بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة النباتية

من المعروف في تغذية النبات أن هناك مجموعة من العناصر الغذائية اللازمة لنمو النباتات بصفة عامة يطلق عليها العناصر الأساسية أو الضرورية essential elements وقد تدخل تلك العناصر في تركيب النبات مثل النتروجين والكربون والأكسجين، وبعضها لا يدخل في تركيب الخلايا كالبوتاسيوم لكنه يؤثر على النمو. كما يعتبر بعضاً منها كالحديد والمنجنيز والمولبدنيوم عوامل مساعدة في العديد من التفاعلات الكيمائية. وتقسم العناصر الأساسية وهي أربعة عشر - بصرف النظر عن الكربون والهيدروجين والأكسجين - على حسب الكمية التي يحتاجها النبات إلى مجموعتين هما العناصر الكبرى macroelements وتشمل النتروجين، والفوسفور، والكالسيوم والبوتاسيوم والماغنسيوم، والكبريت والقسم الآخر يضم العناصر الصغرى microelements وهي الحديد، والمنجنيز، والزنك، والكلوريد، والصوديوم والبورن والنحاس، والمولبدنيوم. وقد أضاف (2002) .Witte et al النيكل إلى العناصر الصغرى في مزارع الأنسجة حيث شجع من نمو البطاطس وفول الصويا معمليا لدوره البارز في أيض النتروجين. ويعتقد أن عدم حدوث تسمم باليوريا على الرغم من عدم اضافة النيكل إلى البيئة فيرجع إلى احتواء الآجار المستعمل في تصلب البيئة على شوائب من النيكل. وأمكن لعلماء تغذية النبات تحديد تلك العناصر باستخدام نظم الزراعة بدون تربة. والجدير بالذكر أن هناك تشابه كبير في الأسس المتبعة لتحديد مكونات بيئة مزارع الأنسجة من العناصر المعدنية وتحضير المحاليل المغذية للنباتات في البيوت المحمية وبصفة عامة هناك عدة شروط يجب توافرها في العنصر حتى يصبح من العناصر المغذية وهي:

1. يؤدى غياب هذا العنصر من وسط النمو إلى عدم قدرة النبات على إتمام دورة حياته الطبيعية.

2. يسبب نقص العنصر من وسط النمو أعراض مرضية لا تزول إلا بإضافة هذا العنصر ولا يمكن لعنصر آخر أن يحل محله.

3. يدخل العنصر في تركيب أو تخليق جزئ أساسي للنمو.

4. يدخل هذا العنصر مباشرة في عمليات الأيض النباتي.

وأصبح من الثابت في علم زراعة الأنسجة أهمية تلك العناصر الضرورية لنمو النباتات في الطبيعة وكذلك نمو النباتات والأعضاء في مزارع الأنسجة. وكان التأخر في التوصل إلى وسط غذائي مناسب لنمو مزارع الأنسجة حجر عثرة في سبيل تقدمها لفترة طويلة جدا (2008 Vasil). وقد أشار (2002) Ramage & Williams إلى دور العناصر المعدنية في تنظيم عملية التكشف في مزارع الأنسجة. ويتوقف نجاح زراعة الأنسجة في تحقيق هدف محدد على مدى توفر تلك العناصر بصورة ميسرة للامتصاص في الوسط المغذى. وقد اعتمدت الأبحاث التي حددت التركيب الأمثل للبيئات المستعملة في مزارع الأنسجة على تحليل النباتات وتقدير نسب العناصر المختلفة في أنسجتها. ويرى (2005) .Gislerod et al أنه ربما يساعد تحليل أنسجة نبات ما في تحديد التركيز الأمثل من العناصر المختلفة التي تحفز نموه في مزارع الأنسجة، والجدير بالذكر أن هذه كانت الاستراتيجية التي اتبعها Murashige and Skoog (1962) في تحضير البيئة المشهورة لهما وهو نفس التوجه الحديث الذي يشير إليه (2005) Bouman & Tiekstra.

