kieszeń K nr 14: Technologia hodowli tkankowej

tak jak każda osoba jest inna i wyjątkowa, tak każda roślina. Niektóre mają takie cechy, jak lepszy kolor, wydajność lub odporność na szkodniki. Przez lata naukowcy szukali metod pozwalających im na wykonanie dokładnych kopii tych nadrzędnych osobników.

rośliny zwykle rozmnażają się poprzez tworzenie nasion poprzez rozmnażanie płciowe. Oznacza to, że komórki jajowe w kwiatach są zapłodnione przez pyłek z pręcików roślin. Każda z tych komórek płciowych zawiera materiał genetyczny w postaci DNA. Podczas rozmnażania płciowego DNA obojga rodziców jest łączone w nowe i nieprzewidywalne sposoby, tworząc unikalne rośliny.

ta nieprzewidywalność jest problemem dla hodowców roślin, ponieważ hodowanie rośliny o pożądanych cechach może potrwać kilka lat starannej pracy w szklarni. Wielu z nas uważa, że wszystkie rośliny rosną z nasion. Jednak naukowcy opracowali obecnie kilka metod uprawy dokładnych kopii roślin bez nasion. Robią to za pomocą metody zwanej „hodowlą tkankową”.

co to jest hodowla tkankowa?

hodowla tkankowa (TC) to uprawa komórek roślinnych, tkanek lub narządów na specjalnie opracowanych pożywkach. W odpowiednich warunkach cała roślina może zostać zregenerowana z jednej komórki. Hodowla tkanek roślinnych jest techniką, która istnieje od ponad 30 lat. Hodowla tkankowa jest postrzegana jako ważna technologia dla krajów rozwijających się do produkcji wolnego od chorób, wysokiej jakości materiału do sadzenia i szybkiej produkcji wielu jednolitych roślin.

Mikropropagacja, która jest formą hodowli tkankowej, zwiększa ilość materiału nasadzeniowego, aby ułatwić dystrybucję i sadzenie na dużą skalę. W ten sposób w krótkim czasie można wyprodukować tysiące egzemplarzy zakładu. Zaobserwowano, że rośliny mikropropagowane zakładają się szybciej, rosną bardziej energicznie i są wyższe, mają krótszy i bardziej jednolity cykl produkcyjny i dają wyższe plony niż konwencjonalne propagules.

Hodowla tkanek roślinnych jest prostą techniką i wiele krajów rozwijających się już ją opanowało. Jego zastosowanie wymaga tylko sterylnego miejsca pracy, przedszkola i zielonego domu oraz wyszkolonej siły roboczej. Niestety, kultura tkankowa jest pracochłonna, czasochłonna i może być kosztowna. Rośliny ważne dla krajów rozwijających się, które zostały uprawiane w kulturze tkankowej, to Palma olejowa, babka, sosna, banan, daktyl, bakłażan, jojoba, ananas, drzewo gumowe, maniok, pochrzyn, słodki ziemniak i pomidor. Ta aplikacja jest najczęściej stosowaną formą tradycyjnej biotechnologii w Afryce.

zastosowania technologii TC w Azji

• kultura tkankowa została udoskonalona, aby zaspokoić potrzeby gatunków storczyków i hybryd, o których wiadomo, że dobrze rosną w Azji Południowo-Wschodniej. Sądząc po doświadczeniach Tajlandii, Singapuru i Malezji, handel ozdobnymi i ciętymi kwiatami jest istotnym źródłem wymiany walutowej i dodatkowego dochodu dla małych hodowców.
• w Tajlandii hodowla tkankowa jest wykorzystywana do rozmnażania wolno rosnących i wrażliwych na środowisko storczyków. Tajlandia jest liderem w hodowli tkankowej w Azji Południowo-Wschodniej, produkując 50 milionów sadzonek rocznie. Większość z nich to storczyki, które pomogły krajowi stać się największym eksporterem całych i ciętych storczyków na świecie.
• Micropagation by shoot culture technique has been developed for the mass propagation of banana. Na Filipinach jest to stosowane jako podejście kontrolne do chorób wirusowych bananów, takich jak: banana bunchy Top virus (BBTV) i banana bract mosaic virus (BBrMV), które są powszechnie rozprzestrzeniane za pomocą materiałów rozmnożeniowych.

