معرفی و بررسی کاربرد انواع محیط های کشت آزمایشگاهی
محیط های کشت آزمایشگاهی نقش بسیار مهمی در تحقیقات زیستی و پزشکی ایفا می‌کنند. این محیط ها شرایط ایده آل برای رشد و تکثیر سلول ها، بافت‌ها و میکروارگانیسم‌ها را فراهم می‌آورند. با استفاده از محیط های کشت، پژوهشگران می توانند رفتار سلولی را در شرایط کنترل شده مطالعه کرده، واکنش های سلولی به داروها را بررسی و فرآیندهای زیستی پیچیده را درک نمایند. این محیط ها همچنین برای تولید محصولات بیولوژیک، نظیر واکسن ها و پروتئین های درمانی و در تشخیص بیماری ها و توسعه درمان های جدید ضروری هستند. به طور کلی، محیط های کشت آزمایشگاهی ابزارهای کلیدی برای پیشرفت در علوم زیستی و پزشکی محسوب می‌شوند.
محیط های کشت آزمایشگاه کشت بافت گیاهی
در کشت بافت گیاهی، محیط های کشت به دو دسته اصلی محیط های کشت مایع و محیط های کشت جامد تقسیم می شوند. هر یک از این محیط ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و برای کاربردهای متفاوتی در کشت بافت گیاهی استفاده می‌شوند. در این مقاله به بررسی انواع محیط های کشت مایع و جامد، ویژگی های هر یک و کاربردهای آن ها پرداخته می‌شود.
محیط های کشت جامد
محیط های کشت جامد شامل همان ترکیبات محیط‌های کشت مایع هستند، اما به آن‌ها ماده ژل‌کننده‌ای مانند آگار یا ژلان‌گام اضافه می‌شود تا ساختار جامد به خود بگیرند. این محیط‌ها اغلب برای کشت بافت‌های گیاهی که نیاز به پشتیبانی فیزیکی دارند استفاده می‌شوند.
مزایا
– پشتیبانی فیزیکی برای بافت‌ها
– جلوگیری از غوطه وری بافت ها در محیط
– کنترل بهتر رشد کالوس و ریشه
معایب
– پخش یکنواخت‌تر مواد مغذی دشوارتر است
– نیاز به تعویض محیط کشت در فواصل زمانی کوتاه‌تر
انواع محیط کشت جامد
– محیط کشت B5
– محیط کشت WPM
– محیط کشت DKW
این محیط ها (Mediums) معمولاً به صورت جامد استفاده می‌شوند تا بافت های گیاهی به خوبی در محیط مستقر شوند و از پشتیبانی فیزیکی برخوردار باشند.
محیط های کشت مایع
محیط های کشت مایع شامل ترکیبات مشابه با محیط های جامد هستند اما بدون مواد ژل‌کننده. این محیط ها برای کشت سلول های سوسپانسیون و بافت هایی که نیاز به تماس مستقیم با مواد مغذی دارند، مناسب هستند.
مزایا
– توزیع یکنواخت مواد مغذی و هورمون‌ها
– سهولت در برداشت سلول‌ها و بافت‌ها
– امکان استفاده در بیوراکتورها برای تولید انبوه
معایب
– نیاز به پشتیبانی مکانیکی برای جلوگیری از غوطه‌وری
– خطر آلودگی بیشتر
انواع محیط کشت مایع
– محیط کشت MS
– محیط کشت B5
– محیط کشت SH
این محیط ها معمولاً به صورت مایع برای کشت سلول‌های سوسپانسیون و پروتوپلاست‌ها استفاده می‌شوند.
