Co je mikropropagace a jak se rostliny množí in vitro v laboratoři?

Co znamená mikropropagace a proč se jí říká množení in vitro

Mikropropagace je způsob vegetativního množení rostlin, při kterém se z velmi malého kousku rostlinného pletiva, takzvaného explantátu, vypěstuje v laboratorních podmínkách celá nová rostlina geneticky identická s rostlinou výchozí. Pojem "in vitro" pochází z latiny a znamená doslova "ve skle" - odkazuje na skutečnost, že celý proces probíhá ve sterilních skleněných nebo plastových nádobách s živným médiem, zcela odděleně od přirozeného prostředí půdy a venkovního vzduchu. Jde v zásadě o extrémně zmenšenou a technicky náročnější verzi klasického řízkování, která ale umožňuje vyprodukovat tisíce až miliony identických rostlin z jediného výchozího jedince během relativně krátké doby.

Jak vypadá samotný výchozí explantát

Explantátem bývá nejčastěji špička vegetačního vrcholu (meristém), kousek listu, úžlabní pupen nebo i jednotlivá buňka rostliny, podle druhu a cíle množení. Volba meristému jako zdroje je obzvlášť důležitá u množení rostlin, které mohou být nakažené viry, protože meristematická pletiva na samotném vrcholu rostliny bývají prakticky vždy virů zbavena, i když zbytek rostliny je infikovaný - proces se pak nazývá meristémová kultura a slouží zároveň jako účinná metoda tzv. virové sanace, tedy vyčištění odrůdy od virové infekce bez nutnosti chemického zásahu.

Sterilní prostředí jako naprostá podmínka úspěchu

Celý postup musí probíhat v dokonale sterilním prostředí, obvykle v laminárním boxu nebo sterilním digestoři, protože i jediná zabloudivší bakterie nebo plíseň by v živném médiu bohatém na cukry a živiny vyrostla mnohem rychleji než pomalu se dělící rostlinné buňky a celou kulturu by během několika dní zcela přerostla a zničila. Samotný explantát se proto před vložením do média povrchově sterilizuje roztoky na bázi chlóru nebo etanolu, a veškeré nástroje, nádoby i médium procházejí tepelnou sterilizací v autoklávu. Tato náročnost na sterilitu je hlavním důvodem, proč je mikropropagace oproti klasickému řízkování podstatně nákladnější a vyžaduje specializované laboratorní zázemí.

Živné médium a role rostlinných hormonů

Živné médium, nejčastěji podle receptury Murashige a Skoog, obsahuje makro a mikroelementy, vitamíny, cukr jako zdroj energie a především přesně vyvážený poměr dvou skupin rostlinných hormonů - auxinů a cytokininů. Poměr těchto dvou hormonů v médiu určuje, jakým směrem se bude pletivo vyvíjet: vysoký podíl cytokininů oproti auxinům podporuje tvorbu nových výhonků a listů, zatímco opačný poměr naopak navozuje tvorbu kořenů. Laboratorní pracovníci proto celý proces typicky rozdělují do několika fází s odlišným hormonálním složením média - nejprve namnožení výhonků, poté jejich zakořenění, a nakonec postupné zocelování rostlinky před přesunem do běžného substrátu.

Proč se touto metodou množí orchideje

Mikropropagace zásadně proměnila obchod s orchidejemi. Dříve se orchideje množily téměř výhradně semeny, která ale u mnoha druhů klíčí jen ve symbióze s určitými houbami a proces od výsevu po kvetoucí rostlinu trval i řadu let s nejistým výsledkem. Díky mikropropagaci lze z jediné kvalitní matečné rostliny s žádaným tvarem a barvou květu vyprodukovat tisíce geneticky identických klonů během jednoho až dvou let, což vysvětluje, proč jsou dnes kvetoucí orchideje v obchodech dostupné za relativně nízkou cenu a ve velkém množství - bez této technologie by šlo o výrazně vzácnější a dražší zboží.

Využití u brambor a dalších hospodářsky významných plodin

U brambor se mikropropagace, konkrétně meristémová kultura, používá především k produkci tzv. zdravotně nezávadného sadbového materiálu, tedy hlíz prokazatelně zbavených virových chorob, které se u brambor běžně kumulují a šíří při klasickém vegetativním množení z generace na generaci. Z jediné zdravé matečné rostliny se takto v laboratoři vypěstuje velké množství mikrorostlin, které se následně přesazují na speciální množitelské plochy a postupně se z nich produkuje tzv. předzákladní a základní sadba s vysokou genetickou a zdravotní kvalitou, která je základem pro celý následný množitelský systém.

Somatická embryogeneze jako nejproduktivnější varianta

U některých druhů, zejména u palem jako olejná palma nebo u lesnických dřevin jako smrk a borovice, se používá pokročilejší varianta nazvaná somatická embryogeneze, při které se z jednotlivých somatických, tedy běžných tělních buněk vytvoří struktury funkčně podobné semennému embryu, schopné vyvinout se v celou novou rostlinku. Tato metoda umožňuje produkovat extrémně vysoký počet klonů a navíc je lépe automatizovatelná a vhodná i pro dlouhodobé uchovávání materiálu zmrazením, tzv. kryokonzervaci, díky čemuž lze genetický materiál cenných odrůd uchovat prakticky neomezeně dlouho.

Omezení a rizika mikropropagace

Hlavním omezením je riziko somaklonální variability - při opakovaném dělení buněk v umělých podmínkách a při vysokých koncentracích hormonů může docházet k drobným genetickým nebo epigenetickým změnám, takže část vyprodukovaných rostlin se od matečné rostliny mírně odlišuje, ačkoliv by měly být jejím identickým klonem. U komerční produkce se proto pravidelně provádí kontrola pravosti odrůdy, a u citlivých druhů se omezuje počet opakovaných množitelských cyklů právě proto, aby se riziko genetické odchylky minimalizovalo.

Zocelování a přechod rostlinky do běžných podmínek

Poslední a kriticky důležitou fází je takzvané zocelování (acclimatizace), při kterém se drobná rostlinka zvyklá na stoprocentní vzdušnou vlhkost, umělé osvětlení a stálou teplotu v laboratorní nádobě postupně adaptuje na běžné podmínky skleníku a později venkovního prostředí. Pokojová vlhkost a běžné sluneční záření by pro čerstvě vyjmutou mikrorostlinku s nedostatečně vyvinutou voskovou kutikulou a nefunkčními průduchy byly zpočátku smrtelné, proto se postupně snižuje vzdušná vlhkost a zvyšuje intenzita světla během několika týdnů, než je rostlina schopná samostatně regulovat ztráty vody.