گفتار 1
تولیدمثل غیرجنسی
تولید گل در نهان‌دانگان
نهان‌دانگان تنها گروهی از گیاهان هستند که توانایی تولید گل دارند. تولید گل فرایندی انرژی‌بر و پرهزینه برای گیاه است؛ به‌ویژه زمانی که گل‌ها دارای رنگ‌های متنوع، بوی معطر و شهد باشند. این فعالیت‌ها، مصرف انرژی زیادی به همراه دارد. گیاهان گل‌دار بیشترین گیاهان روی زمین‌اند و توانسته‌اند پهنۀ وسیعی از زمین را به خود اختصاص بدهند.
مزیت تولید گل:
اگرچه تولید گل انرژی‌بر است، اما مزایای قابل‌توجهی دارد. گل موجب جذب جانوران گرده‌افشان، به‌ویژه حشرات، می‌شود. گرده‌افشانی توسط جانوران، به افزایش موفقیت در تولیدمثل جنسی گیاه کمک می‌کند.
رابطه همزیستی با جانوران:
در زیستگاه‌هایی که گیاهان گل‌دار حضور دارند، تنوع جانوری، به‌ویژه تنوع حشرات، بیشتر است. علت این تنوع، وجود رابطه همزیستی از نوع همیاری بین گیاهان و حشرات است. حشرات از شهد گل‌ها تغذیه می‌کنند و در عوض با انتقال دانه‌های گرده، به تولیدمثل گیاهان کمک می‌کنند.
تکثیر با بخش‌های رویشی
مقدمه
فرض کنید یک بوته گل سرخ یا درخت انگور دارید و قصد تکثیر آن را دارید. آیا منتظر می‌مانید تا دانه تولید کند یا روش سریع‌تری را انتخاب می‌کنید؟ در بسیاری از موارد، به‌جای استفاده از دانه، از روش‌های تولیدمثل غیرجنسی یا رویشی استفاده می‌شود.
تکثیر غیرجنسی با بخش‌های رویشی در گیاهان
گیاهان می‌توانند بدون نیاز به تشکیل دانه، تنها با استفاده از اندام‌های رویشی مانند ریشه، ساقه یا برگ، تکثیر یابند. به‌عنوان مثال، در ریشه درخت آلبالو جوانه‌هایی شکل می‌گیرد که با رشد خود، درخت‌های جدید آلبالو ایجاد می‌کنند. این فرایند به‌طور طبیعی و بدون دخالت انسان رخ می‌دهد.
تعریف تولید مثل غیرجنسی: در تولیدمثل غیرجنسی، گیاه بدون نیاز به گامت، لقاح یا گرده‌افشانی، و با بهره‌گیری از بخش‌های رویشی خود، زاده‌هایی ژنتیکی مشابه با والد تولید می‌کند.
شکل 1 - تشکیل درخت‌های جدید از جوانه‌های روی ریشه.
مقایسه تولیدمثل جنسی و غیرجنسی در گیاهان
در بررسی تفاوت میان تولیدمثل جنسی و غیرجنسی در گیاهان، می‌توان نکات زیر را در نظر گرفت:
سرعت فرایند: تولیدمثل غیرجنسی بسیار سریع‌تر از نوع جنسی انجام می‌شود.
نیاز به گرده‌افشانی: تولید مثل جنسی نیاز به گرده‌افشانی دارد، اما در تولیدمثل غیرجنسی چنین نیازی وجود ندارد.
تنوع ژنتیکی: زاده‌های حاصل از تولیدمثل جنسی، تنوع ژنتیکی زیادی دارند، در حالی‌که زاده‌های تولیدمثل غیرجنسی کاملاً مشابه والد خود هستند.
تعداد زاده‌ها: تولیدمثل غیرجنسی معمولاً زاده‌های بیشتری ایجاد می‌کند.
وابستگی به والد: در تولیدمثل غیرجنسی، تنها یک گیاه می‌تواند فرزندان مشابهی را تولید کند، اما تولیدمثل جنسی اغلب نیاز به دو والد دارد.
سازگاری با محیط: نوع غیرجنسی برای محیط‌های پایدار مناسب‌تر است، در حالی‌که نوع جنسی در محیط‌های متغیر شانس بقای بیشتری دارد.
وجود گامت و لقاح: این مراحل فقط در تولیدمثل جنسی مشاهده می‌شود.
روش‌های تکثیر رویشی
۱. قلمه زدن:
در این روش، قطعه‌ای از ساقه یا شاخه‌ی دارای یاخته‌های مریستمی (جوانه) را در آب یا خاک قرار می‌دهند تا ریشه تشکیل دهد.
این قطعه باید زنده و فعال باشد و معمولاً از هورمون اکسین برای تحریک ریشه‌زایی استفاده می‌شود.
۲. پیوند زدن:
بخشی از یک گیاه مانند شاخه یا جوانه به نام پیوندک، بر روی گیاه دیگری به نام پایه قرار داده می‌شود.