مقایسه محیط های کشت مایع و جامد
جدول زیر یک اطلاعات کلی مقایسه ای بین محیط های کشت جامد و مایع در کشت بافت گیاهی را نشان می دهد. با توجه به نوع گیاه و هدف مورد انتظار از کشت، باید یکی از محیط های کشت مایع یا جامد را انتخاب کرد.
| ویژگی | محیط کشت مایع | محیط کشت جامد |
| توزیع مواد مغذی | یکنواخت | محدود به سطح |
| پشتیبانی فیزیکی | ندارد | دارد |
| خطر آلودگی | بیشتر | کمتر |
| نیاز به تعویض محیط | کمتر | بیشتر |
| استفاده در بیوراکتور | بله | خیر |
انتخاب بهترین محیط کشت
انتخاب بین محیط های کشت مایع و جامد بستگی به نوع گیاه، نوع بافت و اهداف کشت دارد. محیط های جامد برای کشت بافت‌هایی که نیاز به پشتیبانی فیزیکی دارند مناسب هستند، در حالی که محیط های مایع برای کشت سلول‌های سوسپانسیون و تولید انبوه به کار می‌روند. آگاهی از ویژگی ها و کاربردهای هر یک از این محیط ها به محققان کمک می‌کند تا شرایط بهینه برای رشد و تکثیر گیاهان را فراهم کنند.
محیط کشت MS (موراشیگ و اسکوگ Murashige & Skoog)
محیط کشت MS (ام اس) یکی از پرکاربردترین محیط های کشت در کشت بافت گیاهی است که توسط موراشیگه و اسکوگ در سال ۱۹۶۲ طراحی شد. این محیط شامل نمک های معدنی، ویتامین ها، آمینو اسیدها، و هورمون های رشد است. محیط کشت Ms می تواند هم به صورت مایع و هم به صورت جامد استفاده شود. انتخاب حالت محیط کشت به نیازهای خاص کشت بافت و نوع گیاه بستگی دارد.
ترکیب:
– نمک‌های معدنی (ماکرو و میکرو)
– ویتامین‌ها (مانند تیامین، پیرودوکسین، نیکوتینیک اسید)
– آمینو اسیدها (مانند گلوتامین، آرژینین)
– ساکارز به عنوان منبع کربوهیدرات
– هورمون‌های رشد مانند اکسین‌ها و سیتوکینین‌ها
کاربرد:
این محیط برای کشت بافت بسیاری از گیاهان مانند توتون، سیب‌زمینی، برنج و گندم مناسب است. انواع گیاهان دارویی مانند گل محمدی، استویا، نعنا و … گیاهان زینتی مانند ارکیده نیز در این محیط کشت به خوبی رشد و توسعه پیدا می کنند.
محیط کشت B5 (گامبُرگ Gamborg)
محیط کشت B5 توسط گامبُرگ در سال ۱۹۶۸ معرفی شد و برای کشت بافت های گیاهی و سلول های سوسپانسیون استفاده می شود. این محیط کشت نیز به دو صورت مایع و جامد قابل استفاده است.
ترکیب:
– نمک‌های معدنی
– ویتامین‌ها (مانند نیکوتینیک اسید، پیرودوکسین)
– ساکارز
– هورمون‌های رشد
کاربرد:
این محیط کشت به خصوص برای کشت لگوم ها (حبوبات) مانند سویا و یونجه، شبدر و نخود مناسب است.
محیط کشت وایت (White)
محیط کشت وایت یکی از اولین محیط های کشت بافت گیاهی است که توسط پی. آر. وایت در سال ۱۹۴۳ برای کشت ریشه گوجه فرنگی توسعه یافت. این محیط برای کشت ریشه های گیاهی استفاده می‌شود. ویژگی این محیط کشت در غلظت نمک کمتر و غلظت MgSO4 بالاتر بود.
ترکیب:
– نمک‌های معدنی
– ویتامین‌ها
– ساکارز
کاربرد:
این محیط به طور خاص برای کشت ریشه های گیاهانی مانند هویج و چغندر قند مناسب است.
محیط کشت N6 (CHU) Nitsch and Nitsch
محیط کشت N6 توسط چنگ و همکاران در سال ۱۹۷۴ معرفی شد و به طور خاص برای کشت بافت‌های غلات مانند برنج و ذرت طراحی شده است. در ابتدا از این محیط برای کشت بساک در شرایط آزمایشگاهی برنج Oryza sativa خانواده Gramineae استفاده شده است.
ترکیب:
– نمک های معدنی
– ویتامین ها
– آمینو اسیدها
– ساکارز
– هورمون های رشد
کاربرد:
این محیط به ویژه برای کشت بافت‌های گندم و برنج مناسب است.
