زراعة الأجنة النباتية

زراعة الأجنة تعني عزل الجنين التام النضج أو غير تام النضج الناتج عقب التلقيح الطبيعي أو المعملي وزراعته على بيئة مغذية للحصول على نبات كامل. وكانت بداية هذه الوسيلة في 1904 بعزل الجنين الجنسي من نباتات Cochleria و Raphanus وزراعته على بيئة مغذية ليكون بادرة. ثم نجح Laibach في عام 1929 من انقاذ الجنين الناتج من تلقيح Linum perenne x L. austrianum بزراعته معمليا. وعموما تهدف زراعة الأجنة معمليا إلى:

1. التغلب على مشاكل إجهاض الأجنة عقب الإخصاب.

2. الحصول على نباتات كاملة تحت ظروف يتم التحكم فيها لدراسة مراحل تطور الجنين وتحويل الخلية الزيجوتية إلى جنين خلال العديد من العمليات المعقدة والتي تضم الانقسام الخلوي وتمدد الخلايا وفى النهاية تشكيل وتميز الأعضاء والتي تعتمد على التفاعل بين الخلايا المتكونة ونسيج الاندوسبرم.

3. إنتاج هجن لا يمكن أو يصعب إنتاجها طبيعياً أو بالطرق التقليدية في تربية النبات، أي أن زراعة الأجنة جزء هام ومكمل لعمليات التلقيح والإخصاب داخل أنابيب الاختبار.

وزراعة الأجنة خاصة غير تامة النضج عملية معقدة تتطلب مهارة عالية في فصل الجنين من المبيض بدون حدوث ضرر لأنسجته وزراعته في نوع مناسب من البيئات المغذية. ولمزيد من التفاصيل حول فصل أجنة نباتات مختلفة يرجع إلى(Razdan, 2002), (Bohajawni & Razdan, 1996), (Pierik, 1987) (2005 ,Reed). وعموماً هناك طريقتان تستعملان لزراعة الأجنة هما:

زراعة الأجنة الناضجة

تمتاز زراعة الأجنة الناضجة بنسبة عالية من النجاح لعدم حاجة الجنين إلى بيئات غذائية معقدة. وقد أجريت أول تجربة لزراعة جنين على بيئة غذائية بواسطة Hanning في بداية التسعينيات من القرن الماضي حيث فصل الجنين الناضج من بذور بعض نباتات العائلة الصليبية ثم زراعته على بيئة بسيطة محتويه على بعض الأملاح المعدنية والسكروز وساعد استخدام البيئات الحالية معقدة التركيب والمضاف إليها السكروز إلى نمو بدايات الجذور والأفرع النباتية ومكنت هذه الطرق من دراسة احتياجات الأجنة وكذلك عمليات التمثيل الحيوي. وأصبح معروفاً أن الجنين المنفصل يمكنه النمو والاستفادة من النتروجين في صورة أملاح النترات والأمونيوم والجلوتامين كمصدر للنتروجين. وبالطبع هناك تباين بين أجنة الأنواع النباتية المختلفة في استجابتها لمنظمات النمو. ويعتبر نسيج الاندوسبرم مصدر لبعض الهرمونات التي تنشط نمو الجنين فجنين بذور القلقاس ينمو في حالة وجود الاندوسبرم بما يحتويه من طبقة الأليرون. وقد تم زراعة ونمو بعض الأجنة المفصولة عن نسيج الاندوسبزم على بيئة مضاف إليها أوكسينات وسيتوكينينات ويدل هذا على أن الاندوسبرم يمد الجنين بالهرمونات اللازمة للنمو.