korzyści technologii TC dla małych producentów bananów w Kenii (źródło: IZAAA)

w Kenii, podobnie jak w wielu częściach tropikalnego i subtropikalnego rozwijającego się świata, banan jest bardzo ważną rośliną spożywczą. W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił jednak gwałtowny spadek produkcji bananów ze względu na powszechną degradację gleby i porażenie sadów bananowych szkodnikami i chorobami. Problemy te zostały dodatkowo pogłębione przez powszechną praktykę rozmnażania nowych bananów za pomocą zainfekowanych przyssawek. Sytuacja zagrażała bezpieczeństwu żywnościowemu, zatrudnieniu i dochodom na obszarach produkujących banany. Technologia hodowli tkankowej została uznana za odpowiednią opcję w celu zapewnienia odpowiedniej jakości i ilości takich materiałów.

przy odpowiednim zarządzaniu i higienie pola straty plonów spowodowane przez szkodniki i choroby na poziomie gospodarstwa zostały znacznie zmniejszone. Technologia hodowli tkankowej umożliwiła rolnikom dostęp do następujących:

• duże ilości doskonałych czystych materiałów do sadzenia, które wcześnie dojrzewają (12-16 miesięcy w porównaniu do konwencjonalnego banana 2-3 lata)
• większe masy wiązek (30-45 kg w porównaniu do 10-15 kg z konwencjonalnego materiału)
• wyższa roczna wydajność na jednostkę ziemi (40-60 ton na hektar wobec 15-20 ton wcześniej zrealizowanych z konwencjonalnego materiału

ponadto jednolitość zakładania sadów i jednoczesny rozwój plantacji ułatwiły koordynację marketingu. Oferowała również możliwość przekształcenia uprawy bananów z poziomu produkowanego wyłącznie na własne potrzeby w Przedsiębiorstwo Handlowe. Zachęcający wniosek z analizy kosztów i korzyści projektu jest taki, że produkcja bananów tc jest bardziej opłacalna jako przedsiębiorstwo niż tradycyjna produkcja bananów. Z projektu skorzystały również głównie kobiety, które zajmują się uprawą, pomagając w ten sposób zmniejszyć różnice między płciami.

korzyści z technologii TC dla rolników ryżu w Afryce Zachodniej (źródło: WARDA)

przez lata naukowcy marzyli o połączeniu wytrzymałości afrykańskiego gatunku ryżu (Oryza glaberrima) z produktywnością gatunków azjatyckich (Oryza sativa). Ale te dwa są tak różne. Próby ich krzyżowania nie powiodły się, ponieważ powstałe potomstwo było bezpłodne. W latach 90. hodowcy ryżu z West Africa Rice Development Association (WARDA) zwrócili się ku biotechnologii, próbując przezwyciężyć problemy niepłodności. Kluczowymi czynnikami były banki genów, które przechowują nasiona 1500 afrykańskiego ryżu-który stał w obliczu wyginięcia, ponieważ rolnicy porzucili go już na rzecz bardziej wydajnych azjatyckich odmian.

postępy w badaniach rolniczych pomogły naukowcom krzyżować te dwa gatunki. Po zapłodnieniu krzyżowym obu gatunków embriony były usuwane i hodowane na sztucznych podłożach za pomocą procesu znanego jako ” embrion-rescue.”Ponieważ powstałe rośliny są często niemal sterylne, w miarę możliwości krzyżowano je z rodzicem Sativy (tzw. back-crossing). Po poprawie płodności potomstwa (często po kilku cyklach krzyżowania wstecznego), hodowla pylników została wykorzystana do podwojenia dopełniacza genowego męskich komórek płciowych (pylników), a tym samym do produkcji prawdziwych roślin hodowlanych.

pierwszy z nowych Rice 'ów nazwany” New Rice for Africa ” (lub NERICA) był dostępny do testów w 1994 roku i od tego czasu powstało wiele nowych linii. Niektóre z nowych roślin połączyły cechy plonu rodzica Sativy z lokalnymi cechami adaptacyjnymi glaberrimy.

