การเพาะเลี้ยงเซลล์และการปรับปรุงพันธุ์พืช

การเพาะเลี้ยงเซลล์และการปรับปรุงพันธุ์พืช

การเพาะเลี้ยงเซลล์และการปรับปรุงพันธุ์พืช Plant Cell Culture and Improvement

การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและเซลล์พืชเป็นเทคนิคพื้นฐานที่นำมาใช้ในการสร้างพืชพันธุ์ใหม่ Plant Cell Culture and Improvement ที่มีลักษณะพึงประสงค์ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ร่วมกับเทดนิคต่างๆ เช่น การย้ายยืนทั้งทางตรงและทางอ้อมด้วยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมซึ่งกำลังเป็นที่นิยมศึกษากันอย่างกว้างขวาง

 

Plant Cell Culture and Improvement คืออะไร


คือ การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ด้วยสิ่งกระตุ้นต่างๆ เช่น รังสี และสารเคมี เป็นต้น อย่างไรก็ตามหากสามารถทำการย้ายยืนที่พึ่งประสงค์ไปสู่เซลล์พืชที่ต้องการได้หรือสามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระดับยืนหรือโครโมโซมได้สำเร็จแต่ไม่ สามารถพัฒนาเซลล์ดังกล่าวให้เกิดเป็นต้นพืชที่สมบูรณ์ได้ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวนั้นก็ไม่มีคุณค่าใด ๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องอาศัยเทคนิคการเพาะเลี้ยงในสภาพปลอดเชื้อมาช่วยในการพัฒนาเซลล์พืชกลายพันธุ์นั้นให้พัฒนาเป็นต้นพืชที่สมบูรณ์


ประโยชน์ของการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช


1. การขยายสายพันธุ์พืช (clonal propagation)สามารถเพิ่มปริมาณพันธุ์พืชจำนวนมากในโดยอาศัยสูตรอาหารที่เหมาะสม อีกทั้งยังประหยัดเวลา เนื้อที่และแรงงาน โดยไม่ต้องประสบกับปัญหาจากสภาพแวดล้อมธรรมชาติ


2. การปรับปรุงพันธุ์พืช (crop improvement)


2.1 การผลิตพืชปลอดโรค (disease free plant) การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสามารถผลิตตันพันธุ์ที่ปราศจากเชื้อโรคจากราและแบคที่เรียรวมถึงไวรัสได้โดยเฉพาะไวรัสซึ่งจะไม่แสดงการปนเปื้อนให้เห็นในขณะ เพาะเลี้ยงแต่สามารถใช้วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์เริ่มต้นที่มีขนาดเล็กมากๆ คือเนื้อเยื่อเจริญ ส่วนยอด (apical meristem) ขนาดประมาณ 0.01 – 0.05 มิลลิเมตร หรือเนื้อเยื่อของเอ็มบริโอ (embryonic tissue) เนื่องจากเนื้อเยื่อดังกล่าวไม่มีส่วนของท่อลำเลียง ไวรัสจึงยังไม่สามารถเคลื่อนย้ายมาปนเปื้อนได้


2.2 การคัดเลือกลักษณะพันธุ์กลายในสภาวะควบคุม (selection pressure) ในการปรับปรุงพันธุ์พืชโดยวิธีผสมพันธุ์ตามวิธีมาตรฐาน (conventional breeding) เพื่อให้ได้พันธุ์ทนทาน/ต้านทานต่อสภาพแวดล้อมต่าง ๆ จะทำได้ยากเนื่องจาก ไม่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมให้สม่ำเสมอได้ จึงหันมาใช้วิธีเลี้ยงเซลล์หรือเนื้อเยื่อพืช ในสภาวะควบคุม เช่น ต้องการสร้างสายพันธุ์พืชทนทานต่อสภาพดินเค็มสามารถทำได้โดยเติมโซเดียมคลอไรด์ในอาหารเพาะเลี้ยงแล้วทำการคัดเลือกเซลล์ที่รอดชีวิตซึ่งก็คือเซลล์ที่มีความผันแปรทางพันธุกรรม (variant cell) ถ้านำมาเพาะเลี้ยงต่อไปแล้วเซลล์นั้น ยังคงลักษณะทนทานไว้ได้แสดงว่าเป็นเซลล์ที่เกิดการกลายพันธุ์ (mutated cell) จะได้พืชพันธุ์ใหม่ ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้


