زراعة القمم النامية للنبات

يعتبر Robbins أول من استطاع فصل قمة ساقية من نباتات البسلة والذرة والقطن بطول 3 مم تقريباً ونجح في زراعتها في المعمل وكان ذلك سنة 1922. لكن لسوء الحظ وبسبب تحضين المزرعة في الظلام لتشجيع تكوين الجذور كانت الأفرع النامية صفراء ذات مجموع جذري كبير نسبياً لكنها ماتت بعد ذلك. ولم يحدث تقدم كبير خلال العشرين عاما التالية لهذه المحاولة إلى أن استطاع White في سنة 1931 فصل وزراعة قمة ميرستيمية بطول 0.1 مم من Stellaria spp ولاحظ تكوين بدايات الأوراق على الجزء المنزرع خلال ستة أسابيع من الزراعة. وكانت بداية نجاح استخدام هذه الطريقة كطريقة للإكثار الدقيق على يد العالم Loo في سنة 1945 حيث زرعت القمم النامية بطول 5-10 مم لنباتات الأسبرجس في بيئة سائله مع تدعيم النمو على صوف زجاجي، وقد أوضح الملاحظات الآتية:

1. تتوقف سرعة النمو على تركيز السكر المضاف إلى البيئة.

2. يمكن استخدام الآجار بتركيز 0.5% بدلا من الصوف الزجاجي.

3. أمكن استمرار نمو وتقسيم ونقل المزرعة إلى بيئة جديدة لمدة 22 شهر.

لكن لسوء الحظ أيضا لم يستطيع Loo تكوين جذور على الأفرع النامية. لكن في عام 1946 نجح Ball في إنتاج نباتات من زراعة القمم النامية لنباتات Lupinus polyphyllus وأمكن نقل هذه النباتات إلى الحقل. وفى عام 1963 تمكن Morel بنجاح من إكثار نباتات Cymbidium بزراعة القمم النامية في البيئة التي كانت تستعمل لزراعة البذور . وكان لأبحاث Murashige & Skoog الفضل في تطوير علم زراعة الأنسجة عموما وزراعة القمم النامية خاصة عندما توصلا إلى تركيب بيئة MS. كما ساهم اكتشاف السيتوكينينات ودورها في كسر السيادة القمية في استخدام زراعة القمم النامية لإكثار بعض النباتات. ومن العوامل التي شجعت استخدام هذه الطريقة للإكثار إمكانية استعمالها مع عدد متباين من النباتات وبمعدل إكثار عالي، بالإضافة إلى امكانية الحصول على نباتات خالية من الفطريات وإنتاج نباتات مشابهة للأم. لكن قد يسبب استعمال السيتوكينينات بهدف تكوين المزيد من البراعم العرضية استحداث الطفرات الوراثية. فعلى سبيل المثال زرعت القمم النامية لنباتات الموز الحساسة للإصابة بفطر Fusarium oxysporum f. sp. Cubense في بيئة تحتوي على السيتوكينين. تم إعادة تقسيم وزراعة النباتات الناتجة لسبع دورات للحصول على 20.000 نبات، تم تقيمها في الحقل انتخب منها ستة نباتات مقاومة للفطر بدرجة عالية لكن كانت ذات إنتاجية ضعيفة. وبإعادة إكثارها في القوارير أمكن انتخاب ثلاث طرز مقاومة للفطر وذات إنتاجية مساوية للنباتات الأم (1996 ,Bhojwani & Razdan).

طريقة زراعة القمم النامية

في معظم النباتات العشبية يمكن البدء باستخدام القمم النامية للساق الرئيسي أو الأفرع الجانبية على أن تتضمن المنطقة الميرستيمية وجزء من الساق يحتوي على بدايات الأوراق ويصل طولها إلى 2 سم تقريباً. وفى بعض النباتات كالكافور يمكن أن يتضمن الجزء المنزرع برعم أو برعمين، وعموماً يفضل استعمال مستاصلات نباتية كبيرة الحجم لأنها أسرع في النمو مع معدل بقاء أعلى وتكشف عدد أكبر من النباتات لوجود عدد أكبر من البراعم العرضية ويطلق (2008) George & Debergh على المزرعة في هذه الحالة مزارع الأشطاء shoot culture. ويجب ألا يحدث خلط بين هذه الطريقة في حالة استخدام جزء يحتوي على براعم والطريقة التالية هي زراعة العقد الساقية. ولما كانت البراعم المأخوذة من الأشجار تتأثر غالباً بفترة أخذها كأن تكون في طور سكون فإنه يجب اختيار الميعاد المناسب بحيث لا تكون البراعم في طور راحة أو ستدخله قريباً، وكما سبق يفضل دائما أخذ البراعم والأشجار في مرحلة ما قبل البلوغ الجنسي. وإذا كانت البراعم المأخوذة من نباتات نامية في الحقل في طور سكون فإنه يمكن كسر هذا السكون في المعمل إما بالمعاملة بالحرارة المنخفضة من صفر إلى 12 م أو بزيادة فترة الإضاءة إلى 16 ساعة في اليوم مع خفض درجة الحرارة Arora (2003). وتعطى القمم النامية المفصولة من البادرات النامية من بذور معقمة على بيئة مغذية نتائج أفضل. وعندما نحصل على كتلة من الأفرع في المعمل كما في الشكل التالي كنتيجة لاستعمال تركيزات عالية من السيتوكينينات يعاد تقسيم هذه الأفرع وزراعتها مرة أخرى في البيئة. ولا يفضل في هاتين المرحلتين الاقتصار على زراعة القمم النامية فقط بل يتم استخدام القمم النامية بالإضافة إلى البراعم الجانبية كما في الطريقة التالية.

