Pocket K No. 14: tehnologia Culturii țesuturilor

la fel cum fiecare persoană este diferită și unică, la fel este și fiecare plantă. Unele au trăsături precum o culoare mai bună, randament sau rezistență la dăunători. De ani de zile, oamenii de știință au căutat metode care să le permită să facă copii exacte ale acestor indivizi superiori.

plantele se reproduc de obicei prin formarea semințelor prin reproducere sexuală. Adică, celulele de ou din flori sunt fertilizate de polenul din staminele plantelor. Fiecare dintre aceste celule sexuale conține material genetic sub formă de ADN. În timpul reproducerii sexuale, ADN-ul ambilor părinți este combinat în moduri noi și imprevizibile, creând plante unice.

această imprevizibilitate este o problemă pentru crescătorii de plante, deoarece poate dura câțiva ani de muncă atentă cu efect de seră pentru a reproduce o plantă cu caracteristici dorite. Mulți dintre noi cred că toate plantele cresc din semințe. Cu toate acestea, cercetătorii au dezvoltat acum mai multe metode de creștere a copiilor exacte ale plantelor fără semințe. Și acum fac acest lucru printr-o metodă numită „cultura țesuturilor”.

ce este cultura țesuturilor?

cultura tisulară (TC) este cultivarea celulelor, țesuturilor sau organelor vegetale pe medii nutritive special formulate. În condițiile potrivite, o plantă întreagă poate fi regenerată dintr-o singură celulă. Cultura țesutului vegetal este o tehnică care există de mai bine de 30 de ani. Cultura țesuturilor este văzută ca o tehnologie importantă pentru țările în curs de dezvoltare pentru producerea de material săditor fără boli, de înaltă calitate și producția rapidă a multor plante uniforme.

micropropagarea, care este o formă de cultură tisulară, crește cantitatea de material săditor pentru a facilita distribuția și plantarea pe scară largă. În acest fel, mii de exemplare ale unei plante pot fi produse într-un timp scurt. Se observă că plantele micropropagate se stabilesc mai repede, cresc mai viguros și sunt mai înalte, au un ciclu de producție mai scurt și mai uniform și produc randamente mai mari decât propagulele convenționale.

cultura țesuturilor vegetale este o tehnică simplă și multe țări în curs de dezvoltare au stăpânit-o deja. Aplicarea sa necesită doar un loc de muncă steril, pepinieră și casă verde și forță de muncă instruită. Din păcate, cultura țesuturilor necesită multă muncă, consumă mult timp și poate fi costisitoare. Plantele importante pentru țările în curs de dezvoltare care au fost cultivate în cultura țesuturilor sunt ulei de palmier, plantain, pin, banane, curmale, vinete, jojoba, ananas, arbore de cauciuc, manioc, ignam, cartof dulce și roșii. Această aplicație este cea mai frecvent aplicată formă de biotehnologie tradițională în Africa.

utilizări ale tehnologiei TC în Asia

• cultura țesuturilor a fost rafinată pentru a se potrivi nevoilor speciilor de orhidee și hibrizilor cunoscuți pentru a crește bine în Asia de sud-est. Judecând după experiența din Thailanda, Singapore și Malaezia, comerțul cu flori ornamentale și tăiate este o sursă substanțială de schimb valutar și venituri suplimentare pentru micii cultivatori.
• în Thailanda, cultura țesuturilor este utilizată pentru a reproduce orhidee cu creștere lentă și sensibile la mediu. Thailanda este lider în cultura țesuturilor din Asia de Sud-Est, producând 50 de milioane de plante pe an. Cele mai multe dintre acestea sunt orhidee, care au ajutat țara să devină cel mai mare exportator de orhidee întregi și tăiate din lume.
• Micropagarea prin tehnica culturii de lăstari a fost dezvoltată pentru propagarea în masă a bananelor. În Filipine, aceasta este utilizată ca o abordare de control a bolilor virale la banane, cum ar fi: banana Bunchy top virus (BBTV) și banana bract mosaic virus (BBrMV), care sunt răspândite în mod obișnuit prin materiale propagative.