پایه معمولاً ویژگی‌هایی مانند مقاومت به بیماری، سازگاری با خشکی یا شوری را دارد و پیوندک دارای ویژگی‌هایی مانند میوه‌ی مطلوب است.
در پیوند، پیوندک از پایه مواد غذایی دریافت می‌کند اما ریشه‌ای تولید نمی‌کند.
گل، میوه و دانه‌ای که حاصل می‌شود، از نظر ژنتیکی مشابه گیاهی است که پیوندک از آن گرفته شده است.
۳. خوابانیدن:
در این روش، بخشی از ساقه یا شاخه گره‌دار با خاک پوشانده می‌شود.
در محل گره یاخته‌های مریستمی، ریشه و ساقه‌ی جدیدی ایجاد می‌کنند.
با جدا کردن این بخش، گیاهی مستقل تولید می‌شود.
این روش‌ها اغلب با کمک انسان انجام می‌گیرند، اما در مواردی مانند جوانه‌زنی طبیعی آلبالو، تولیدمثل غیرجنسی بدون دخالت انسان نیز رخ می‌دهد.
شکل 2 - روش‌های متفاوت تکثیر رویشی در گیاهان: الف) قلمه زدن
شکل 2 - روش‌های متفاوت تکثیر رویشی در گیاهان: ب) پیوند زدن
شکل 2 - روش‌های متفاوت تکثیر رویشی در گیاهان: پ) خوابانیدن.
روش‌های تکثیر رویشی در گیاهان
روش | توضیحات | ویژگی‌های خاص | مثال/کاربرد |
قلمه زدن | قرار دادن قطعه‌ای از ساقه یا شاخه دارای یاخته‌های مریستمی در آب یا خاک برای ریشه‌زایی. | قطعه باید زنده و فعال باشد. | ریشه‌زایی شاخه در آب. |
پیوند زدن | اتصال بخشی از یک گیاه (پیوندک) بر روی گیاهی دیگر (پایه). | پایه مقاوم به بیماری، پیوندک دارای میوه مطلوب. | پیوند زدن شاخه میوه مطلوب بر روی پایه مقاوم. |
خوابانیدن | پوشاندن بخشی از ساقه گره‌دار با خاک. | در محل گره، یاخته‌های مریستمی ریشه و ساقه جدید ایجاد می‌کنند. | ایجاد گیاه مستقل از ساقه گره‌دار مدفون. |
تخصص‌یافته‌ها
در برخی گیاهان، انواعی از ساقه‌ها وجود دارند که به‌طور ویژه برای تولیدمثل غیرجنسی تخصص یافته‌اند.
این ساختارها که همگی نوعی ساقه‌اند، ممکن است زیرزمینی یا سطحی باشند و در قالب شکل‌های مختلفی مانند زمین‌ساقه، غده، پیاز و ساقه‌رونده دیده شوند. هر کدام از این ساختارها با ویژگی‌های خاص خود در تکثیر گیاه نقش دارند. برای مثال، شلغم ساختاری ریشه‌ای دارد که به‌صورت غده در می‌آید.
زمین‌ساقه (ریزوم)
زمین‌ساقه به‌صورت افقی در زیر خاک رشد می‌کند و ظاهری شبیه به ریشه دارد. این ساختار همانند ساقه هوایی، دارای جوانه انتهایی و جانبی است.
برخلاف ریشه، این ساختار دارای جوانه انتهایی و جوانه‌های جانبی است که از ویژگی‌های ساقه بودن آن هستند.
با گسترش افقی خود، در محل جوانه‌ها پایه‌های جدیدی ایجاد می‌کند.
نمونه: گیاه زنبق.
غده
غده نوعی ساقه زیرزمینی است که به دلیل ذخیره مواد غذایی به‌ویژه نشاسته، متورم شده است.
یاخته‌های غده، از جمله در سیب‌زمینی، دارای تعداد زیادی نشادیسه (آمیلوپلاست) هستند که نشاسته را در خود ذخیره می‌کنند.
این تجمع نشاسته موجب تورم ساقه می‌شود.
بر روی سطح غده جوانه‌هایی وجود دارد که هر یک قادر است گیاه جدیدی پدید آورد.
برای تکثیر، غده را به قطعه‌هایی که دارای جوانه‌اند تقسیم کرده و در خاک کشت می‌کنند.
نمونه: سیب‌زمینی.
پیاز
پیاز نوعی ساقه کوتاه و تکمه‌مانند است که در زیر زمین قرار دارد و برگ‌های گوشتی و ذخیره‌ای به آن متصل‌اند. در زبان انگلیسی برای تمایز میان انواع پیاز، واژه Onion به پیاز خوراکی و Bulb به ساختار گیاهیِ تخصص یافته برای تکثیر رویشی گفته می‌شود.
بخش‌های خوراکی پیاز در واقع برگ‌های تغییر شکل‌یافته‌ای هستند که وظیفه ذخیره مواد غذایی را بر عهده دارند.