2.3 การคัดเลือกลักษณะที่เกิดจากความแปรปรวนทางพันธุกรรม
(somaclonal variation) หรือชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ (induced mutation) ความแปรปรวนทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหรือโดย ขบวนการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชนั้นเรียกว่า somaclonal variation ส่วนการกลายพันธุ์ที่เกิดจากการชักนำให้เกิดโดยใช้สิ่งก่อกลายพันธุ์ (mutagens) ชนิดต่างๆ เรียกว่า induced mutation ความแปรปรวนที่เกิดขึ้นระหว่างการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพบครั้งแรก ในพืชสวน (horticultural crops) เรียกพืชที่ได้นี้ว่า clonal variation ซึ่งอาจมีความคงตัวใน การเปลี่ยนแปลง (genetic change) หรือไม่คงตัว (epigenetic change) ก็ได้


2.4 การถ่ายละอองเกสรหรือการผสมเทียม (test-tube pollination) เพื่อแก้ปัญหาความล้มเหลวในการผสมเกสรของพืชบางชนิดในสภาพธรรมชาติ โดยนำมาเลี้ยงแล้วทำการถ่ายละอองเกสรและผสมเกสรในสภาพปลอดเชื้อซึ่ง เป็นวิธีหนึ่งในการปรับปรุงพันธุ์พืชที่ผสมในสภาพธรรมชาติไม่ได้


2.5 การปฏิสนธิเทียม (test-tube fertilization)และการช่วยชีวิตเอ็มบริโอ (embryo rescue) การเพาะเลี้ยงไข่อ่อนที่ผสมแล้วหรือเอ็มบริโอของพืชบางชนิดซึ่งไข่เมื่อ ได้รับการผสมแล้วไม่สามารถเจริญได้ตลอดเนื่องจากรังไข่อาจจะร่วง ทำได้โดยการตัดเอารังไข่มาเลี้ยงในอาหารสังเคราะห์ โดยเฉพาะในพืชผสมข้ามชนิด (interspecific hybridization) หรือข้ามสกุล (intergeneric hybridization)


2.6 การสร้างพืชที่มีโครโมโซมต่างจากปกติ การสร้างพืชแฮพลอยด์ (haploid plant) จากการเพาะเลี้ยงอับเรณูหรือเรณู(anther or pollen culture) หรือการเลี้ยงไข่อ่อนที่ยังไม่ได้รับการผสมเพื่อให้เกิดตันพืชที่มี โครโมโซมเพียงชุดเดียว ซึ่งจะสามารถนำไปสร้างเป็นพืชโฮโมไซกัส (homozygous) หรือการสร้างพืชที่มีโครโมโซม 3 ชุด (tiploid plant) เพื่อผลิตพืชไม่มีเมล็ดหรือพืชที่มีดอกและผลขนาดใหญ่กว่าเดิมโดยการเพาะเลี้ยงเอนโดเสปีร์ม


2.7 การทำเมล็ดเทียม (artificial seed) การผลิตเมล็ดพันธุ์พืชโดยการสร้างโซมาทิกเอ็มบริโอแล้วนำเอ็มบริโอที่ได้นี้ไปทำการเคลือบ (encapsulation) ด้วยสารที่มีคุณสมบัติเหมาะสมได้เป็นเมล็ดเทียม ซึ่งแนวความคิดนี้ประสบความสำเร็จแล้วในพืชบางชนิดและยังเป็นแนวทางในการสร้างเมล็ดเทียมของพืชที่ได้จากเทคนิคพิเศษต่างๆ อีกด้วย

 

การชักนำให้เกิดการพัฒนาของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (androgenesis) เพื่อสร้างพืชแฮพลอยด์เป็นวิธีการที่ประสบความสำเร็จในพืชหลายชนิดโดยการเพาะเลี้ยงอับเรณูในสภาพปลอดเชื้อซึ่งพืชที่จะนำมาใช้เป็นตันพันธุ์จะต้องได้รับการควบคุมอุณหภูมิ แสงและความชื้น นอกจากนี้อับเรณูที่มีคุณภาพดีดวรนำมาจากตันที่มีความเยาว์วัย โดยเมื่อตัดแยกส่วนตาดอกมาแล้วจะต้องทำการฟอกฆ่าเชื้อก่อนนำลงเลี้ยงบนอาหาร ทั้งนี้ช่วงระยะเวลานับตั้งแต่ตัดดอกจากต้นแม่จนกระทั่งนำลงเลี้ยงไม่ควรนานเกิน 2 ชั่วโมง

 

หากต้องการอ่านเรื่องอื่นๆเพิ่มเติม คลิกที่นี่


หรือ ที่นี่

ความรู้ทั่วไป