English

Prof. Ramona Maghiar

Introducere

Biotehnologia vegetală reprezintă, astăzi, un fascinant domeniu de cercetare şi de producţie, care are o dinamică spectaculoasă.

Apariţia biotehnologiei vegetale a produs o adevărată revoluţie în procesul de ameliorare a plantelor, putându-se obţine - prin mijloace moderne de lucru - un număr nelimitat de exemplare, într-un timp scurt, raportat la înmulţirea acestora prin tehnici tradiţionale de cultură.

Consideraţii teoretice

Termenul de biotehnologie (bios ═ viaţă, tehne ═ artă, lucru făcut cu mâna) a apărut pentru prima dată în anul 1656 în texte franceze cu sensul de tehnici de folosire a mecanismelor şi materialelor. Istoria cultivării ţesuturilor vegetale începe din anul 1838, când Schleiden şi, în anul următor Schwann, au formulat, pe lậngă teoria unităţii structurale comune a vieţuitoarelor ce au la bază celula şi ipoteza totipotenţialităţii celulare. Ipoteza totipotenţialităţii celulare susţine că fiecare celulă posedă toate informaţiile genetice de care aceasta are nevoie pentru formarea unui organism (extras din Gautheret, 1959).

Haberlandt, în anul 1902, susţinea că oricare celulă diploidă sau haploidă conţine toată informaţia ereditară imprimată în genom, astfel că fiecare celulă vegetală izolată şi cultivată în condiţii optime îşi va relua activitatea, va creşte şi se va putea multiplica.

În anul 1904 experimentele reuşite de Hanning, cu culturile de embrioni vegetali, au constituit o dovadă a posibilităţii creşterii pe medii artificiale a unor fragmente de plante.

Între anii 1904 şi 1932 toate încercările de cultivare a unor explante vegetale pe medii artificiale nu prezintă mare importanţă, mai mult decật atật, Küster - în anul 1926 - susţinea că această problemă este de “nerezolvat” (după Morel, 1948).

După anul 1930 descoperirea auxinei de către Went şi colaboratorii săi, şi a citochininelor, de către Skoog şi colaboratorii lui a favorizat apariţia primelor succese în domeniul culturilor de celule şi ţesuturi vegetale "in vitro" (după Gautheret, 1939; Nobécourt, 1939 şi White, 1939).

Morel şi Martin (1952) au obţinut material săditor devirozat, pornind de la plante infectate prin cultivarea "in vitro" de meristeme apicale, caulinare.

În anul 1957, Skoog şi Miller au publicat un articol în care aceştia au lansat ideea potrivit căreia tipul de creştere sau evenimentele morfogenetice sunt determinate de interacţiunile cantitative dintre auxine şi citochinine, ce se constituie în aşa numita "balanţă hormonală".

Murashige şi Skoog (Fig.1), în anul 1962, au conceput un mediu de cultură, care le poartă şi numele, cu o mare concentraţie de săruri minerale, care s-a dovedit a fi optim pentru creşterea "in vitro" a multor tipuri de plante. Acest mediu de cultură areazi un rol cheie în propagarea plantelor prin vitrotehnici.

Plantele obţinute prin biotehnologie sunt net superioare celor obţinute prin metode tradiţionale de înmulţire sexuată, ele fiind clone libere de viroze, uneori fiind reprezentate de genotipuri mai rezistente la factorii stresanţi din mediul septic de viaţă.

Biotehnologia a permis, prin tehnicile ei speciale, ţărilor cu tradiţie în ameliorarea şi cultivarea plantelor ornamentale să obţină şi să comercializeze cantităţi imense de flori. Astfel, Olanda a obţinut, în anul 1995, un total de 53,8 milioane de plante floricole, din care 22 milioane au fost plante floricole, la ghiveci, 11,6 milioane flori tăiate, 9,4 milioane orhidee, 6 milioane flori bulboase şi 4,8 milioane alte plante ornamentale (Pierik, 1997).

Speciile floricole, de interes atât pentru cercetători, cât şi pentru cultivatori sunt: Nephrolepis, din care în Olanda, în anul 1995 s-au obţinut 13 milioane de exemplare, la Gerbera - 6 milioane, la Lilium – 5,1 milioane, la Phalaenopsis - 4,4 milioane, la Spatiphyllum - 3,1 milioane, la Saintpaulia, Ficus, Cymbidium, Aster, Alstromeria, Limonium, au totalizat, împreună, peste 1 milion de exemplare anual (Pierik, 1997).

Prin metodele tradiţionale se poate obţine un număr mic de plante, în schimb prin metode "in vitro" se multiplică, în scurt timp, cantităţi mari de plante, de calitate superioară şi mai uniforme ca aspect. În funcţie de natura ţesuturilor sau a celulelor explantate, de momentul în care acestea au fost inoculate se recomandă alegerea unui anumit mediu şi condiţii de cultură, în dependenţă de scopul urmărit.

Reuşita cultivării "in vitro" a explantelor vegetale depinde, în mare măsură, de realizarea acelor amestecuri nutritive care să corespundă necesităţilor vitale ale ţesuturilor inoculate, spre a compensa lipsa celor mai importanţi factori endogeni, de care depindea existenţa celulelor respective, încorporate fiind în corpul plantei.

