Możliwości, które daje zastosowanie kultur in vitro:

1. Produkcja sadzonek lub podkładek bez względu na porę roku.

2. Gromadzenie i przechowywanie roślin wolnych od patogenów i całkowicie izolowanych

przed wtórną infekcją wirusami, bakteriami, mikoplzamami, grzybami i nicieniami.

3. Przechowywanie długoterminowe materiału.

4. Ułatwiony transport i międzynarodowa wymiana materiału sadzonkowego.

5. Otrzymywanie roślin wyrównanych, przez selekcję pojedynczych egzemplarzy z

gatunków rozmnażanych do tej pory wyłącznie generatywnie.

6. Reprodukcja roślin, których nasiona są bardzo drogie, wolno kiełkujące lub mają

szczególnie niską siłę kiełkowania.

7. Skracanie prac cyklu hodowlanego (do 3-4 lat) nad otrzymywaniem nowych odmian.

8. Otrzymanie odmian o wyższym poziomie ploidalności przez działanie kolchicyną na

hodowle tkanek.

9. Zachowanie linii męskojałowych i utrzymanie wsobnych linii pochodnych mieszańców

F1.

10.Wykorzystywanie kultur in vitro specyficznych roślin do produkcji wtórnych

metabolitów (np. kwas abscysynowy, kauczuk, kofeina, kamfora, atropina, opium,

barwnik...).mających zastosowanie np. w farmakologii (bioreaktory).

11. Uzyskiwanie haploidów metodą kultur izolowanych pylników lub mikrospor.

12. Kultury izolowanych protoplastów i ich fuzje w celu uzyskania mieszańców.

13. Kultury niedojrzałych zarodów w celu ich ratowania w przypadku, gdy bielmo nasion,

z których pochodzą jest słabo wykształcone lub wcale go nie ma.

14.Wytważanie sztucznych nasion.

Zagadnienie hodowli organów i tkanek roślinnych in vitro

sformułowane zostało po raz pierwszy przez Haberlandta

(1902)

.

Sukces metod kultur in vitro jest związany ze zjawiskiem

TOTIPOTENCJI, które polega na nieograniczonych zdolnościach

komórek roślinnych do dzielenia się i odtwarzania całego

organizmu. Wiele komórek somatycznych, nieraz znacznie

zróżnicowanych może podjąć rozwój embrionalny i dać początek

zarodkowi. Wynika stąd, że genotyp zróżnicowanych komórek nie

podlega trwałemu zablokowaniu i może być uaktywniony,

podobnie jak genotyp zygot.

Co wpływa na wyzwolenie
totipotencji?

1.

Odłączenie

komórek somatycznych od korelacyjnego wpływu

innych komórek (odcięcie fragmentu pędu, wyizolowanie
pojedynczych komórek czy też protoplastów).

2. Bogate składniki odżywcze i substancje wzrostowe,

regulatory

wzrostu

.

3.

Gatunek

, z którego pochodzą eksplantaty wyjściowe - w

komórkach somatycznych znajduje się PEŁNA informacja
genetyczna, ale nie jest ona w jednakowej mierze
wykorzystywana w każdym eksplantacie roślinnym, blokada
genów działa z niejednakową intensywnością u różnych grup
roślin.

4.

Wiek, kondycja i turgor tkanki, rodzaj organu, jego fizjologia i

wiek ontogenetyczny oraz sezon

, w którym pobiera się materiał

wyjściowy do kultur.

Z a r o d k i s o m a t y c z n e :

1 . N i e

w y k a z u j ą

w a z i k u l a r n e g o

p o ł ą c z e n i a

z

t k a n k ą

m a c i e r z y s t ą w o b r ę b i e , k t ó r e j r e g e n e r u j ą .

2 . P o s i a d a j ą p r o s t ą , d w u b i e g u n o w ą s t r u k t u r ę z w y o d r ę b n i o n ą

o s i ą k o r z e ń - p ę d .

3 .

