Ar terminu “augu audu kultūra” apzīmē izolēto šūnu, šūnu atseišķo struktūru, augu daļu un organu (arī audu) kultūru in vitro, t.i. specifiskos sterilos apstākļos.

Augu audu kultūras (AAK) izmanto gan zinātnē, gan komerciāliem mērķiem. Tās palīdz pētīt augos notiekošus fizioloģiskus procesus kā arī bezdzimumiski vairot (klonēt) augus eksperimentiem un stādu ražošanai. Tieši augu in vitro pavairošana ir pasaulē populārs AAK pielietojums. Pētniecisks darbs, vērsts uz pavairošanas vispārējo metožu pilnveidošanu un protokolu izstrādāšanu priekš konkrēto augu sugu pavairošanas, veido nozīmīgu daļu no pētījumiem augu fizioloģijas jomā.

VĒSTURE   atpakaļ

AAK mēģināja audzēt jau XX gadsimta pirmajā pusē, bet toreiz vēl nebija skaidras izpratnes par nepieciešamās barotnes sastāvu. Ja baktēriju kultūras var audzēt uz gaļas buljona, izolētam augu šūnām vai audiem tāda barotne neder. Augiem nepieciešamās minerālvielas un to attiecības barības šķīdumā noteica Knops (arī mūsdienās vēl izmanto t.s. “Knopa šķīdumu”). Augu šūnas izdevās ievadīt kultūrā, bet nevarēja panākt to augšanu un vairošanos. Viens no iespējamiem risinājumiem bija kokosriekstu piena izmantošana, bet nebija zināms, kādas vielas tā saturā ir kritiski nepieciešamas audu kultūrām, līdz 1954.-1955. gados Skūgs un viņa komanda atklāja augu hormonu kinetīnu un citus citokinīnu grupas hormonus (par augu hormoniem sk. tālāk). Patiešam ievērojams progress AAK kļuva iespējams pateicoties Murašige un Skūga darbam, kura rezultātā bija izveidots universālās AAK barotnes sastāvs (klasiskais darbs - Murashige T., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum 15: 473-497). Murašige un Skūga barotne (“MS medium” vai “Murashige&Skoog medium”) vēl aizvien ir viena no populārākām jo tā ir diezgan universāla. Tomēr daudzu augu ģinšu vai sugu in vitro kultūrām ir atsevišķi iztrādāti barotnes sastāvi (B5 medium, Woodu Plant Medium un daudzas citas, ieskaitot dažādas modifikācijas).

MURASHIGE & SKOOG BAROTNE

MS barotnes sastāvs: virs svītras – minerālie sāļi (MS salts - parasti tā ir nemainīga daļa), zem svītras – organiskie komponenti (supplements), to skaitā fitohormoni un vitamīni, kuru koncentrācija nav noteikta un ir atkarīga no AAK audzēšanas mērķa

AAK PAMATI  atpakaļ

Pirmos pētījumos par AAK visbiežāk izmantoja tā saucāmos kallusus (kallusaudi [callus] jeb rētaudi – amorfa nediferencēto šūnu masa, kura veidojas ievainojuma vietā, gan dabā, gan in vitro). Tie ir salīdzinoši viegli uzturāmi kultūra un ar tiem ir iespējams veikt dažādus eksperimentus citoloģijā un, kā izrādījās, arī augu fizioloģija. XX gadsimta 50.-jos gados Skūga grupa parādīja fitohormonu auksīna un citokinīnu antagonistisko iedarbību uz kallusa kultūru:

60.-jos gados tika parādīts (Prof. Steward, Cornwell University), ka ievietojot kultūrā, uz atbiltošas barotnes, arī diferencētus augu audus (piemēram, burkāna floēmu) var izaudzēt jaunu augu (pēc Green, Stout & Taylor, “Biology”, 3. sējums, 1990. g. izdevums).

Svarīga augu šūnu īpašība ir to spēja dediferencēties. Dabā tas notiek sekundārās augšanas laikā, kad no parenhīmas šūnām veidojās laterālās meristēmas, pateicoties kurām koki aug resnumā. Šūnu dediferencēšanās in vitro bieži notiek patvaļīgi un dažos gadījumos nav vēlama, bet to var izsaukt mākslīgi, priekš augu pavairošanas. Nediferencēto audu – kallusa – veidošanās arī ir šīs īpasības izpausme, ko var izmantot augu reģenerācijai “caur kallusu”, t. i. novietojot kallusa šūnas tādos apstākļos, kādos tās sāk diferencēties un veidot augu. Tam pašam nolūkam izmanto arī meristēmas - nediferencētas šūnas, augu "cilmšūnas" -, ko ņem tieši no auga.

AAK tiek plaši izmantota vēl viena augu šūnu spēja – veidot no somatiskās šūnas embriju jeb somatiskā embrioģenēze (somatic embryogenesis).

