مقدمه و كليات

فصل اول

مقدمه:

روشهاي سنتي اصلاح نباتات مبتني بر دستكاري ساختار ژنتيكي گياه كامل و از طريق توليد جنسي است. در سالهاي اخير روشي براي دستكاري ژنتيكي در سطح سلولي پيدا شده است كه روشهاي اصلاحي را بطور منحصر بفرد كامل مي كند. موجوديت پيدا كردن روشهاي كشت بافت و سلول را مي توان به پيشرفتهاي ناشي از دانش كشت سلولي و زيست شناسي مولكولي دانست (4 و 51)

بيوتكنولوژي يا فناوري زيستي مجموعه اي از فنون را تشكيل مي دهد كه امكان بكارگيري، توانايي و كارآيي سلولهاي موجودات زنده اعم از حيواني يا گياهي را فراهم مي سازد. در سالهاي اخير با انجام تحقيقات متعدد در حوزة بيوتكنولوژي كشاورزي اين بخش داراي جايگاه مهم و باارزشي شده است و اين امكان را در رابطه با گياهان زراعي فراهم نموده است كه بسيار مطالب كارآتر از روشهاي كلاسيك اصلاح نباتات با استفاده از تكنيكهاي مختلف از قبيل دست ورزي ژنتيكي (Genetic manipulation)، كشت بافت و سلول گياهي در شرايط In Vitro و غيره، گياهاني با سازگاري متناسب تر و بيشتر به شرايط محيطي و همچنين سازگار با نياز انسانها توليد نمايد.

تكنيك كشت بافت و سلول گياهي در شرايط In Vitro ازجمله فنون بيوتكنولوژي است كه كاربرد آن به اوايل سالهاي 1950 مي رسد. بر اساس اين تكنيك، سلول گياهي يا بافت از اندامهايي مثل ريشه، ساقه، برگ و گل آذين يا هر اندام ديگري از گياه جدا شده و در شرايط كاملاً استريل و گندزدايي شده، در درون لوله هاي آزمايش محتوي محيط غذايي مصنوعي قرار گرفته و با تأمين نيازهاي نوري و حرارتي مناسب تبديل به يك گياه كامل مي گردد. اين تكنيك همانطور كه اشاره شد امكان توليد هزاران گياهچه مشابه گياه مادري را در مدت زمان بسيار كوتاهي و در فضاي فيزيكي بسيار محدودي فراهم مي‌سازد كه با انتقال اين گياهچه ها به سطح گلخانه و مزرعه توليد انبوهي از گياهان مورد نظر را مي توان باعث شد. در اصلاح نباتات با استفاده از تكنيك كشت بافت و نيز توليد كالوس يا گياهچه ها در مقياس وسيع و انجام گزينش در بين نمونه ها مي توان از ارقام مقاوم به استرسهاي محيطي را توليد نمود. فنون فوق فرصتهاي مناسبي در بخشهاي مختلف تحقيقاتي، اقتصادي بوجود آورده است كه با تقويت بخش دولتي و فعال نمودن بخش خصوصي كارايي اين بخشها را براي تأمين و توليد محصولات اساسي كشور را، بطور قابل ملاحظه اي مي توان افزايش داد. (51 و 98)

تاريخچة اهميت كشت بافت:

مفهوم كشت بافت گياهي خلاصة عبارت كشت پروتوپلاست گياهي، سلول گياهي، بافت و كشت اندام گياهي است. كشت بافت و سلول گياهي بر اساس نظرية شوان مبني بر دارا بودن خاصيت توتي پوتنسي سلولها پايه گذاري شد. توتي پوتنسي خاصيتي است كه بر اساس آن يك سلول داراي توان تبديل شدن به موجود كامل است. در سالهاي اخير، تكنيك كشت بافت گياهي به يك ابزار بسيار قدرتمند براي تكثير و اصلاح بسياري از گونه هاي گياهي تبديل گشته است. اين تكنيك با ابراز نظرية گوتليب هابرلاندت در مورد خاصيت توتي‌پوتنسي در سلول گياهي در آغاز قرن بيستم آغاز گرديد. هارلاند پيشنهاد نمود كه روشهاي جداسازي و كشت اندام گياهي بايد توسعه يابد و ادعا نمود كه اگر محيط و مواد غذايي سلولهاي كشت شده، دستورزي شده باشند، آن سلولها بايد صفات ارثي مربوط به مراحل رشد و نموي گياه اوليه را تكرار نمايمد. ديدگاه هابرلاند در حقيقت قابل توجه بود زيرا وي حتي بيان داشت كه خارج از سلولهاي سوماتيكي زنده، جنينهاي مصنوعي به صورت غير جنسي رشد و نمو مي يابند.(5) احتمالاً وايت نخستين كسي بود در سال 1954 مسئله كشت سلولي را به روشني بيان كرد. او بيان داشت كه تفاوتهاي بين سلولهاي ديگر در آن ارگانيسم مي باشد. لذا امكان دارد بتوان با جدا نمودن سلول، پتانسيل نهفته توتي پوتنت را به آنها بازگردانيد. البته احتمال دارد كه اين خاصيت در سلول براي هميشه از دست رفته باشد. اسكوگ و ميلر در 1957 پيشنهاد نمودند كه اثرات متقابل كمي بين اكسين و سيتوكينين نوع رشد و مراحل مورفولوژيك را كه بايد در گياه رخ دهد، تعيين مي كنند. مطالعات آنها در توتون نشان داد كه نسبت بالاي اكسين به سيتوكسين باعث القاي رشد ريشه مي شود؛ درحاليكه نسبت بالاي سيتوكسين به اكسين باعث القاي رشد ساقه ميگردد، هرچند كه اين الگو پاسخ كلي و عمومي نيست. (1 و 5 و 9 و 98)

دستورزي نسبت اكسين به سيتوكينين در بسياري از گونه ها و جنسها براي ريخت زايي موفقيت آميز بوده است. كارهايي كه توسط مورل (1960) روي ازدياد اركيده انجام گرديده است، آغازي براي كاربرد تكنيك كشت بافت گياهي براي تكثير و اصلاح بسياري از گونه هاي گياهي بود كه منجر به توسعه و گسترش استفاده از محيطهاي كشت جديد با غلظتهاي بالاي نمك توسط موراشيگ و اسكوك گرديد.

در سال 1966 نيز گوها و محشوري امكان ايجاد تعداد زيادي از گياهچه هاپلوئيد از دانه داتوره بوسيله كشت بساكهاي نابالغ را ثابت كردند. (98)

در سال 1970 اولين امتزاج موفقيت اميز پروتوپلاست در محيط كشت تحقق يافت. در همين سال انتخاب موتانهاي بيوشيميايي در شرايط آزمايشگاهي صورت گرفت. در 1974 توليد گياهان هيبريد حاصل از امتزاج پروتوپلاستهاي هاپلوئيد به نتيجه رسيد. (1 و 98)

تحقيقات در زمينه كشت بافت گياهي از سال 1975 به بعد بطور چشمگيري افزايش يافت و از دهة 1980 به بعد به عنوان بخش مهمي از بيوتكنولوژي گياهي مورد توجه بسياري از دانشمندان قرار گرفته است بطوريكه در سال 1977 توسط چلتون و همكاران ادغام موفقيت آميز DNA پلاسميد Ti از Agrobacteriam tumefaciens به گياهان صورت گرفت. (98 و 100)

در حال حاضر كشت بافت به عنوان پيش نياز مهندسي ژنتيك از اهميت ويژه اي برخوردار است. از طرفي كشت بافت بعنوان مكمل روشهاي كلاسيك متداول در اصلاح نباتات بكار مي رود نه جايگزين آن (86 و 100)

اساس گياه شناسي براي كشت بافت:

ظرفيت طبيعي گياهان به منظور تكثير توسط فرآيندهاي غيرجنسي، اساس تكثير در تكنيك كشت بافت است. كشت بافت به سادگي به ما كمك مي كند تا از پتانسيل طبيعي موجود در گياه براي رشد و تكثير استفاده كنيم كه البته تكنيكي بسيار كارآمد و قابل پيش بيني است (62 و 96)