الفحم المنشط Activeted charcoal ودوره في زراعة الانسجة النباتية

الفحم المنشط عبارة عن كربون موزع في تنظيم خاص يضمن وجود شبكة كبيرة جدا من الثقوب الدقيقة التي تضمن مساحة سطح وحجم كبير جدا تمكنه من قدرة امتصاص فريدة. ويختلف الفحم المنشط عن الكربون الأولى بعدم وجود الشوائب غير الكربونية وأكسدة سطح الكربون ويتم الحصول على الفحم المنشط والذي يستعمل لإدمصاص الغازات في أغراض عدة بكربنة الخشب في وجود الماء أو البخار واستعمال درجات حرارة عالية، وبذلك تتكون أسطح ادمصاص داخلية واسعة. وينصح في مزارع الأنسجة باستعمال الفحم المنشط المصنع من أصل نباتي حيث يحتوي على أسطح نشطة بنسب أعلى من تلك الموجودة في الفحم حيواني بحوالي 95 - 99 %. وتتوقف خصائص الفحم المنشط على الطريقة التي حضر بها، فليس لكل الأنواع التجارية نفس الخصائص والتأثيرات الفسيولوجية. وتشير التحليلات الكيميائية إلى احتواء الفحم المنشط على بعض أيونات العناصر مثل الحديد والنيكل والألومنيوم. لكن ليس من المعلوم ما إذا كانت هذه الأيونات تؤثر في النمو أم لا. يضاف الفحم المنشط الناعم إلى بيئة النمو شبه الصلبة أو السائلة لإعطائها بعض المميزات في مراحل معينة من النمو. وبالرغم من أن الفحم المشط لا يعتبر ضمن منظمات النمو إلا أنه من الخصائص حتى عند استعماله بتركيزات غير عالية نسبياً (تتراوح بين 0.2 - 3 % وزن/ حجم) ما قد يعادل فعل منظمات النمو وبعض المكونات الأخرى في البيئة. وتعتمد معظم التأثيرات الفسيولوجية للفحم المنشط على قدرته على ادمصاص مدى واسع من المركبات التي تكون مثبطة للنمو غالباً. ومن أهداف استعمال الفحم المنشط في زراعة الأنسجة ما يلي:

1. يساعد على إمتصاص المواد السامة التي توجد في البيئة مثل مشتقات الفينول والتي تسبب تلون البيئة باللون الأسود أو البنى وتلك مواد سامة للنسيج المنزرع خصوصا عند بدء تأسيس المزرعة كما في نباتات البلارجونيوم. وكذلك المركبات التي تتكون أثناء التعقيم مثل مركب (1,5-hydroxymethy-furfural (HMF والذي ينتج من تعقيم السكر في وسط مائل للحموضة (1998 Pan & Van Staden)، وهو مركب مثبط لتكوين الأجنة الجسدية من متك الدخان. كما يستعمل الفحم المنشط لإدمصاص الأحماض الدهنية المثبطة للنمو والتي توجد في بعض الأنواع التجارية غير العالية النقاوة من الآجار.

2. يدمص الفحم المنشط بعض المواد العضوية مثل منظمات النمو ولهذا الهدف يستعمل بتركيزات تتراوح بين 0.1 إلى 1% وزن / حجم للبيئة المستعملة لإزالة الأوكسينات والسيتوكينينات وكذلك ABA من البيئة. لكن يجب الإشارة إلى صعوبة تحديد التركيز المتاح من منظمات النمو في البيئة التي اضيف إليها الفحم المنشط ويعتقد البعض أن المواد التي تدمص على أسطح الفحم المنشط كالعناصر الغذائية ومنظمات النمو، وكذلك بعض المواد التي توجد طبيعياً في تركيبه يعاد انسيابها للبيئة مرة أخرى للبيئة (1990 ,.Johansson et al). هذا وقد استعمل الفحم المنشط مع GA3 لتشجيع إنتاج الأشطاء في Prunus. لكن يجب الأخذ في الاعتبار أن التركيزات العالية من الفحم المنشط تجعل منظمات النمو الموجودة في البيئة غير ميسرة للإمتصاص، فعند استعماله بتركيز 3% لإزالة اللون الأسود من الوسط المستعمل لنمو أنسجة نخيل البلح كان من الضروري رفع تركيز 2,4-D المستعمل بمعدل 5 - 20 مرة لإعطاء نفس الأثر الوظيفي في تكوين الأجنة الجسدية. وبالطبع فإن الفحم المنشط له قدرة عالية على إدمصاص الإثيلين مما يقلل من تأثيره الوظيفي في الأنسجة المنزرعة.

3. يدمص الفحم المنشط بعض المغذيات العضوية مثل حامض النيكوتينك والفوليك وربما يعمل على إزالة بعضها تماماً من الوسط لكن لا يدمص الميوانوزيتول.