beneficiile tehnologiei TC pentru producătorii mici de banane din Kenya (Sursa: ISAAA)

în Kenya, ca și în multe părți ale lumii tropicale și subtropicale în curs de dezvoltare, banana este o cultură alimentară extrem de importantă. Cu toate acestea, în ultimii 20 de ani, a existat o scădere rapidă a producției de banane din cauza degradării pe scară largă a solului și a infestării livezilor de banane cu dăunători și boli. Aceste probleme au fost agravate și mai mult de practica obișnuită de propagare a noilor plante de banane folosind fraieri infectați. Situația amenința securitatea alimentară, ocuparea forței de muncă și veniturile din zonele producătoare de banane. Tehnologia de cultură a țesuturilor a fost considerată o opțiune adecvată pentru a asigura o calitate și o cantitate suficientă de astfel de materiale.

cu o gestionare adecvată și o igienă pe teren, pierderile de randament cauzate de dăunători și boli la nivelul fermelor au fost reduse substanțial. Tehnologia de cultură a țesuturilor a făcut posibil ca fermierii să aibă acces la următoarele:

• cantități mari de materiale de plantare curate superioare care se maturizează timpuriu (12-16 luni comparativ cu banana convențională de 2-3 ani)
• greutăți mai mari (30-45 kg față de 10-15 kg din materialul convențional)
• randament anual mai mare pe unitatea de teren (40-60 tone pe hectar față de 15-20 tone realizate anterior cu material convențional

mai mult, uniformitatea în stabilirea livezilor și dezvoltarea simultană a plantațiilor au făcut ca marketingul să fie mai ușor de coordonat. De asemenea, a oferit posibilitatea transformării cultivării bananelor de la un nivel de subzistență într-o întreprindere comercială. O constatare încurajatoare dintr-o analiză cost-beneficiu a proiectului este că producția de banane tc este mai remunerativă ca întreprindere decât producția tradițională de banane. De asemenea, proiectul a beneficiat în principal de femeile care îngrijesc cultura, contribuind astfel la reducerea decalajului de gen.

beneficiile tehnologiei TC pentru fermierii de orez din Africa de Vest (Sursa: WARDA)

de ani de zile, oamenii de știință au visat să combine robustețea speciei africane de orez (Oryza glaberrima) cu productivitatea speciei asiatice (Oryza sativa). Dar cele două sunt atât de diferite. Încercările de a le traversa au eșuat, deoarece descendenții rezultați erau toți sterili. În anii 1990, crescătorii de orez de la Asociația de dezvoltare a orezului din Africa de Vest (WARDA) au apelat la biotehnologie în încercarea de a depăși problemele de infertilitate. Cheia efortului au fost băncile de gene care dețin semințe de 1.500 de orez African — care s-au confruntat cu dispariția, deoarece fermierii le-au abandonat deja pentru soiuri Asiatice cu randament mai mare.

progresele în cercetarea agricolă au ajutat oamenii de știință să traverseze aceste două specii. După fertilizarea încrucișată a celor două specii, embrionii au fost îndepărtați și crescuți pe medii artificiale folosind un proces cunoscut sub numele de „salvarea embrionilor”.”Deoarece plantele rezultate sunt frecvent aproape sterile, ele au fost Re-încrucișate cu părintele sativa ori de câte ori a fost posibil (cunoscut sub numele de back-crossing). Odată ce fertilitatea descendenților a fost îmbunătățită (adesea după mai multe cicluri de trecere înapoi), cultura anteră a fost utilizată pentru a dubla complementul genetic al celulelor sexuale masculine (anterele) și, astfel, pentru a produce plante adevărate de reproducere.

primul dintre noile Rice numit ‘orez nou pentru Africa’ (sau NERICA) a fost disponibil pentru testare în 1994 și de atunci au fost generate multe linii noi. Unele dintre noile plante au combinat trăsăturile de randament ale părintelui sativa cu trăsăturile de adaptare locale de la glaberrima.

