الجبريلينات Gibberllins ودورها في زراعة الانسجة النباتية

تعتبر الجبريلينات أحد الهرمونات الطبيعية المخلقة داخل أنسجة النباتات الراقية والدنيئة على حد سواء. وتتركز مناطق تجهيزها في النباتات الراقية في الأوراق حديثة التكوين كما تخلق كميات قليلة منها في الجذور. وقد عزل العديد من أنواع الجبريلينات وتم تسميتها بأرقام تضاف إلى الاختصار GA وذلك حسب ترتيب اكتشافها. وتتفق جميع هذه المركبات بأنها مركبات عضوية تحتوي على حلقة Gibban وتخلق من التربينات الثنائية. وتحتوي الأنواع النباتية المختلفة على أنواع مختلفة من الجبريلينات، لكن ليس لكل الجبريلينات نشاط فسيولوجي في كل الاختبارات الحيوية. ويعتمد نشاطها الوظيفي على قدرتها على الحركة والانتقال داخل النسيج أو تحويلها إلى مركبات أخرى تكون أكثر نشاطا من الناحية البيولوجية. وقد تم التعرف على بعض المركبات الحرة الوسطية اللازمة لتصنيع الجبريلينات والتي لها نشاط بيولوجي مشابه لها. ورغم تعدد أنواع الجبريلينات المكتشفة إلا أن المستحضرات التجارية المستخدمة تكون إما حامض الجبريلك GA3 فقط (الشكل التالي) أو خليط من النوعين GA4 وGA7. وحيث أن تصنيع الجبريلينات في الأنسجة النباتية عموماً يمكن أن يثبط بعدد من المركبات المعروفة بمعوقات النمو، فإن إضافة تلك المركبات إلى مزارع الأنسجة يؤثر على النمو والتكشف.

من المعروف ان للجبريلينات تأثيرات واضحة في النمو والتكشف وينعكس ذلك على الشكل المورفولوجي للنباتات الكاملة ومن هذه التأثيرات استطالة السوق، تشجيع الأزهار، عقد الثمار ومعظم هذه العمليات تتم عبر التحكم في التصنيع الحيوي لعدد من الإنزيمات. وقد أوضح (2001) Francis & Sorrell أن حقيقة استطالة الخلايا عقب المعاملة بالجبريلينات لم تكن كاستجابة مباشرة لها لكن لدورها في رفع مستوى الأوكسين الداخلي بتحويل الأوكسينات المرتبطة إلى أكسينات حرة ومنع أكسدة الأوكسينات بفعل إنزيم بيروكسيديز اندول حامض الخليك وإعاقة إنزيمات الأكسدة عموما بزيادة تصنيع الفينولات الحرة. ويعتقد أن استطالة الخلايا نتيجة المعاملة بالجبريلينات تقود إلى انقسام الخلايا في مرحلة لاحقة حيث يحدث تنشيط لانقسام الخلية في المرحلة G2 من دورة الخلية في القمم الميرستيمية لبعض النباتات ومن النظريات التي تفسر استطالة الخلايا عند معاملتها بالجبريلينات زيادة امتصاص البوتاسيوم وتأثير ذلك على الضغط الاسموزي للخلية. كذلك تلعب الجبريلينات دورا على المستوى الجيني بزيادة تصنيع RNA وتصنيع بعض الإنزيمات وبالذات تلك المصاحبة للإنبات في حبوب النجيليات.

شكل يبين: تركيب GA3 وثلاثة من معوقات النمو المثبطة لتخليقه

دور الجبريلينات في زراعة الأنسجة

ليس من الشائع استعمال الجبريلينات في مزارع الأنسجة لكنها تضاف أحيانا لبعض المزارع لإحداث التأثيرات التالية:

1. تكوين الكالس والتكشف

غالباً يحدث النمو والتكشف في مزارع الأنسجة دون إضافة الجبريلينات، لكن قد يمثل وجودها أهمية في حالة زراعة الخلايا بكثافة منخفضة. وعند إضافتها للبيئة خاصة بتركيزات عالية نسبيا تتراوح بين 1 : 8 ملجم / لتر تحدث تأثيرات مشابهه للأوكسينات في نمو الكالس، لكن بعض الأبحاث أشارت إلى تثبيط نمو الكالس بالجبريلينات (1993 George). وتعمل إضافة الجبريلينات مع الأوكسينات على خفض تأثير السيتوكينينات مما يشجع من نمو الكالس. ولوحظ في كالوس الدخان أن التأثير المثبط لـ GA3 يكون أكثر وضوحاً في الظلام عنه في الضوء ويكون التأثير ممتد، بمعنى أنه يستمر لمدة بعد نقل الكالس إلى وسط خالي من الـ GA3 ويكون التأثير التثبيطي أوضح في حالة إضافته في مرحلة بدء تكوين الخلايا الميرستيمية. وفي بعض الحالات أدت إضافته إلى مزارع العقد الساقية في وجود الأوكسين إلى استطالة السوق وزيادة عدد الأفرع المتكونة. لكن التوليفات المختلفة من GA3 والسيتوكينينات أقل كفاءة من الأوكسينات والسيتوكينينات في إنتاج الأشطاء، وربما يتطلب تكوين الخلايا الميرستيمية نقل المزرعة إلى وسط خالي من GA3 لتكوين الأشطاء. كذلك يمنع GA3 التكشف المباشر للأشطاء في بعض النباتات مثل Begonia. وبصفة عامة يعتقد أن الجبريلينات تثبط تكوين المناطق الميرستيمية لكنها تشجع تطور نمو الأشطاء عقب تكوينها من هذه المناطق، إلا أن تحديد الاستجابة يرتبط بتوقيت المعاملة ومدتها.

أشار البعض إلى التأثير المشجع للتركيزات المنخفضة (0.03 - 1.0 ملجم/ لتر) من GA3 في تكوين الأجنة الجسدية لكن غالباً تمنع إضافة الجبريلينات إلى مزارع تكشف الأجنة الجسدية (2004) Cheong & Pooler. ومن ثم تؤدى إضافة مثبطات التخليق الحيوي للجبريلينات إلى زيادة عدد الأجنة المتكونة، وقد سجل ذلك بالفعل في مزارع أنسجة بعض أنواع الموالح (Spiegel-Roy & Saad1986) . لكن كان لمركب Paclobutrazol المعروف بتثبيطه التصنيع الحيوي للجبريلينات تأثيرا قليلا على عدد الأجنة الجسدية في بعض الأنواع النباتية. ولوحظ ارتفاع مستوى الجبريلينات في الخلاء غير المتكشفة لسلالات نبات الجزر التي لا تكون أجنة جسدية، والأجنة الجسدية حديثة التكشف تحتوى على تركيز منخفض من الجبريلينات لحدوث هدم سريع لها. وسجل (1993) .Emons et al تأثير مضاد للجبريللين على الفعل المنشط لهرمون ABA في اكتمال تطور الأجنة الجسدية للذرة.

2. تكوين الجذور

تثبيط معاملة قواعد العقل بتركيز مرتفع نسبياً من الجبريلينات تكوين الجذور حتى لو تم إضافة الأوكسينات في نفس الوقت. وكذلك فإن إضافة الجبريلينات إلى مزارع الأنسجة تمنع غالبا تكشف الجذور العرضية على الأشطاء المتكونة. لكن تمكنTang (1999) & Fan من استحثاث تكوين الجذور العرضية على كالوسات Pinus taeda باستعمال خليط من GA3 و BA بالإضافة إلى IBA. وبالرغم من ذلك أشار بعض الباحثين إلى تشجيع تكوين الجذور العرضية باستعمال الجبريلينات، لكن فسر ذلك على أساس زيادة مستوى IAA الداخلي كنتيجة للمعاملة بالـ GA3.

3. نمو وتطور الأعضاء

بالرغم من أن الجبريلينات تمنع تكوين المنشأت الميرستيمية الأولية في الكلس والتي تكون الجذور والأشطاء لاحقا إلا أنها قد تكون ضرورية لتدعيم النمو والتطور الأعضاء المتكونة ولإن GA3 يشجع نمو الأشطاء في مزارع العقد الساقية فإنه يضاف للبيئة في المرحلة الأولى والثانية من زراعة الأنسجة. وقد ثبتت فاعلية الجبريلينات أحياناً بدرجة أعلى من الأوكسينات في هاتين المرحلتين. وتضاف الجبريلينات بتركيز منخفض (0.03 – 0.1 ملجم/لتر) إلى مزارع القمم الميرستيمية لتحسين النمو. وكان لإضافة GA3 بتركيز 0.1 ملجم/لتر إلى بيئة إكثار بعض أصناف الورد أهمية في تكشف الأشطاء وزيادة معدلها كذلك لنمو النباتات عقب ذلك. ويجب التنويه إلى أهمية نقل الأشطاء بعد ذلك إلى وسط خالي من الجبريلينات مع إضافة الأوكسينات لدفعها للتجذير (2005 ,.Nikbakht et al).