وبالإضافة إلى تلك العناصر الأساسية فإن زراعة الأنسجة تتطلب إضافة الكربوهيدرات في صورة سكر القصب غالباً كمصدر للطاقة الضرورية لعمليات النمو والتكشف، وذلك لأن الأنسجة المنزرعة وكذلك النباتات المستنسخة منها ليست لها القدرة غالباً على القيام بعملية البناء الضوئي لانخفاض الكثافة الضوئية، أو لأن المزرعة قد تكون محفوظة في الظلام. ويمكن تحت ظروف محددة (2005 ,Zobayed) خفض تركيز الكربوهيدرات أو الاستغناء عنها تماماً فيما يعرف بالمزارع خليطة التغذية mixophotoautotrophic أو ذاتية التغذية autophototrophic وهناك بعض الأحماض العضوية والأمينية والفيتامينات والهرمونات التي تضاف للبيئة لأهميتها في النمو والتكشف. وأهتم العديد من العلماء بعمل عدة توليفات مختلفة من العناصر الغذائية المكونة للبيئة لتتلاءم مع نوع النسيج المنزرع والغرض من زراعته.

بعض المصطلحات والمفاهيم الكيمائية الهامة في بيئات الزراعة النسيجية:

العنصر Element: هو المادة التي لا يمكن أن تقسم إلى مواد أخرى بالطرق الكيمائية العادية مثل الكربون والنحاس وغيرها.

الذرة Atom : هي أصغر جزء من المادة يحتفظ بخواص العنصر، وتوجد الذرة في الحالة الحرة في صورة جزئ في بعض الحالات يكون الجزيء بسيط مثل النتروجين والفسفور والبوتاسيوم أو مكون من ذرتين مثل الهيدروجين والأكسجين ويوضح عدد الذرات برقم صغير أسفل الرمز الكيمائي مثل H2 و O2.

المركب Compound: يتكون من اثنين أو أكثر من العناصر التي اتحدت كيميائيا بنسبة ثابتة مثل : C₁₂H₂₂O₁₁ و H₂O و HCl .

الجزيء Molecule : أصغر جزء من المركب يمكن أن يوجد على انفراد مع احتفاظه بخواص المركب.

الأيون Ion: ذرة أو مجموعة من الذرات لها شحنة كهربائية سالبة أو موجبة، على سبيل المثال يتأين مركب NaCl عند إذابته في الماء لانخفاض التجاذب بين الأيونات إلى أيون صوديوم Na⁺ له شحنة موجبة ويسمى كاتيون cation وأيون كلور CI^- سالب الشحنة ويسمى أنيون anion. وينتج الأيون الموجب عندما يفقد الجزيء أو الذرة المتعادلة إلكترون أو أكثر ، أما الأيون السالب فينتج عندما يكتسب الجزيء أو الذرة المتعادلة الكترون أو أكثر. وينتج عن الاتحاد بين أيون موجب وآخر سالب تكوين حامض أو قاعدة أو ملح. أما عدد الشحنات الكهربائية على الأيون فيعرف بالتكافؤ. وتتفاعل الأيونات مع بعضها البعض على أساس تكافؤها فمثلاً يشترك كاتيون أحادي التكافؤ كالصوديوم ⁺Na مع أنيون واحد سالب من الكلور CI- ليعطى NaCl أما كاتيون الكالسيوم الثنائي Ca²⁺ فيتحد مع أنيونين من الكلور Cl- ليعطى CaCl₂.

الملح Salt: هو المركب الذي يتأين عند ذوبانه في الماء ويعطي أيونات غير أيونات الهيدروجين H+ أو الهيدروكسيل OH-.