AAK PAMATVEIDI  atpakaļ

(pēc G. Jakobsones lekciju materiāliem)

IN VITRO PAVAIROŠANA  atpakaļ

In vitro pavairošanai ir daudz priekšrocību neskatoties uz to, ka speciālas laboratorijas uzturēšana prasa diezgan lielus ieguldījumus. AAK

• Aizņem mazāk vietas (nekā siltumnīcas vai audzētavas lauki)
  
• Ir iespējams uzkrāt pavairotus augus speciālos augšanas apstākļos (t.i. pavairot gada laikā lai pavasarī izstādītu lielāku daudzumu)
• Ir iespējams pavairot savādā grūti vairojamus augus
• Liels pavairošanas koeficients (attiecība sākotnēji ņemti eksplanti : iegūtie augi)
• Var panākt agrāku pāreju uz reproduktīvo fāzi augiem, kuriem juvenīla fāze ir gara (piemēram, koks aug vairākus gadus pirms sāk ražot)

Ievadīšana -> ataudzēšana -> pavairošana* x n  –> ataudzēšana  –> apsakņošana  –> izstādīšana

* pavairošanas fāzes vai pārlikšanas reizes (subculture) var būt 1 vai vairākas, starp tām var būt arī ataudzēšanas periodi.

ATVESEĻOŠANA  atpakaļ

(pēc G. Jakobsones lekciju materiāliem)

Augu hormoni (FITOHORMONI)  atpakaļ

Augu hormoniem jeb fitohormoniem (plant hormones) ir liela nozīme AAK metodēs. Izmantojot fitohormonu fizioloģiskā īpašības var ietekmēt in vitro audzējamus augus. Kallusa gadījumā tas notiek pēc likumsakarības, ko parādīja Skūgs (sk. AAK pamati) . Dzinumu un spraudeņu kultūras tiek pamatā izmantoti citokinīni (kinetīns, zeatīns) un auksīns (IES) un to sintētiskie analogi (skatīt sīkāku informāciju par augu hormoniem).

TAKSONU BANKAS   atpakaļ

In vitro taksonu bankas ir efektīvs veids kā saglabāt kultūraugu šķirnes (līdzīgi kā sēklu bankās, bet AAK [germplasm] bankā ir vieglak nepārtraukti konrolēt kolekcijas stāvokli).

Taksonu bankas var veidot arī apdraudētām savvaļas augu sugām.

Augu sugu daudzveidības saglabāšana ir svarīga ne tikai no ekoloģijas, bet arī no ekonomikas un kultūras viedokļa. Lauksaimniecībai un selekcijas darbam ir svarīgi saglabāt šķirņu daudzveidību kā arī kultūraugu savvaļas piekšteču daudzveidību. Medicīnā un citās nozarēs izmantojamus augus, kuri netiek kultivēti, vai ir kultivēti nepietiekamos apjomos, un pārmērīgas ievākšanas dēļ pieskaitāmi pie apdraudētām sugām, var izdalīt kā īpašu riska grupu. Apdraudēto sugu ex situ kolekciju izveidošana ir viena no šo sugu saglabāšanas iespējām, kā arī viens no Globālās Stratēģijas augu saglabāšanai (Global Strategy for Plant Conservation, [GSPC]) mērķiem. Ar audu kultūru metodēm pavairotus augus vajadzības gadījumā var reintroducēt attiecīgajos biotopos.

AAK LABORATORIJA  atpakaļ
(attēlos redzami fragmenti no AAK laboratorijas Nacionālā Botāniskajā dārzā, Salaspilī)

 AAK laboratorijai ir virkne augu in vitro audzēšanai nepieciešamo vielu un aparatūras. Vielas ir, pirmkārt,  tās, no kurām gatavo barotnes, un, otrkārt, sterilizējošie agenti priekš eksplantu ievadīšanas kultūrā (tie var būt hlora savienojumi, smago metālu savienojumi, fenoli, spirts, ūdeņraža peroksīds utt. Ļoti populārs Cl saturošais līdzeklis ir ACE. Izmanto arī citus bālinātājus, kurus rakstos bieži apzīmē kā "commercial bleach").
Laboratorijā ir jābūt :

• telpai, kur gatavot barotnes un materiālus (instrumentus, papīrus u.c.);
• telpai, kur strādāt ar sterilām kultūrām. To dara speciālos boksos ar lamināro gaisa plūsmu ("lamināros"). Šo telpu katru dienu sterilizē ar UV radiāciju ;
• telpai, kur audzēt augus: ar kontrolējamu temperatūru un fotoperiodu;
• telpai, kur autoklavēt barotnes un materiālus;
• var būt (vēlams) atsevišķa telpa trauku mazgāšanai un uzglabāšanai;
• telpai vai siltumnīcai augu izstādīšanai ex vitro;

• svari (analītiskie un parasti)
• pH-metrs
• mikroviļņu krāsns vai plīts (agara vārīšanai)
  
• autoklāvs
• lampas (UV lampas; dienas gaismas lampas, kuras var būt ar specifisku viļņu garumu, kurš ir labvēlīgs augiem)
• instrumentu sterilizators, ko ievieto boksā (var izmantot spirtu un apdedzināt instrumentus spirta lampas liesmā, bet var izmantot "smalku" aparatūru, piemēram, bumbiņu sterilizatoru)
• kultivēšanas trauki (ļoti dažādi - mēģenes, kolbas, ievārījuma burkas utt.)
• instrumenti (pincetes, skalpeļi)