شكل يبين: القمم النامية الطرفية لنباتات القرنفل المجهزة للزراعة إلى اليمين وإلى اليسار يتضح تكشف عدد كبير من الأشطاء نتيجة استعمال السيتوكينين.

يختلف طول الأفرع المتكشفة في مزارع القمم النامية باختلاف الأنواع النباتية وتركيز منظمات النمو في البيئة فقد تكون الأفرع متقزمة للغاية ولا يمكن تقسيمها ولا تستطيل كما في القرنفل (الشكل التالي) رغم استعمال تركيز 2 ملجم/لتر فقط من BA. وعند الحصول على أفرع لها سلاميات واضحة فإنها تقسم إلى عقل صغيره ثم تدفع إلى الاستطالة بتغير تركيز ونوع منظمات النمو. أما النباتات المتوردة حيث لا يستطيل ساقها يكون من الصعب فصل أفرع فردية من الأفرع المتكشفة فيتم تقسيم كتلة الأفرع المتجانسة إلى عدة أجزاء يحتوي كل جزء منها على عدد من الأفرع ويتم زراعتها من جديد وتكون هذه الطريقة مثالية في حالة الرغبة في إنتاج نباتات كثيفة النمو الخضري كما في بعض نباتات الزينة أو يتم دفع الأفرع إلى الاستطالة باستعمال بعض منظمات النمو مثل الجبريلين، بالإضافة إلى خفض الكثافة الضوئية أو الإظلام. وعندما نحصل على عدد كافي من الأفرع تنقل بعد ذلك إلى بيئة التجذير. وهذه البيئة لابد أن تكون خالية من السيتوكينينات التي تثبط تكوين الجذور، وقد يضاف لها بعض الأوكسينات أو يخفض تركيز الأملاح المعدنية في البيئة كاستعمال تركيز نصف أو ربع أملاح MS خاصة في حالة النباتات الخشبية وتعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق التجارية إتباعاً في إكثار النباتات العشبية بصفة عامة والأشجار بصفة خاصة.

شكل يبين: الأشطاء المتقزمة لنباتات القرنفل بسبب استعمال تركيز عالي من السيتوكينين فقط (في اليسار)، وعلى اليمين الأشطاء وقد استطالت عقب الزراعة في بيئة تحتوي على أحد الأوكسينات فقط.

استخدمت هذه الطريقة بنجاح كبير في إكثار نباتات الأوركيد حيث لاحظ Moral في سنة 1964 تكوين كالس من القمم النامية الموضوعة على بيئة شبه صلبة من الآجار وبعض الأملاح المعدنية وسكر الجلوكوز. ثم تكونت تراكيب صغيرة تشبه الكوريمات أطلق عليها مبادئ الكوريمات potocorm. وهذه التراكيب تشبه تلك التي تتكون في ظروف الإكثار العادية لنبات الأوركيد حيث يكون لها قطبين محددين لكنها غير خضراء اللون ولا تختزن كربوهيدرات لأنها لا تقوم بالبناء الضوئي. وبنقل هذه التراكيب إلى بيئة جديدة مختلفة التركيب تكشفت نباتات كاملة. وتم تحسين معدل تكوين هذه التراكيب بوضع القمم النامية في بيئة سائلة متحركة حيث تفتت ميرستيمات هذه التراكيب إلى أجزاء أصغر وكون كل منها تراكيب جديدة مماثلة. وينقلNeumanner et al., (2009)  أنه يمكن إنتاج مليون نبات Cymbidium بزراعة قمة واحدة في فترة تسعة أشهر فقط. وأمكن بعد ذلك إنتاج هذه التراكيب من زراعة الأنسجة الورقية لنبات الأوركيد.

تنظيم تكوين الأفرع

يتوقف نمو وتضاعف عدد الأفرع الجانبية في مزارع قمم الأفرع على وجود منظمات النمو في البيئة خاصة السيتوكينينات حيث يضمن ذلك تثبيط السيادة القمية مما يدفع البراعم للنمو. وقد تنجح إزالة القمم النامية فقط أو مع استعمال الهرمونات في تثبيط السيادة القمية (1996 ,Bhojwani & Razdan). وغالباً تستعمل عملية قرط القمم النامية عند استخدام الأفرع الموجودة في المزرعة لزراعتها مرة ثانية وفى بعض الأنواع الخشبية مثل Acer و Betula و Malus يزيد معدل تكوين الأفرع عند إزالة القمم النامية مع وضع الأفرع التي بها برعمين أو ثلاثة افقيا على سطح البيئة Thrope et al 1991 و 1999 ,Harry & Thore لكن وجد أن إزالة القمم النامية المعاملة بالسيتوكينينات لم تكن فعالة لتثبيط السيادة القمية في نبات Yucca لكن أمكن الحصول على أفرع جانبية عندما شقت القمم النامية طوليا قبل زراعتها. ولسوء الحظ الأفرع الناتجة في حالة زراعة قمم الأفرع لا تكون كلها ناتجة من براعم جانبية. حيث أن بعضها يتكون من براعم عرضية تكونت على الأجزاء المنزرعة مباشرة أو تكونت بطريقه غير مباشرة من الكالس الذي يوجد بوضوح في قاعدة قمم الأفرع المنزرعة. ويصعب في بعض الأحيان التفريق بين مصدر هذه الأفرع ويمكن بالفحص التشريحي الدقيق التفريق بين ما إذا كانت الأفرع ناتجة من براعم عرضية أو جانبية. وإن كان هناك حاجة للمزيد من الأفرع العرضية يمكن تقسيم القمم النامية إلى أجزاء صغيرة وإعادة زراعتها. ويجب الحد من أو منع تكوين الأفرع العرضية بالتحكم في مستوى الهرمونات المستعملة في بيئة النمو لإنتاج نباتات مشابهة للأم.