محیط کشت کاتز و اسکیل (SH) Schenk & Hildebrandt
محیط کشت SH توسط شیگئو کاتز و تاداشی اسکیل در سال ۱۹۷۲ توسعه یافت و برای کشت بافت های گیاهی مختلف به کار می‌رود. محیط Schenk & Hildebrandt به طور ویژه برای کشت سلول، بافت و اندام گیاهی فرموله شده است. نیترات پتاسیم به عنوان منبع نیترات عمل می کند
ترکیب:
– نمک های معدنی
– ویتامین ها
– آمینو اسیدها
– ساکارز
– هورمون های رشد
کاربرد:
این محیط برای کشت بافت‌های گیاهان زینتی و همچنین برخی از گیاهان دارویی مانند جینسنگ مناسب است.
محیط کشت Driver and Kuniyuki Walnut (DKW)
محیط کشت DKW توسط A. Driver و A. H. Kuniyuki در سال ۱۹۸۴ برای کشت بافت گردو و دیگر درختان سخت چوب توسعه داده شد. این محیط برای کشت بافت های گیاهی که نیاز به سطوح بالایی از کلسیم و پتاسیم دارند، مناسب است.
ترکیب:
– نمک‌های معدنی با غلظت‌های بالا
– ویتامین‌ها (مانند تیامین، ریبوفلاوین)
– آمینو اسیدها (مانند گلوتامین)
– ساکارز
– هورمون‌های رشد (اکسین‌ها و سیتوکینین‌ها)
کاربرد:
این محیط به طور خاص برای کشت بافت‌های گیاهی مانند گردو، فندق و دیگر درختان سخت‌چوبی مناسب است.
محیط کشت Woody Plant Medium (WPM)
محیط کشت WPM توسط Lloyd و McCown در سال ۱۹۸۰ برای کشت بافت درختان و گیاهان چوبی توسعه داده شد. این محیط برای کشت درختان زینتی و میوه های چوبی استفاده می‌شود.
ترکیب:
– نمک‌های معدنی
– ویتامین‌ها (مانند نیکوتینیک اسید، تیامین)
– ساکارز
– هورمون‌های رشد (مانند بنزیل‌آدنین، نفتالین‌استیک اسید)
کاربرد:
محیط کشت WPM برای کشت بافت های درختان میوه مانند سیب، گلابی، و درختان زینتی مانند آزالیا و رز مناسب است.
جمع بندی محیط های کشت آزمایشگاهی
محیط های کشت DKW و WPM به طور خاص برای کشت بافت‌های گیاهی چوبی و درختان میوه طراحی شده‌اند. این محیط‌ها با ترکیبات خاص خود، نیازهای غذایی و هورمونی این گیاهان را تامین می‌کنند و باعث رشد و توسعه بهتر بافت‌های گیاهی می‌شوند. انتخاب محیط کشت مناسب بر اساس نوع گیاه و نیازهای خاص آن، کلید موفقیت در کشت بافت گیاهی است.
انواع محیط کشت بر اساس نیازهای خاص گیاهان طراحی شده‌اند و هر کدام ترکیبات منحصر به فرد خود را دارند. انتخاب محیط کشت مناسب برای هر گیاه نقش حیاتی در موفقیت کشت بافت گیاهی دارد. با شناخت ترکیبات و کاربردهای هر یک از این محیط‌ها، می‌توان بهینه‌سازی فرآیند کشت بافت را به بهترین نحو انجام داد.
منابع
- Greenway, M.B., Phillips, I.C., Lloyd, M.N., Hubstenberger, J.F., & Phillips, G.C. (2012). A nutrient medium for diverse applications and tissue growth of plant species in vitro. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, ۴۸, ۴۰۳-۴۱۰.
- Bhojwani, S.S., & Dantu, P.K. (2013). Plant Tissue Culture: An Introductory Text. Springer India.
- Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, ۱۵, ۴۷۳-۴۹۷.
- Intech Open | Plant tissue culture media
- Lab Associates | 6 plant tissue culture media for beginners