În cadrul tehnicilor de cultivare "in vitro" a ţesuturilor şi celulelor vegetale trebuie să se aibă în vedere respectarea unor etape operaţionale obligatorii (Fig. 2), şi anume:

• înfiinţarea unei culturi, respectiv obţinerea unei culturi "in vitro" cu capacitate regenerativă;
• incubarea şi creşterea dirijată a fitoinoculilor, ceea ce presupune nu numai amorsarea proceselor regenerative, ci şi a celor de morfogeneză;
• subcultivarea (repicarea sau transferarea culturilor);
• conservarea culturilor;
• transferarea "ex vitro" a vitroplantulelor şi aclimatizarea acestora la regimul septic de viaţă. Realizările obţinute prin micropropagare au o eficienţă economică certă, deoarece prin exploatarea totipotenţialităţii celulelor vegetale se valorifică capacitatea plantelor de a se înmulţi vegetativ.

Metodele de multiplicare şi propagare "in vitro" sunt practicabile la oricare specie vegetală, plantele generate "in vitro" fiind juvenilizate, lipsite de boli (dar nu imune), calităţi care le fac ca, în cultură, în teren, acestea să fie mai viguroase.

Prin micropropagare se pot multiplica explantele vegetale în ritm accelerat, astfel dintr-un unic meristem de orhidee, în decursul unui an, se pot obţine 4.000.000 de exemplare, copii fidele ale plantei donatoare (Murashige, 1974). Această multiplicare este realizată prin subculturi operate succesiv "in vitro" şi se face cu economie de material biologic, folosindu-se microexplante, plantele donatoare rămânând în viaţă.

Vitroculturile de explante vegetale constituie şi modele experimentale, ele reprezentând instrumente valoroase în cercetările moderne de biologie vegetală.

Vitroplantulele se formează şi se dezvoltă mai bine în condiţiile creşterii acestora în regim termic de 25˚C ± 2˚C (Torres, 1989) şi o fotoperioadă de 16-18 ore lumină pe zi (Hvoslef-Eide, 1989). Pe lângă obţinerea de vitroplantule, un alt obiectiv important de urmărit este şi realizarea cu succes a aclimatizării neoplantulelor generate "in vitro" la condiţiile mediului septic, prin aplicarea acelor proceduri care au în vedere o diminuare a evapotranspiraţiei, dar şi asigurarea condiţiilor optime pentru obţinerea unei bune înrădăcinări în regim "ex vitro" a vitroplantulelor, fără ridicarea costurilor de producere a materialului săditor, rezultat prin proceduri de multiplicare (Cachiţă şi Sand, 2000).

Menţinerea culturii in vitro pe perioade îndelungate de timp prezintă dezavantajul apariţiei în celulele fitoinoculilor a unor modificări fiziologice sau mutaţii genetice, ceea ce în astfel de situaţii impune aplicarea unor metode specifice de conservare in vitro a fitoinoculilor (Dandekar, 2003).

Bibliography

• Cachiţă, C.D., Sand, C., Biotehnologie vegetală. Baze teoretice şi practice. Vol.1 (Vegetal Biotechnology. Theory and Practice. Volume 1), Ed.Mira Design, Sibiu, 2000.
• Dandekar A.M., Techniques for manipulating quality and productivity traits in horticultural crops. Acta Hortic; 625, 2003.
• Gautheret, R.J., Sur la possibilite de realiser la culture indefinie des tissus de tubercules de carotte, C.R.Acad.Sci., 208, 1939.
• Gautheret, R.J., La Culture des Tissus Vegetaux, Techniques et Realizations. Editor: Masson et Cie, Paris, 1959.
• Haberlandt, G., Kulturversuche mit isolierten Pflanzenzelle, Sitzungsber, Akad. Wiss., Wienn, Moth-naturwiss, K1, t.111, Sectia I, 1902.
• Hvoslef-Eide, A.K., Colture "In Vitro“ e Micropropagazione in Ortoflorofrutticoltura. Editor: Cesena A., Cesena, 1989.
• Morel, G., Recherches sur la culture associee de parasites obligatoires et de tissus vegetaux, Ann. Epiphyt., 14, 1948.
• Morel, G., Martin, G., Guerison de dahlias atteints d’une maladie a virus, C.r.hebd.Seane, Acad. Sci., 235, Paris, 1952.
• Murashige, T., Skoog, F., A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures, Physiologia Plantarum, 15, 1962.
• Murashige, T., Plant propagation through tissue cultures, Ann. Rev. Plant Physiol., 25, 1974.
• Nobecourt, P., Sur la perennite et laugmentation de volume des cultures de tissus vegetaux, C.R. Soc. Biol., 130, 1939.
• Pierik, R.L., Ruibing, M.A., Developments in the micropropagation industry, in: The Netherlands Plant Tissue and Biotehnology, 25, 1997.
• Skoog, F., Miller, C.O., Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissue cultured in vitro, Symp. Soc. Exp. Biol., 11, 1957.
• Torres, K.C., Tissue Culture Techniques for Horticultural Crops. Editor: Reinhold, V.N., New York, 1989.
• White, P.R., Potentially unlimited growth of excised plant callus in an artificial nutrient, Amer. J.Bot., 26, p. 59-64, 1939.

Iconography

• http://generalhorticulture.tamu.edu/YouthAdventureProgram/TisueCulture/TissueCulture.html
• http://www.lankanewspapers.com/news%5C2008%5C3%5C26188_image_headline.html