P o w s t a j ą w s k u t e k p o d z i a ł ó w m i t o t y c z n y c h

, z p o j e d y n c z y c h

k o m ó r e k

i n i c j a l n y c h ,

k t ó r e

c h a r a k t e r y z u j ą

s i ę

g ę s t ą

c y t o p l a z m ą ,

d u ż y m

j ą d r e m ,

p l a s t y d a m i

z a w i e r a j ą c y m i

z i a r n a s k r o b i o r a z l i c z n y m i r y b o s o m a m i i s f e r o s o m a m i .

Rozmnażanie klonalne w kulturach in
vitro:

 

1.Powstawanie

zarodków somatycznych

w hodowlach komórek,

tkanek i organów.

2.Różnicowanie

pąków przybyszowych

w hodowlach tkanki

kalusowej.

3.Różnicowanie pąków przybyszowych bez pośrednictwa tkanki

kalusowej.

4.Rozwój (pobudzenie)

pąków bocznych

w hodowlach wierzchołków

pędów.

5.Rozwój pąków bocznych (kątowych, pachwinowych) w
hodowlach fragmentów pędów i innych organów.

ORGANOGENEZA:

1. Bezpośrednia

Pierwotny eksplantat organ roślina

Pierwotny eksplantat embrioidy organ roślina

2. Pośrednia

Pierwotny eksplantat

KALUS

embrioidy, zawiązki

korzeni i/lub pędy

organ

roślina

Kalus

 
1. Mozaika komórek

kompetentnych

(totipotentnych) i

niekompetentnych

(nietotipotentnych). Komórki kompetentne kalusa

pochodzą z eksplantatu, albo kompetencja ta zostaje wyzwolona w
eksplantacie przez warunki hodowli.

2. 

Niejednorodna histologicznie tkanka

(tkanka składająca się z

komórek miękiszowych o różnym stopniu wakuolizacji oraz komórek
merystematycznych tworzących mniej lub bardziej ukształtowane
centra).

3.

Bardzo dynamiczny układ

, w którym procesom odróżnicowania się

komórek miękiszowych towarzyszą procesy ich różnicowania
polegające na wzroście objętości, aż do komórek olbrzymich. Często
występują elementy zdrewniałe.

4. Tkanka powstająca w miejscu zranienia rośliny mająca na celu
zabliźnienie rany. Często ma charakter tk. twórczej regeneracyjnej.
Przy szczepieniu drzew kalus umożliwia zrastanie się zraza z
podkładka

Regulatory wzrostu

Wprowadzenie do pożywki regulatorów wzrostu z grupy auksyn i

cytokinin stymuluje

odróżnicowanie

się

nieuszkodzonych komórek,

które pozostały w miejscu zranienia eksplantatu wyjściowego. Na

pewien okres podejmują one funkcję komórek merystematycznych

i dzieląc się intensywnie tworzą luźną tkankę o charakterze

parenchymatycznym, zwaną kalusem.

Specyficzne działanie substancji wzrostowych w trakcie powstania

tkanki kalusowej polega na przyspieszeniu podziałów

komórkowych, stymulacji wydłużania się komórek przez

rozluźnienie struktury ściany i ułatwienie przenikania wody, a w

późniejszym okresie na uaktywnianiu procesów różnicowania i

organogenezy.

ONTOGENEZA - (rozwój) zmiany, którym

podlega, np. roślina lub jej część w ciągu życia.

Gdy zmiany dotyczą formy (na poziomie

organu lub komórki) mówimy o morfogenezie,

gdy dotyczą tkanek to jest to histogeneza a z

kolei, gdy dotyczą komórek to nazywamy je

różnicowaniem.

Auksyny

1. Regulatory wzrostu podziałowego i wydłużeniowego.

2. Niezbędne do podziałów komórkowych.

3. Inicjują korzenie boczne i przybyszowe.

4. Determinują różnicowanie się elementów trachealnych.

5. Hamują wzrost pąków bocznych – dominacja wierzchołkowa.

Cytokininy

1. Regulacja podziałów komórkowych i cytodyferencjacji.

2. Inicjacja organogenezy.

3. Syntetyzowane w merystemach, zwłaszcza w korzeniu.

4. Znoszą dominację wierzchołkową.

Gibeleryny

1. Wpływ na podziały i cytodyferencjację.

2. Regulacja wzrostu podziałowego najwyraźniejsza w podwierzchołkowym

merystemie łodygi.

