Metode kultur jaringan adalah salah satu alat utama bioteknologi modern, memungkinkan untuk memecahkan masalah praktis fisiologi tanaman, biokimia dan genetika. Budidaya buatan bahan dilakukan dengan kondisi tertentu: sterilisasi, kontrol suhu dan paparan media nutrisi khusus.
Esensi
Metode kultur jaringan adalah pengawetan jangka panjang dan / atau budidaya buatan dalam kondisi laboratorium pada media nutrisi. Teknologi ini memungkinkan Anda membuat model biologis untuk mempelajari berbagai proses dalam sel yang ada di luar tubuh tumbuhan, manusia, dan hewan.
Reproduksi kultur jaringan tanaman didasarkan pada sifat totipotensi - kemampuan sel untuk berkembang menjadi organisme utuh. Pada hewan, hal ini hanya terjadi pada telur yang dibuahi (dengan pengecualian beberapa jenis coelenterata).
Riwayat perkembangan
Upaya pertama untuk membudidayakan jaringan tanaman dilakukan oleh para ilmuwan Jerman pada pergantian abad ke-19-20. Terlepas dari kenyataan bahwa mereka tidak berhasil, sejumlah ide dirumuskan, yang kemudian dikonfirmasi.
Pada tahun 1922, W. Robbins dan W. Kotte, secara independen satu sama lain, mampu menumbuhkan ujung akar jagung dan tomat pada media nutrisi buatan. Sebuah studi rinci tentang teknik kultur sel dan jaringan dimulai pada 1930-an. abad ke-20 R. Gautre dan F. White membuktikan bahwa dengan transplantasi berkala kultur jaringan ke dalam media nutrisi segar, mereka dapat tumbuh tanpa batas.
Pada tahun 1959, 142 spesies tanaman ditanam di bawah kondisi laboratorium. Pada paruh kedua abad XX. penggunaan sel yang tersebar (terpisah) juga telah dimulai.
Jenis bahan uji
Ada 2 jenis utama kultur jaringan tanaman:
- Diproduksi tanpa merusak dan melestarikan ciri khas yang melekat pada organisme hidup.
- Diekstraksi secara degradasi (kimiawi, enzimatik atau mekanis) dari jaringan primer. Dapat dibentuk dari satu atau lebih kultur sel.
Metode berikut dibedakan dengan metode budidaya:
- pada "lapisan makan", di mana zat yang merangsang pertumbuhan jaringan disekresikan dengan membagi sel-sel dari spesies tanaman yang sama;
- menggunakan jaringan perawat di sebelah sel yang dikultur;
- penggunaan media nutrisi dari kelompok sel pemisah yang terisolasi;
- menumbuhkan sel tunggal individu dalam mikrodroplet jenuh dalam komposisi.
Kultivasi dari sel tunggal penuh dengan kesulitan tertentu. Untuk "memaksa" mereka untuk membelah secara artifisial, mereka harus menerima sinyal dari sel tetangga yang berfungsi aktif.
Salah satu jenis jaringan utama untuk penelitian fisiologis adalah kalus, yang terjadi di bawah faktor eksternal yang merugikan (biasanya cedera mekanis). Mereka memiliki kemampuan untuk kehilangan karakteristik spesifik yang melekat pada jaringan asli. Akibatnya, sel-sel kalus mulai aktif membelah dan bagian-bagian tanaman terbentuk.
Kondisi yang diperlukan
Keberhasilan metode kultur jaringan dan sel tergantung pada faktor-faktor berikut:
- Kepatuhan terhadap sterilitas. Untuk transplantasi, kotak khusus dengan pasokan udara murni, dilengkapi dengan lampu ultraviolet, digunakan. Alat dan bahan, pakaian dan tangan personel harus diproses secara aseptik.
- Penggunaan media nutrisi pilihan khusus yang mengandung sumber karbon dan energi (biasanya sukrosa dan glukosa), mikro dan makronutrien, zat pengatur tumbuh (auxin, sitokinin), vitamin (tiamin, riboflavin, asam askorbat dan pantotenat dan lain-lain).
- Kesesuaian dengan suhu (18-30 ° C), kondisi cahaya dan kelembaban (60-70%). Sebagian besar kultur jaringan kalus ditanam di bawah cahaya sekitar karena tidak mengandung kloroplas, tetapi beberapa tanaman memerlukan cahaya latar.
Saat ini siap pakailineup komersial (Murasige dan Skoog, Gamborg dan Eveleg, White, Kao dan Mikhailyuk dan lain-lain).
Pro dan kontra
Kelebihan metode kultur sel dan jaringan adalah:
- reproduksibilitas yang baik dari hasil yang diperoleh;
- pengaturan interaksi antar sel;
- konsumsi reagen rendah;
- kehomogenan genetik garis sel;
- kemungkinan mekanisasi proses pertumbuhan;
- kontrol kondisi kandang;
- penyimpanan kultur hidup suhu rendah.
Kelemahan bioteknologi ini adalah:
- harus mematuhi kondisi asepsis yang ketat;
- ketidakstabilan sifat sel dan kemungkinan pencampuran yang tidak diinginkan;
- bahan kimia mahal;
- kesetaraan tidak lengkap dari jaringan dan sel yang dikultur dalam organisme hidup.
Aplikasi
Metode kultur jaringan yang digunakan untuk penelitian:
- proses di dalam sel (sintesis DNA, RNA dan protein, metabolisme dan pengaruhnya dengan bantuan obat-obatan);
- reaksi antar sel (lewatnya zat melalui membran sel, kerja kompleks hormon-reseptor, kemampuan sel untuk melekat satu sama lain, pembentukan struktur histologis);
- interaksi dengan lingkungan (penyerapan nutrisi, transmisi infeksi, proses asal dan perkembangantumor dan lain-lain);
- hasil manipulasi genetik dengan sel.
Area biologi dan farmakologi yang menjanjikan, yang dalam perkembangannya digunakan teknologi ini, adalah:
- memperoleh herbisida yang efektif, zat pengatur tumbuh untuk tanaman agronomis, senyawa biologis aktif untuk digunakan dalam produksi obat-obatan (alkaloid, steroid dan lain-lain);
- mutagenesis terarah, pemuliaan hibrida baru, mengatasi ketidakcocokan pascagamus;
- perbanyakan klonal, yang memungkinkan Anda mendapatkan sejumlah besar tanaman yang identik secara genetik;
- pemuliaan tanaman tahan virus dan bebas virus;
- kriopreservasi kumpulan gen;
- rekonstruksi jaringan, pembuatan sumber sel punca (rekayasa jaringan).