ساقه واقعی پیاز، همان قسمتی است که در هنگام پوست‌گیری در بخش زیرین آن جدا می‌شود؛
از هر پیاز می‌توان چندین پیاز کوچک به‌دست آورد که هر یک قادر است به گیاهی مستقل تبدیل شود.
نمونه‌ها: پیاز خوراکی، نرگس و لاله.
نکته: برگ‌های ضخیم پیاز وظیفه ذخیره مواد غذایی را برعهده دارند، در حالی‌که چنین کارکردی در سیب‌زمینی به عهده ساقه متورم آن است.
ساقه‌رونده
ساقه‌رونده به‌طور افقی بر سطح خاک گسترش می‌یابد.
در محل گره‌های این ساقه، ریشه و برگ جدید تشکیل می‌شود.
نمونه: توت‌فرنگی.
شکل 3 - ساقه‌های تخصص یافته برای تولیدمثل غیرجنسی: الف) زمین ساقه
شکل 3 - ساقه‌های تخصص یافته برای تولیدمثل غیرجنسی: ب) غده
شکل 3 - ساقه‌های تخصص یافته برای تولیدمثل غیرجنسی: پ) پیاز
شکل 3 - ساقه‌های تخصص یافته برای تولیدمثل غیرجنسی: ت) ساقه رونده
ساقه‌های تخصص‌یافته برای تولیدمثل غیرجنسی
نوع ساقه | محل استقرار | نحوه رشد | ویژگی‌های اصلی | نمونه |
زمین‌ساقه | زیر خاک | افقی | دارای جوانه انتهایی و جانبی، برگچه‌های فلسی | زنبق |
غده | زیر خاک | - | ساقه متورم شده برای ذخیره نشاسته، دارای جوانه | سیب‌زمینی |
پیاز | زیر خاک | کوتاه و متراکم | ساقه کوتاه و برگ‌های گوشتی ذخیره‌کننده | پیاز خوراکی، نرگس |
ساقه‌رونده | سطح خاک | افقی | تشکیل ریشه و برگ جدید در محل گره‌ها | توت‌فرنگی |
فناوری و تکثیر گیاهان
فن کشت‌بافت
کشت‌بافت یکی از شیوه‌های پیشرفته‌ی تکثیر گیاهان است که از آن برای تولید گیاهان با ویژگی‌های مطلوب و تولید انبوه آن‌ها در آزمایشگاه استفاده می‌شود. در این روش، یاخته‌هایی که توانایی تقسیم دارند برای تولید گیاه جدید به کار می‌روند.
مراحل و اصول کشت‌بافت
1. یاخته‌ای زنده و دارای توانایی تقسیم، مانند یاخته‌های پارانشیمی، از بخش‌هایی از گیاه جدا می‌شود. یاخته‌های پارانشیمی که در سامانه بافت زمینه‌ای فراوان یافت می‌شوند، برای این روش جدا و استفاده می‌شوند.
2. جهت جداسازی یاخته‌ها از بافت‌های اطراف، آنزیم‌هایی که مولکول‌های دیواره یاخته‌ای مانند سلولز و پکتین را تجزیه می‌کنند، به‌کار می‌روند.
3. یاخته جداشده را در محیط کشت مخصوص قرار می‌دهند. این محیط حاوی مواد غذایی و عناصر موردنیاز رشد است و باید کاملاً سترون (عاری از میکروب و عوامل آلودگی) باشد. تمامی ابزارها نیز باید سترون باشند.
4. در شرایط مناسب، یاخته‌ها با تقسیم رشتمان، توده‌ای از یاخته‌های تمایزنیافته به نام «کال» تولید می‌کنند؛ این یاخته‌ها همانند یاخته‌های مریستمی توانایی رشد و تمایز دارند.
5. کال می‌تواند با کمک تنظیم‌کننده‌های رشد (هورمون‌ها)، به اندام‌های گیاهی تبدیل شود. به‌طور مثال:
اگر نسبت اکسین به سیتوکنین بیشتر باشد، کال به ریشه تبدیل می‌شود.
اگر نسبت سیتوکنین بیشتر از اکسین باشد، کال به ساقه تمایز می‌یابد.
6. در پایان، هر کال قابلیت دارد به گیاهی تبدیل شود که از نظر ژنتیکی با گیاه مادری یکسان است.
شکل 4 - ایجاد گیاه از کال در کشت بافت.
تکثیر گیاه به روش کشت‌بافت
فرض کنید از شما خواسته‌اند که با استفاده از یاخته‌های مجزای پارانشیمی، گیاهی را به روش کشت‌بافت تکثیر دهید.
برای این کار، باید این یاخته‌ها را از سامانه بافت زمینه‌ای جدا کنید. زیرا این سامانه تعداد فراوانی یاخته پارانشیمی دارد. همچنین می‌دانیم که به خاطر اتصال یاخته‌های گیاهی، به‌کارگیری آنزیم‌ها برای جدا شدن یاخته‌های گیاهی ضروری است.