35.6
Die pflanzliche Gewebekultur
Traditionell züchten Landwirte Feldfrüchte über viele Generationen,
um die gewünschte Qualität zu produzieren, wie höhere Erträge, größere
Samen, süßere Früchte und höhere Resistenz gegen Krankheiten.
Neue Fruchtvarianten Können durch
Propfung oder Kreuzbestäubung der Elternpflanzen erzeugt werden.
Allerdings sind diese Methoden sehr zeitaufwändig und
unspezifisch, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der Eliminierung der gewünschten Merkmale.
Alternativ kann der Einsatz von In Vitro-Techniken,
bekannt als Pflanzengewebekultur, rapide große Mengen
an Pflanzenklonen mit den gewünschten Qualitäten produzieren.
Diese Techniken verlassen sich auf 'Totipotenz’,
was soviel bedeutet, dass ein Teil einer Pflanze eine ganze Pflanze
entstehen lassen kann, wenn sie die entsprechenden Wachstumsregulatoren erhält
und der richtigen Umgebung ausgesetzt wird.
Je nach der Quelle des Pflanzenteils oder Explantats
können Gewebekulturtechniken in mehrere Arten
unterteilt werden.
Zum Beispiel bei einer Kalluskultur werden die Explantate
auf ein Wachstumsmedium platziert, durchlaufen schnelle Zellteilung
und bilden eine Masse undifferenzierter Zellen,
die als Kallus bezeichnet werden.
Pflanzenhormone, wie Auxine und Cytokinine,
regulieren mehrere Aspekte des Pflanzenwachstums
und helfen dem Kallus, sich in verschiedene
Pflanzenteile zu differenzieren.
Sprösslinge können von einem Kallus mit einer
hohen Konzentration an Cytokininen relativ zu den
Auxinen induziert werden, während Wurzeln gebildet werden können,
wenn das Verhältnis umgekehrt wird.
Bei einer gleichen Hormonkonzentration bilden sich sowohl
die Wurzel als auch der Sprössling, um die junge Pflanze zu regenerieren.
Viren stellen ein Hauptproblem bei der Landwirtschaft dar,
da sie ernsthafte Erkrankungen der Pflanzen verursachen können.
Die Meristemkultur ist teilweise nützlich zur Etablierung
von virusfreien Pflanzen.
Diese Methode verlässt sich auf die sich schnell teilende Sproßenspitze
als Explantat der ersten Wahl.
Solche Sprösslingsspitzen sind im Allgemeinen frei von Viren.
Pflanzengewebekulturen ermöglichen nicht nur das Klonen von
erwünschten Pflanzen, sondern erleichtern auch
eine genetische Modifikation.
Eine Art von Modifikation umfasst
die Einführung vorteilhafter Gene, womit
die Gesundheit, Größe oder der Gesamtertrag der Pflanze verbessert werden kann.
Solche Modifikationen werden von nachfolgenden Generationen weitervererbt
und produzieren die gewünschten Merkmale ohne die Notwendigkeit
zusätzlicher Gewebekulturen.
Zum Beispiel wurde genetisch modifiziertes Korn, oder GM,
mit einem Herbizidtoleranzgen in weitem Umfang
von Landwirten in den USA übernommen.
Diese Modifikation ermöglicht, die Feldfrüchte mit Unkrautvernichtungsmitteln zu besprühen,
um konkurrierendes Unkraut zu vernichten, wobei die Feldfrucht unbeeinträchtigt bleibt.
Die pflanzliche Gewebekultur ist weit verbreitet in der allgemeinen und angewandten Wissenschaft. Die Anwendungen reichen von Entwicklungsstudien der Pflanzen bis hin zu funktionellen Genanalysen, Pflanzenverbesserung, kommerzieller Mikrostecklingsvermehrung, Viruseliminierung und Erhaltung seltener Arten.
Die pflanzliche Gewebekultur hängt von der Fähigkeit des Pflanzengewebes ab, eine ganze neue Pflanze hervorzubringen, wenn sie mit einem Wachstumsmedium und einer geeigneten Umgebung versorgt wird. Diese Fähigkeit der Pflanzenzellen oder Geweben wird als "Totipotenz" bezeichnet.
Die grundlegenden Schritte der pflanzlichen Gewebekultur sind vierfach:
- Wählen Sie eine gesunde Mutterpflanze (Explantat).
- Beseitigen Sie jegliche mikrobielle Kontaminationen der exponierten Explantatoberfläche.
- Inokulation des Explantats in einem geeigneten Kulturmedium.
- Inkubation des Explantats in einer kontrollierten Umgebung mit einer angemessenen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und Beleuchtung.
Es gibt auch vier verschiedene Arten der pflanzlichen Gewebekultur, die anhand der Ziele der jeweiligen Kultur oder der Pflanzenart gewählt werden können:
- Zellkultur (z. B. Gametische Zellen, Zellsuspension und Protoplastenkultur).
- Gewebekultur (Kallus und differenzierte Gewebe).
- Organkultur (jedes Organe wie zum Beispiel Wurzeln, Triebe und Staubblätter).