4. يعمل الفحم المنشط على رفع الرقم الهيدروجيني لبيئة MS بعد التعقيم وأثناء تخزين البيئة بعد التعقيم لمدة 14 يوم بمعدل 0.75 وحدة عند إضافته بمعدل 0.5%. ويرجع ذلك إلى قدرته على إدمصاص الكاتيونات. وقد ترجع بعض تأثيرات الفحم المنشط على النمو والتكشف إلى التغيير في الرقم الهيدروجيني. وقد أشار .Eymar et al (2000) أن الرقم الهيدروجيني للبيئة غير المحتوية على الفحم المنشط والمستعملة لزراعة نباتات التمرحنة Lagerstroemia indica، انخفض بمقدار 1.03 وحدة أما تلك المحتوية على الفحم المنشط فقد ارتفع رقمها الهيدروجيني بمقدار 0.38 وقد أدى انخفاض الرقم الهيدروجيني إلى عدم امتصاص أيون النترات المفترض امتصاصه في المرحلة الأولى من الزراعة، وامتص أيون الأمونيا. وأدى ذلك إلى تغيير في درجة التوصيل الكهربي للبيئة، حيث انخفض أثناء الزراعة في البيئة المحتوية على الفحم المنشط وزاد في البيئة الخالية منه بشرط عدم وجود BA. ويعتبر انخفاض درجة التوصيل الكهربي مؤشرا على امتصاص المغذيات من البيئة.

5. يشجع تجذير العقل وقد يعزى ذلك إلى منع الضوء الذي يثبط التجذير وتشجع تفاعلات الظلام. وإن كان الأمر كذلك فيمكن توفير الظلام حول الجزء المحتوى على بيئة النمو من الوعاء بلفه بورق ألومنيوم أو إضافة طبقة سطحية من الفحم غير المنشط.

6. تشجيع التكشف وبالذات للأجنة الجسدية والنباتات الأحادية من زراعة المتك لبعض الأنواع مثل نباتات Anemone وكذلك تكشف الأشطاء في بعض الأنواع، فعلى سبيل المثال لم تتكشف أي أشطاء من زراعة الأوراق الحرشفية لأبصال Lilium longiflorum إلا بعد إضافة 1% وزن/ حجم من الفحم المنشط، لكن يتوقف التأثير على الموضع المأخوذ منه الجزء النباتي.

مما سبق يلاحظ أن إضافة الفحم المنشط إلى بيئة النمو يكون له في غالب الأمر تأثير إيجابي في التخلص من المواد الفينولية التي تسبب تلون البيئة باللون الأسود أو البنى (شكل رقم 1) وإحداث سمية للنسيج المنزرع وانخفاض نسبة نجاح تأسيس المزرعة. وقد وجد (2008) Alkhubry أن إضافة الفحم قد سببت زيادة في معدل تكشف وعدد أشطاء التين المتكشفة من زراعة العقد الساقية (شكل رقم 2). لكن قد يكون للفحم المنشط تأثير سلبيا على تركيز وفاعلية منظمات النمو وبعض المكونات الأخرى للبيئة، لذا اتجه بعض الباحثين كما أشار (1987) Pierik إلى استعمال طرق أخرى التخلص من المواد الفينولية ومنها:

1. غسيل الجزء النباتي بعد التعقيم السطحي بمحلول محتوى على مركب -diethyl (dithiocarbonate (DIECA بتركيز 2 جم / لتر لمنع أكسدة الفينولات. أو على الأقل غمس الجزء النباتي بعد إعداده في ماء قبل وضعه في البيئة.

2. إضافة مادة PVP عديدة البلمرة بتركيز يتراوح بين 0.25-1 جم/لتر.

3. إضافة مضادات الأكسدة مثل أحماض الستريك، الاسكوربيك لمنع أكسدة المواد الفينولية أو إضافة الأحماض الأمينية الجلوتامين والآرجنين والأسبرجين.

4. استعمال البيئة السائلة لتقليل تركيز المواد السامة في المنطقة المحيطة بالنسيج، أو نقل المزرعة إلى بيئة شبه صلبة جديدة على فترات متقاربة.

5. الاقلال من الضرر أي التجريح الحادث للجزء النباتي أثناء إعداده.

شكل 1: على اليمين تأثر المُستأصل النباتي لأشجار العرعر Juniprus communis بالمواد الفينولية المفرزة من النسيج وعلى اليسار نجاح النمو بإضافة الفحم الى البيئة.

شكل 2: على اليمين عدم تكوين أشطاء عرضية على العقد الساقية للتين في بيئة خالية من الفحم النباتي، وعلى اليسار تكوين مزيد من الأشطاء بإضافة 2 جم/لتر من الفحم النباتي للبيئة.