهمية تقنيات زراعة الأنسجة :تلعب تقنيات زراعة الخلايا والأنسجة النباتية دوراً هاماً في المجالات التالية :
- دراسة التحولات الغذائية في النبات . - إنتاج نباتات خالية من الأمراض خاصة الفيروسية
- دراسة الوراثة في النبات – حفظ الأصول الوراثية النباتية .
- دراسة تكوين الأعضاء في النبات . – الإكثار المكثف الدقيق للنبات .
- دراسة فسيولوجيا النبات . – إنتاج بعض المواد الفعالة بيولوجيا في المعمل .
- دراسة التحول الوراثي في النبات . – الهندسة الوراثية في النبات .
- دراسة البيولوجيا الجزيئية في النبات .

((أنواع الزراعات النسيجية والمستهدف منها))
• زراعة الأجنة:
يستخدم هذا النوع من الزراعات لتقصير مدة التربية ولمنع إجهاض الأجنة ويستخدم أيضا في الحصول على نسيج الكالوس.


• بذور الأوركيد:يستخدم هذا النوع من الزراعات بغرض تقصير مدة التربية بدون إشراك عملية تبادل المنفعة.

• زراعة المرستيمات:يستخدم هذا النوع من الزراعات للحد من المسببات المرضية النباتية كم يستخدم في حفظ النباتات الخالية من الأمراض الفيروسية.


• زراعة القمم الطرفية والعقد المفردة:تستخدم هذه الطريقة بهدف إكثار الأوركيد وأيضا لحفظ الأصول الوراثية.

• مزارع الأجزاء النباتية المستأصلة بلا براعم:تستخدم هذه الزراعات بغض تكوين أعضاء عرضية لإكثار النبات وتستخدم أيضا للحصول على نباتات خالية من الأمراض.


• زراعات معلقات الكالوس والخلايا المفردة:تستخدم هذه الطريقة بغض إكثار النباتات خضرياً وأيضا تستخدم للحصول على نباتات خالية من الفيروسات


• زراعة المتك والجراثيم الصغيرة :تستخدم هذه الطريقة هدف الحصول على نباتات أحادية العدد الكروموسومي بغرض الحصول على التماثل الوراثي.


• مزارع البويضات والأزهار المستأصلة :وتستخدم هذه الزراعات للقضاء على ظاهرة التوافق وكذلك لتفادي التساقط المبكر للأزهار.


تم حصر وتحديد ما يقرب من 20000 مدخل وراثي من مختلف المحاصيل (سلالات محليـة مستنبطات ، مستوردات، أصناف برية)، تم إكثار 400 مدخل وراثي من القمح بجانب 150 سلالة محلية من الشعير مع دراسة بعض الصفات المورفلوجية. تم تجديد حيوية 30 مدخل وراثي من الفول البلدي مع مراعاة قـواعد العزل الضرورية وكذلك تم إكثار 21 سلالة من الترمس الأبيض.
ثانياً: تقييم وتوصيف الأصول الوراثية:

أوضح تقييـم الأصول الوراثية للقمح أن السلالات المحلية (Landraces) لها قدرة كبيرة على تحمل الظروف البيئية المعاكسة بعكس السلالات المستوردة التي لها قدرة كبيرة للمحصول العالي والمقاومة للأمراض. تمت دراسة صفة كمية المحصول ومـدى ثباتها تحت ظروف قـلـة المياه (300 مللميتـر مقارنـة بـ 500 مللميتر) بالأراضي الرملية واشتملت عملية التقييم على 34 سلالـة محلية من القمح واثنين من الأصناف التجارية عاليـة المحصـول (جيزة 168، سخا 69) وذلك لمدة 3 مواسم متتالية، حيث أظهرت النتائج درجة عالية من الثبات في كمية المحصول تحت ظروف قلة المياه لثماني سلالات محلية وجاء محصولها مشابها وبدون فروق معنوية لمحصول الأصناف التجارية عالية المحصول. وفى تجربة أخرى لدراسة درجة تحمل 30 سلالة محلية من القمح من كل من مصر والسودان لارتفاع درجات الحرارة ونقص المياه في منطقة مصر العليا، قسمت نتائج التحليل العنقودي Cluster Analysis السلالات إلي ثمانية مجموعات علي أساس المحصول ومعامل المقاومة لارتفاع درجات الحرارة ونقص المياه: (1)7 سلالات عالية المحصول وتحتمل نسبيا نقص المياه ولا تحتمل الحرارة العالية، (2) 4 سـلالات متوسطة المحصول والتحمل، (3) 5 سـلالات ضعيفة المحصول والتحمـل، (4) 6 سلالات عالية المحصول وتحتمل نقص المياه و الحرارة العالية، (5) 4سلالات عالية المحصول ومتوسطة التحمل للحرارة العالية ولا تحتمل نقص المياه، (6) سلالتان متوسطة المحصول وضعيفة التحمل، (7) سلالة مرتفعة المحصول (أكثر من 7 طن/هكتار) ومتوسطة التحمل، ( سلالة عالية نسبيا في المحصول ومرتفعة التحمل للحرارة العالية. تم زراعة 12 سلالة محلية ومستنبطة تحت ظروف الأراضي الرملية بالبستان وتحت مستويات مختلفة من التسميد لدراسة قدرتها على الاستجابة والاستفادة من التسميد المنخفض، وأظهرت السلالات المحلية LR9 , LR20 تفوقا معنويا تحت ظروف التسميد المنخفض. كذلك تم تقييم وتوصيف عدد 121 سلالة محلية في منطقة الأراضي الجديدة بالنوبارية والتي أمكن تصنيفها باستخدام التحليل العنقودي إلى 3 مجا ميع رئيسية حسب قدرتها الإنتاجية مع الوضع في الاعتبار علاقة المحصول بمكوناته الأخرى وتشتمل المجموعة الأولى وهي عالية الإنتاجية علي 3 سلالات تتفوق في جميع مكونات المحصول وبينما تشتمل المجموعة الثانية علي 26 سلالة متوسطة الإنتاجية ومتفوقة في مكونين من مكونات المحصول بينما تضم المجموعة الثالثة 88 سلالة منخفضة الإنتاجية. تم انتخاب عدد 84 سلالة محلية من الشعير من بين 500 سلالة محلية تم تقييمها وتوصيفها للمقاومة للجفاف والملوحة. 3. بين التحليل العنقودي للأصول الـوراثية للسـلالات المحلية من الترمـسLupinus albus (46 سلالة) والتي تم جمعها وتقييمها حسب بعض الصفات المورفلوجية والتكنولوجية وجود مجموعتين رئيسيتين تميزت الأولي بصفات الترمس الحلو (6 سلالات) وهي غالبا تم استجلابها من خارج مصر وانتشرت زراعتها في حقول المزارعين أما الباقي فقد تميز بصفات الترمس المر ويمكن تقسيمه إلي أربعة مجاميع تحتية وعلاوة على ذلك هناك العديد من المركبات الطبية والدوائية الخاصة بعلاج الأمراض الجلدية يمكن استخراجها من الأصناف البرية للترمس المصري Lupinus digitatus.
ثالثاً: توثيق الأصول الوراثية:

للاستفادة المثلى من توصيف وتقييم الأصول الوراثية تم إعداد قواعد بيانات أساسية لجميع الأصول الوراثية للمحاصيل المختلفة تبعا للمواصفات الخاصة Descriptors لكل محصول. تم تسجيل بيانات 2000 مدخل وراثي من الأرز أمكن بسهولة تقسيمها عن طريق قواعد
البينات إلي أربعة أقسام رئيسية: Indica وعـددها 1470 مدخل وراثي، Japonica وعـددها 376 مدخل وراثي، Javanica وعددها 24 مدخل وراثي ، Indica/Japonica وعددها 130 مدخل وراثي. وجاري تسجيل بيانات القمح والفول والترمس المتاحة.

رابعاً : استخدام تطبيقات الوراثـة الجزيـئية في توصيف المصادر الوراثية:

باستخدام تكنيك الـRAPDs أمكن التفريق بين 121 سلالة محلية من القمح في حساسيتها للصدأ البرتقالي وتم اختبار عدد 10 تتابعات عشوائية واختيار افضل النتائج واختير منها اثنين فقط حيث أعطت اختلافات بين الأصناف محل الدراسة حيث تم تحديد حزم من الحامض النووي Bands موجودة فقط في الأصناف المقاومة وغير موجودة في الأصناف الحساسة، وبالتالي قد يمكن استخدامها كمعلمات على المستوى الجزيئى للأصناف المقاومة والتي تميزها عن الأصناف الحساسة. بدراسة التباعد والتقارب الوراثي لسبعة وعشرين سلالة من القمح تم تحديد خمسة مجموعات تختلف في درجات التباعد والتقارب الوراثي وتشتمل الأولي منها علي 11 سلالة يشترك كل منها في Veery & Pavon كأب بدرجات متفاوتة، بينما الثانية تشتمـل علـى 6 سلالات يشترك كل منها في Conder كأب مشتـرك، وتشتمل الثالثة علـى 4 سلالات يشترك كل منها فيDebeira & WadiElNeel كآباء بدرجات متفاوتة وتحتوي الرابعة علي 5 سلالات يشترك كل منها في Kauz كأب بدرجات متفاوتة، وتعتبر الخامسة مجموعة منفردة كسلالة لا تشترك في أي أباء مع الآخرين وبذلك يمكن للمربي تجنب التكرار عند بناء التباين المطلوب.
خامساً : الوراثة السيتولوجية:
تم توصيف عدد 112 سلالة محلية من الترمس علي أساس معامل الإنقسام الميتوزي ومعامل الإنجرافات الكروموسومية باستخدام التحليل العنقودي تم تحديد سبعة مجاميع رئيسية: المجموعة الأولى وهي متوسطة الأقلمة والثبات وتحتوي علي 42 سلالة، وتشتمل المجموعة الثانية علي 26 سلالة ضعيفـة
الأقلمة والثبات، وتشتمل المجموعة الثالثة علي عدد 2 سلالة ضعيفة الأقلمة ومرتفعة في الثبات، وتشتمل المجموعة الرابعة علي عدد 2 سلالة مرتفعة الأقلمة وضعيفة في الثبات، وتشتمل المجموعة الخامسة علي عدد 35 سلالة منخفضة الأقلمة وضعيفة في الثبات، وتعتبر المجموعة السادسة أضعف السلالات من حيث الأقلمة والثبات وتحتوى علي عدد 2 سلالة، ويمكن أن يكون للمجموعة السابعة وتحتوي علي 3 سلالات أولوية في برامج التربية من حيث قدرتها العالية للأقلمة والثبات. تم تقدير معامل الانقسام الميتوزي ومعامل الانحرافات الكروموسومية في 10 سلالات من القمح وقد تراوح معامل الانقسام الميتوزي بين 13.28 في السلالة 255 إلي 22.32 في السلالة 178، بينما تراوح معامل الانحرافات الكروموسومية بين 0.49 في السلالة 254 إلي 12.57 في السلالة 262.



والتكاثر الخضري الدقيق الذي يتم في المعمل in vitro يطلق علية micro propagation وتتمثل أهمية هذا النوع من التكاثر في مجال البساتين والغابات كم ويستخدم هذا النوع من التكاثر في إكثار النباتات خضرياً في المعمل ومن مميزاته انه يتم في حيز ضيق ويفر مساحة كبيرة في الصعوبات كانت تستخدم من أجل ذلك النوع من الإكثار ذو الأهمية التطبيقية والعملية .
ومن أهم مردودات مزارع الخلايا النباتية وزراعة الأنسجة والأعضاء النباتية اليوم أنها غيرت من مفاهيمنا تجاه المعلومات الأساسية عن الخلية. فقد أصبح في الإمكان إنتاج نبات كامل whole plant من خلية واحدة single cell , كم وتجاوزت تقنيات زراعة الأنسجة هذا المستوى بعد أن تم بنجاح فصل البروتوبلاستات الحية viable protoplasts وإنتاج نباتات كاملة منها بإجراء تهجين جسمي يطلق عليه para***ual hybridization أو somatic hybridization ويعتبر هذا النوع من التكاثر أحد الغير عادية للتكاثر الخضري الدقيق .
ونتيجة أمكانية تكوين أفراد individuals بعد اندماج البروتوبلاستات fusion of protoplasts فإن هذه الطريقة قد أسهمت في التغلب على الموانع الوراثية الأنواع genetic barriers وأصبح في الإمكان بواسطة هذا النوع من التهجين الجسمي somatic hybridization تخليق وإيجاد هجن سيتوبلازميه يطلق عليها cytoplasmic hybrids (cybrids).
وعليه فقد أصبح للخلية أهمية كبرى في مجال البيوتكنولوجي biotechnology وأصبح كفاح العلماء يدور حول أمكانية تنمية الخلايا النباتية بطريقة تشابه تنمية الكائنات الدقيقة micro-organisms بهدف الحصول على النواتج الثانوية secondary ****bolites واستخدام هذه الخلايا النباتية في الصناعة.