الوزن الجزيئي Molecular weight: وهو يشير إلى مجموع الأوزان الجزيئية لذرات العناصر التي يتركب منها المركب معبراً عنها بالجرام على سبيل المثال تتركب نترات البوتاسيوم KNO3 من ذرة بوتاسيوم وذرة نتروجين وثلاث ذرات أكسجين، وحيث أن الوزن الجزئي لتلك الذرات هو 39.102 = K و 14.0067= N و 15.9994 O= فإن وزنها الجزئي هو 1 × 39.102 + 1 × 14.0067 + 3 × 15.9994

المولريتي Molarity: يحضر محلول تركيزه مولر واحد من المادة بإذابة الوزن الجزيئي للمادة معبراً عنه بالجرام في لتر من المذيب أي أن المولرتي هي عدد المولات من المركب المذابة في لتر من المذيب ويرمز لها بالرمز M. ومن الأفضل أن تستخدم وحدات molarity وليس الجرام/لتر في تحضير بيئات مزارع الأنسجة حيث يحتوي المول من أي مادة على عدد ثابت من الجزيئات وهو 6.023 × ²³10 وهو ما يعرف برقم Avogado. ومن ثم يمكن مقارنة النشاط البيولوجي للمركبات على أساس عدد المولات. وإذا كان المركب موجودا في صورة ملح فإن عيارية الأيونات الداخلة في تركيبه يمكن أن تحسب بضرب عياريته في الجزيئات المختلفة. وعلى هذا فإن 20 مليمول من CuSO4 تحتوى على 20 مليمول من Cu²⁺ و20 مليمول من (SO4)^2-.

اما 10 مليمول من (NH4)2 SO₄^2- فتحتوي على 10 مليمول من NH4+ و10 مليمول من ^2- SO₄ . ويلاحظ أن نفس عدد أيونات النحاس Cu²⁺ يوجد في 20 مليمول من CuSO أو CuSO4.5H2O وعلى ذلك يكون تعبير 20 مليمول من CuSO4 أفضل لأن العنصر قد يكون متوفرا في صورة الملح المائي أو غير المائي. وبذلك يمكن حساب الكمية اللازمة من أي الملحين لتعطى كمية النحاس المطلوبة. لكن بأن يقال أن 19 ملجم/ لتر من CuSO4 أضيفت إلى البيئة فإن القارئ قد يسأل هل هي 26 مليمول CuSO4.5H2O ام 12.8 مليمول CuSO4 . ولكن من عيوب استخدام وحدات العياريه في تحضير البيئات ضرورة حساب عدد الجرامات التي يجب إضافتها للحصول على نفس التركيز. لكن كما سبق فهي أكثر دقه في المقارنة بين التركيزات المختلفة من المركبات. ويمكن ضرب المثال التالي للتوضيح إذا أعطى 3 ملجم/ لتر من منظم النمو 2,4-D نفس الكالس المتكون عند استعمال 2.5 ملجم/لتر IAA فأيهما أكثر تأثيرا؟ علماً بأن الوزن الجزيئي لهذين المركبين هو 221.04 و 175.19 على التوالي. نلاحظ أن عدد الجزيئات الموجودة من كلا المركبين هو 2,4-D= 221/3= 13.6mM أما IAA=175.19/2.5 = 14.2 mM. أي أن D-2,4 أكثر تأثيراً حيث أن عدد أقل من الجزيئات أعطى تأثيراً مساوياً لعدد أعلى من جزيئيات IAA. ولذا تشترط بعض المراجع العلمية عدم استخدام وحدات الوزن عند الإشارة إلى التركيزات المستعملة من المواد الكيميائية المختلفة.

ملحوظة:

مواضيع ذات صلة

علم زارعة الأنسجة النباتية وتاريخ الزراعة النسيجية

أنواع مزارع الأنسجة النباتية

لمحة تاريخية عن علم زراعة الانسجة والعلماء الذين ساهموا بعلم زراعة الانسجة

دورة الخلية وارتباط ذلك بزراعة الأنسجة

طرق الحصول على نباتات من مزارع الأنسجة

أهمية زراعة الأنسجة

مختبر زراعة الأنسجة

مكونات بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة (المكونات غير العضوية Non organic components)

مكونات بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة (المكونات العضوية)

مكونات بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة (المواد المصلبة للبيئة)

مكونات بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة (الماء)

مكونات بيئات النمو المستعملة في زراعة الأنسجة (الضغط الاسموزي للبيئة)