3. Powstawanie długopędów przez wydłużanie międzywęźli.

4. Prawie w ogóle nie działają na wzrost w merystemach pędów i korzeniach

wierzchołkowych.

5.

Indukują fazę generatywną w wierzchołku pędu u roślin długiego dnia.

Auksyny:

2,4-D - kwas 2,4-dwuchlorofenoksyoctowy- syntetyczna auksyna o najsilniejszym

działaniu. Indukuje szybką proliferację komórek kalusa i największy przyrost tkanki

kalusowej, zwłaszcza pod wpływem kinetyny, zeatyny lub BAP dodanych w niewielkim

stężeniach.

2,4,5-T - kwas 2,4,5-trójchlorofenoksyoctowy- syntetyczna auksyna o aktywności niższej

niż 2,4-D.

IAA - kwas indolilo-3-octowy - naturalna auksyna o najlepiej poznanym działaniu.

Indukuje szybki wzrost tk. kalusowej. IAA jest łatwo rozkładany przez tkanki roślinne pod

wpływem oksydazy IAA, a także pod wpływem światła. Powoduje ukorzenienie pędów.

NAA - kwas naftylo-1-octowy – syntetyczna auksyna, silnie stymulująca powstawanie i

wielkość przyrostów tk. kalusowej. Szczególnie korzystny wpływ na wzrost kalusa oraz na

jego późniejszą zdolność do różnicowania się i organogenezy wywiera współdziałanie NAA

z cytokininą np. BAP. Powoduje ukorzenienie pędów.

IBA - kwas indolilo-3-masłowy -

syntetyczna

auksyna rzadziej stosowana do indukowania

wzrostu tkanki kalusowej, częściej w pobudzaniu tkanki kalusowej do organogenezy.

Powoduje ukorzenienie pędów.

Dicamba - kwas 2- metoksy-3,6-dichlorobenzoesowy – syntetyczna auksyna

Picloram - kwas 4-amino-3,5,6-trichloropikolinowy – syntetyczna auksyna

Cytokininy:

BAP- BA - benzyloadenina - 6-benzyloaminopuryna – syntetyczna cytokinina, pochodna adeniny. Jest

lipofilna, dzięki czemu przenika biernie w głąb tkanek. Nawet w niewielkim stężeniu zachowuje długo

aktywność. W porównaniu z KIN stymuluje większe przyrosty masy komórkowej. Stymuluje powstanie

pąków hamując równocześnie ich ukorzenienie się.

KIN - kinetyna – 6-furfuryloaminopuryna – FAP - syntetyczna cytokinina, stymuluje podziały

komórkowe i aktywację kwasów nukleinowych. Jest szczególnie czynna w obecności auksyn, a

zwłaszcza IAA. Silnie stymuluje organogenezę w tkance kalusowej. Pobudza tkanki dojrzałe do

odróżnicowywania się. Indukcja pąków przybyszowych.

2iP - IPA - DMAA - DMAAP - 6(γ,γ-dimetyloallilo) aminopuryna – naturalna cytokinina, silnie

stymulująca regeneracje pąków przybyszowych.

Zea - Zeatyna - 6-(4-hydroksy-3-metylobutylo-trans-2-enylo)aminopuryna – naturalna cytokinina

(najaktywniejsza jest forma trans). Izolowana z niedojrzałych ziarniaków Zea mays. Aktywnością

znacznie przewyższa kinetynę. Zalecana przy indukcji organogenezy.

PGA - (6-benzyloamnio)-9-(2-tetrahydropiranylo)H-puryna – tetrahydropiranylobenzyloadenina –

syntetyczna cytokinina o aktywności niższej niż BA.

TDZ - thidiazuron

Gibereliny:

GA

3

- kwas giberelinowy

ZASADY WSPÓŁDZIAŁANIA AUKSYN I CYTOKININ:

Cytokininy auksyny kalusowanie

Cytokininy śr. auksyny liczne wierzchołki korzeni

Cytokininy auksyny liczne pędy