Ogólnie Rzecz Biorąc Nerycy mają następujące cechy:

• szerokie i opadłe liście, które tłumią chwasty we wczesnym wzroście
• wiechy lub główki ziarna, które są dłuższe z „rozwidlonymi” gałęziami i mieszczą do 400 ziaren
• więcej glebogryzarek o silnych łodygach, które podtrzymują i mocno trzymają ciężkie główki ziarna
• wydajność ryżu wynosi nawet 2.5 ton na hektar przy niskich nakładach — i 5 ton lub więcej przy minimalnym wzroście zużycia nawozów (wynosi około 25-250% wzrostu produkcji)
• dojrzewa od 30 do 50 dni wcześniej niż obecne odmiany, dzięki czemu rolnicy mogą uprawiać dodatkowe uprawy warzyw lub roślin strączkowych
• wyższe niż większość odmian ryżu i lepiej odporne na szkodniki i lepiej tolerują suszę
• dobrze rośnie na glebach niepłodnych i kwaśnych—które obejmują 70
• mają o 2% więcej białka budulcowego niż ich afrykańscy lub Azjatyccy rodzice

ze względu na ich sukces, Neryki zostały szybko zaadoptowane przez rolników. W 2000 r.oszacowano, że nowe rices obejmowały około 8000 ha w Gwinei, z czego 5000 ha uprawiało 20 000 rolników pod nadzorem national extension agency. W 2002 roku WARDA przewidywała, że 330 000 ha zostanie obsadzonych NERICAs – co jest wystarczające do zaspokojenia własnych potrzeb nasiennych kraju z nadwyżką na eksport do sąsiednich krajów.

Słowniczek

pylnik : Główna męska struktura rozrodcza, w której powstają i gromadzą się pyłki.

apical meristem : końcówki korzeni lub łodyg, z których powstają nowe komórki.

DNA : cząsteczka znajdująca się w komórkach organizmów, w których przechowywana jest informacja genetyczna.

embrion rescue : Sekwencja technik hodowli tkankowej używanych w celu umożliwienia zapłodnionemu niedojrzałemu embrionowi wynikającemu z krzyżówki międzygatunkowej dalszego wzrostu i rozwoju, dopóki nie będzie można go zregenerować w dorosłą roślinę.

pręcik : męskie części kwiatów zawierające pyłek, pylniki, włókna.

1. DANIDA.2002. Ocena potencjału i ograniczeń rozwoju i wykorzystania biotechnologii roślin w odniesieniu do hodowli roślin i produkcji roślinnej w krajach rozwijających się. Papier roboczy. Ministerstwo Spraw Zagranicznych Danii.
2. DeVries, J. and Toenniessen, G. 2001. Zabezpieczenie zbiorów: Biotechnologia, hodowla i systemy nasienne dla afrykańskich upraw. Fundacja Rockefellera W Nowym Jorku. USA.
3. FAO 2002 Crop Biotechnology: a working paper for administrators and policy makers in sub-Saharan Africa. Kitch, L., Koch, M., and Sithole-Nang, I.
4. International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). http://www.isaaa.org
6. „Sianie nasion rewolucji./ / / 15 lutego 2001 (http://www.undp.org.vn/mlist/envirovlc/022001/post50.htm)
7. Wambugu, F. And Kiome, R. 2001. Korzyści płynące z biotechnologii dla małych plantatorów bananów w Kenii. Figi ISAAA nr 22. ISAAA: Ithaca, NY.
8. Stowarzyszenie Rozwoju ryżu w Afryce Zachodniej (WARDA) http://www.warda.cgiar.org

*listopad 2006