în general, NERICA are următoarele caracteristici:

• frunze late și căzute care sufocă buruienile la începutul creșterii
• panicule sau capete de cereale care sunt mai lungi cu ramuri ‘bifurcate’ și dețin până la 400 de boabe
• mai multe motocultoare cu tulpini puternice pentru a susține și ține strâns capetele grele de cereale
• producția de orez la fel de mare ca 2.5 tone pe hectar la intrări reduse — și 5 tone sau mai mult cu doar o creștere minimă a utilizării îngrășămintelor (se ridică la aproximativ 25% până la 250% creștere a producției)
• se maturizează cu 30 până la 50 de zile mai devreme decât soiurile actuale, permițând fermierilor să cultive culturi suplimentare de legume sau leguminoase
• mai înalte decât majoritatea soiurilor de orez și rezistă dăunătorilor și tolerează mai bine seceta
• crește bine pe soluri infertile și acide—care cuprind 70% din zona de orez Upland
• au cu 2% mai multe proteine pentru construirea corpului decât părinții lor africani sau asiatici

datorită succesului lor, NERICA a fost rapid adoptată de fermieri. În 2000, s-a estimat că noile Rice acopereau aproximativ 8.000 ha în Guineea, din care 5000 ha au fost cultivate de 20.000 de fermieri sub supravegherea Agenției Naționale de extindere. În 2002, WARDA a proiectat că 330.000 ha vor fi plantate către NERICAs – ceea ce este suficient pentru a satisface nevoile proprii de semințe ale țării cu surplus pentru exportul către țările vecine.

Glosar

anteră : principala structură reproductivă masculină, în care se formează și se depozitează polenul.

meristem Apical : vârfurile rădăcinilor sau tulpinilor din care se formează celule noi.

ADN: o moleculă Găsită în celulele organismelor în care sunt stocate informații genetice.

salvarea embrionilor : o secvență de tehnici de cultură tisulară utilizate pentru a permite unui embrion imatur fertilizat rezultat dintr-o cruce interspecifică să continue creșterea și dezvoltarea, până când poate fi regenerat într-o plantă adultă.

Stamen : părți de flori masculine care conțin polen, antere, filamente.

1. DANIDA.2002. Evaluarea potențialelor și constrângerilor pentru dezvoltarea și utilizarea biotehnologiei plantelor în legătură cu creșterea plantelor și producția vegetală în țările în curs de dezvoltare. Hârtie de lucru. Ministerul Afacerilor Externe, Danemarca.
2. DeVries, J. și Toenniessen, G. 2001. Asigurarea recoltei: Biotehnologie, sisteme de reproducere și semințe pentru culturile africane. Fundația Rockefeller, New York. SUA.
3. FAO 2002 biotehnologia culturilor: un document de lucru pentru administratorii și factorii de decizie politică din Africa Subsahariană. Kitch, L., Koch, M. și Sithole-Nang, I.
4. Serviciul Internațional pentru achiziționarea de aplicații Agrobiotehnice (ISAAA). http://www.isaaa.org
5. Filipine Recomandă, 1994.
6. Ruff, Anne Marie. „Semănând semințele Revoluției.”15 februarie 2001. (http://www.undp.org.vn/mlist/envirovlc/022001/post50.htm)
7. Wambugu, F. și Kiome, R. 2001. Beneficiile biotehnologiei pentru fermierii mici de banane din Kenya. ISAAA Slip nr. 22. ISAAA: Ithaca, NY.
8. Asociația de dezvoltare a orezului din Africa de Vest (WARDA) http://www.warda.cgiar.org

*noiembrie 2006