Eine der beliebtesten Anwendungen der pflanzlichen Gewebekultur ist die in vitro klonale Vermehrung - auch bekannt als Mikrostecklingsvermehrung. In diesem Fall kann die pflanzliche Gewebekultur bei der Fortpflanzung von Pflanzen helfen, die Probleme mit der Samenkeimung haben (widerspenstige Pflanzen), oder Samen mit einer nur kurzen Lebensdauer haben. Obwohl die Mikrostecklingsvermehrung für jede Art angewendet werden kann, wird sie für kommerziell nötige Pflanzen oder vom Aussterben bedrohte Pflanzen empfohlen. Zum Beispiel, ist die Mikrostecklingsvermehrung weit verbreitet für den Anbau von Orchideen wie Paphiopedilum delenatii - eine im Himalaya beheimatete Art. Diese Orchideen werden traditionell durch Samen vermehrt. Es dauert jedoch etwa 2-3 Jahre bis reife Orchideen diese zu produzieren. Daher ist die pflanzliche Gewebekultur zu einer idealen Methode geworden, um diese Art vor dem Aussterben zu schützen und eine kommerzielle Lebensfähigkeit zu erreichen.
Die Mikrostecklingsvermehrung kann auf drei verschiedene Arten durchgeführt werden:
- mit einer apikalen oder Achselknospe.
- mit der sprossbürtigen Knospe.
- durch die Bildung eines somatischen Embryos unter Verwendung somatischer elterlicher Pflanzenzellen.
Der Erfolg jeder der Techniken hängt vom genetischen Hintergrund, den Kulturmedien und den Inkubationsbedingungen ab.
Traditionell züchten Landwirte Feldfrüchte über viele Generationen,
um die gewünschte Qualität zu produzieren, wie höhere Erträge, größere
Samen, süßere Früchte und höhere Resistenz gegen Krankheiten.
Neue Fruchtvarianten Können durch
Propfung oder Kreuzbestäubung der Elternpflanzen erzeugt werden.
Allerdings sind diese Methoden sehr zeitaufwändig und
unspezifisch, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der Eliminierung der gewünschten Merkmale.
Alternativ kann der Einsatz von In Vitro-Techniken,
bekannt als Pflanzengewebekultur, rapide große Mengen
an Pflanzenklonen mit den gewünschten Qualitäten produzieren.
Diese Techniken verlassen sich auf 'Totipotenz’,
was soviel bedeutet, dass ein Teil einer Pflanze eine ganze Pflanze
entstehen lassen kann, wenn sie die entsprechenden Wachstumsregulatoren erhält
und der richtigen Umgebung ausgesetzt wird.
Je nach der Quelle des Pflanzenteils oder Explantats
können Gewebekulturtechniken in mehrere Arten
unterteilt werden.
Zum Beispiel bei einer Kalluskultur werden die Explantate
auf ein Wachstumsmedium platziert, durchlaufen schnelle Zellteilung
und bilden eine Masse undifferenzierter Zellen,
die als Kallus bezeichnet werden.
Pflanzenhormone, wie Auxine und Cytokinine,
regulieren mehrere Aspekte des Pflanzenwachstums
und helfen dem Kallus, sich in verschiedene
Pflanzenteile zu differenzieren.
Sprösslinge können von einem Kallus mit einer
hohen Konzentration an Cytokininen relativ zu den
Auxinen induziert werden, während Wurzeln gebildet werden können,
wenn das Verhältnis umgekehrt wird.
Bei einer gleichen Hormonkonzentration bilden sich sowohl
die Wurzel als auch der Sprössling, um die junge Pflanze zu regenerieren.
Viren stellen ein Hauptproblem bei der Landwirtschaft dar,
da sie ernsthafte Erkrankungen der Pflanzen verursachen können.
Die Meristemkultur ist teilweise nützlich zur Etablierung
von virusfreien Pflanzen.
Diese Methode verlässt sich auf die sich schnell teilende Sproßenspitze
als Explantat der ersten Wahl.
Solche Sprösslingsspitzen sind im Allgemeinen frei von Viren.
Pflanzengewebekulturen ermöglichen nicht nur das Klonen von
erwünschten Pflanzen, sondern erleichtern auch
eine genetische Modifikation.
Eine Art von Modifikation umfasst
die Einführung vorteilhafter Gene, womit
die Gesundheit, Größe oder der Gesamtertrag der Pflanze verbessert werden kann.
Solche Modifikationen werden von nachfolgenden Generationen weitervererbt
und produzieren die gewünschten Merkmale ohne die Notwendigkeit
zusätzlicher Gewebekulturen.
Zum Beispiel wurde genetisch modifiziertes Korn, oder GM,
mit einem Herbizidtoleranzgen in weitem Umfang
von Landwirten in den USA übernommen.
Diese Modifikation ermöglicht, die Feldfrüchte mit Unkrautvernichtungsmitteln zu besprühen,
um konkurrierendes Unkraut zu vernichten, wobei die Feldfrucht unbeeinträchtigt bleibt.
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