زراعة الأجنة غير الناضجة

في كثير من الأنواع النباتية يدخل الجنين عقب وصوله طور النضج الكامل في مرحلة السكون. وتتميز مرحلة السكون بانخفاض العمليات الحيوية وتستغرق هذه المرحلة من عدة أيام إلى عدة سنوات وذلك حسب النوع النباتي والظروف البيئية. ويمكن منع طور السكون الذي يحدث بتمام النضج بفصل الجنين غير الناضج وزراعته على بيئة مغذية حيث يستمر في النمو ويطلق على ذلك النمو المبكر للجنين. وقد أمكن في بداية التسعينات تثبيط النمو المبكر للجنين باستخدام حامض الابسيسك والذي يتكون خلال مراحل التطور المختلفة. وفي بعض الأنواع يلاحظ إنبات الجنين والبذرة مازالت على النبات وترجع هذه الظاهرة إلى انخفاض تركيز حامض الأبسيسك في البذرة أو عدم حساسية الجنين لوجود هذه المادة المثبطة للنمو. وقد اتضح أن الدور الذي يلعبه حامض الأبسيسك يرجع إلى عمله كمنظم لعمليات التمثيل الحيوي خلال تكون الجنين إذ يقوم بالتأثير على المحتوى المائي بالخلايا المكونة للجنين مما يقلل من نسبة الماء وبالتالي يدخل الجنين في حالة السكون أما في حالة انخفاض تركيزه ترتفع نسبة الماء وتحدث ظاهرة النمو المبكر.

كما يعتبر وجود أنسجة الأندوسبرم من العوامل التي تساعد في نجاح زراعة الأجنة الغير ناضجة بشكل جيد بالمقارنة مع البيئات التقليدية. وينصح باستخدام اندوسبرم أكبر من عمر الجنين بحوالي خمسة أيام. وليس من الضروري أن يكون الأندوسبرم من أحد الآباء وبهذه الطريقة تمكن (1980) Williams & De Lautour من زيادة عدد الأجنة الهجين التي أمكن الحصول عليها من تهجين عدة أجناس من الأعلاف البقولية بالمقارنة مع زراعتها في بيئة مغذية. وتنقسم الاحتياجات الغذائية للأجنة غير المكتملة إلى مرحلتين الأولى خليطة الحاجة الغذائية heterotrophic حيث يحصل الجنين على احتياجاته من الأندوسبرم وأنسجة الأم. وبعد وصول الجنين إلى مرحلة متقدمة من النمو فإنه يصبح قادرا على تكوين احتياجاته الغذائية بنفسه لكن لا يزال الانتقال بين المرحلتين من المراحل الحرجة في زراعة الأجنة. وعليه تختلف مكونات البيئة في كلتا المرحلتين وربما يلزم نقل الجنين من بيئة إلى أخرى لاكتمال النمو. وقد ابتكر (1983) .Ko et al طريقة تمكن الجنين من النمو والتطور في بيئة واحدة دون الحاجة إلى نقله لوسط جديد. وتطلب نمو جنين Datura إضافة لبن جوز الهند للبيئة وإلا تحول الجنين إلى كالس (2002 ,Razdan). وغالبا يتم زراعة الأجنة على درجة حرارة 25-30 م وإن كان (2005) Reed يرى أن تتماثل درجة الحرارة مع تلك في الظروف الطبيعية فالنباتات الشتوية تحتاج إلى درجة منخفضة. وربما يكون من الضروري خفض درجات الحرارة للنباتات المعروفة بطور السكون للأجنة. ومن التطبيقات العملية لزراعة الأجنة (2002 ,Razdan ما يلي:

1. التغلب على مثبطات النمو الموجودة بالبذور والتي تمنع الإنبات الطبيعي كما في بذور العديد من النباتات مثل Rosa و iris وبعض أنواع الصنوبر. وبذلك يمكن تقصير دورة التربية وإنتاج أكثر من جيل في نفس العام، فمثلا أمكن تقصير دورة حياة نباتات الأيرس من ثلاث سنوات إلى أقل من سنة.

2. إنبات بذور النباتات الجبرية التطفل كالهالوك.

3. إنتاج النباتات الأحادية بعد التهجين بين أنواع مختلفة، فبعد تهجين Hordeum vulgare مع H. bulbosum يلاحظ حدوث استبعاد لكرموسومات H. bulbosum ويموت الزيجوت، لكن بفصل الجنين وزراعته يتم الحصول على نباتات أحادية من Hordeum vulgare.

4. انتاج نباتات ثلاثية من تهجين آباء ثنائية مع رباعية.

5. منع إجهاض الأجنة في النباتات المبكرة النضج حيث يقف إمداد الجنين بالمواد الغذائية في النباتات ذات النواة الحجرية كالخوخ، المشمش البرقوق مبكرا عقب نضج الثمار وانفصالها من النبات الأم، مما يعنى موت الجنين والذي يمكن المحافظة عليه بفصله وزراعته معملياً.

6. منع إجهاض الأجنة بسبب عدم التوافق.