ومن الاستخدامات الأخرى للجبريلينات في زراعة الأنسجة التغلب على بعض المشاكل الناتجة عن استعمال السيتوكينينات ففي الفراولة يلاحظ أن استعمال السيتوكينينات يسبب نمو سيقان مفلطحة لها أكثر من قمة نامية وتعرف هذه الظاهرة Apical integrity وهي غير مفضلة من الناحية الإنتاجية وبإضافة GA3 إلى بيئة النمو أمكن تصحيح هذا التغيير المورفولوجي. كذلك كانت الجبريلينات بتركيزات 0.5 و 0.35 ملجم/لتر مفيدة في التغلب على تقزم السيقان لمزارع Ficus benjamina و Acacia sinuata بسبب زيادة تركيز السيتوكينينات في البيئة المستعملة للتضاعف (2003 ,2000 ,.Delamomarco & Picazo, 1994; Vengadesan et al). كذلك تضاف الجبريلينات للتغلب على مشكلة السكون التي تتعرض لها النباتات خاصة الأشجار عقب نقلها إلى التربة وقبل نقلها إلى خارج المعمل كبديل للمعاملة بالبرودة فمن المعروف أن البرودة تشجع التصنيع الحيوي للجبريلينات. كذلك فإن المعاملة بالبرودة مهمة لدفع تكوين البرعم الزهري في التيوليب ومن الممكن أن تحل المعاملة بـ GA3 بتركيز 1 ملجم/ لتر في بيئة النمو محل البرودة.

مضادات حامض الجبريلك ومعوقات النمو والتطور

كما سبق القول غالباً تثبط الجبريلينات النمو في مزارع الأنسجة، وربما تشجع بعض المواد التي تعيق التصنيع الحيوي للجبريلينات نمو النباتات التي تمتاز بارتفاع محتواها الداخلي من الجبريلينات وبعض هذه المواد ينعكس أثرها بإضافة GA3 ومن هذه المركبات السيكوسيل ;2chloroethyl)trimethylammonium chloride CCC

(Cycocel; Chlormequat ومركب (Ammonium 5-hydroxycarvacryl

(AMO1618)trimethylchloride piperidine carboxylate وكذلك "Diclhorobenzyltributyl phosphonium cloride "Phosfone -Dومركب D-24

ومن هذه المجموعة أيضاً مركب Daminozid لكنه أقل تأثيرا. يشجعCCC  و Ancymidol تكوين الأجنة الجسدية في الموالح والتي تثبط بـ GA3. وعند إضافة مضاد التخليق الحيوي للجبريللين المعروف بـ Ancymidol إلى بيئة النمو المحتوية على NAA والكينيتين قل معدل تكوين الكالس في قواعد العقل وحد كذلك من ظاهرة السيادة القمية وزاد معدل تكوين الجذور والأشطاء ونمو تلك الأعضاء بصورة عامة من العقد الساقية لنبات Callistephus. كما تشجع مثبطات الجبريللين تكوين الأبصال في مزارع الأنسجة. وفي الطماطم لم تشجع إضافة CCC إلى بيئة النمو تكشف البراعم لكن معاملة النبات الأصل بمحلول CCC قبل اخذ الجزء النباتي كان له تأثيراً واضحاً في تكشف البراعم.

ومن المركبات الأخرى التي ثبت أنها تضاد عمل GA3 وتشجع تكوين الأجنة الجسدية في مزارع الأنسجة، المركبات العضوية المحتوية على حلقة Triazol من Paclobutrazol وهي فعالة جداً في منع تكوين GA3 كما تعيق أيضاً تصنيع Sterol وحامض الابسيسك ABA. وقد شجع مركب Paclobutrazol تكوين الجذور العرضية في عدد من النباتات وبمعاملة النباتات المستولدة معملياً بمعوقات تخليق الجبريلين المشار إليها تمكن (2000) Panaia et al. من رفع نسبة نباتات Symonanthusbancroftii التي أمكن أقلمتها.