שם המאמר: גידול צמחים במבחנה - מועט המחזיק את המרובה שם המחבר: לשם ברוך פרטים ביבליוגרפים: (1981), לדעת, כרך י"א, חוב' 8, ע' 16. סוג המאמר: מאמר מלא הנושא: תרביות רקמה גידול צמחים במבחנה - מועט המחזיק את המרובה רשימת הגידולים החקלאיים שלידתם במבחנות מונה כבר כיום מאות מינים, והיא הולכת ומתארכת. פרחי סחלבים, שנועדו בשעתו לפאר בתיהם של עשירים בלבד, הפכו באמצעות טכניקות גידול בתרביות רקמה לשווים-לכל-נפש. גידולים כתות-שדה, בננות, צמחי נוי רבים, עצי פרי ועצי יער - תחילתם בקטעי רקמה על מצע מזון. זנים חדשים של הדרים נוצרו מתרבית רקמה. השתלנות במבחנות הולכת וגדלה לתעשייה רחבת ממדים, בזכות היתרונות שבשיטות הגידול החדשניות - הן בריבוי מהיר של שתילים, והן בהשגת יבול רב יותר ובריא יותר. בארץ עוסקים בתרביות רקמה של צמחים מתחילת שנות השבעים, במעבדות שבמוסדות המחקר, וכעת גם במספר מעבדות מסחריות. גידול צמחים מקטעי רקמה לא היה מתאפשר, לולא אותה תכונה מופלאה - הרגנראציה, שהיא האפשרות לבנייה מחדש של החלק הקיים. אם נשתול קטע מענף של צמח ונספק תנאי גידול מתאימים, הוא עשוי להצמיח מבסיסו מערכת שורשים ולהמשיך את גידולו כצמח שלם לכל דבר. מצמחים אחרים, כמו הפפרומיה, ניתן לשתול אף קטעי עלים, ומהם יתפתחו עם הזמן שורשים וענפים, ויהפכו לצמחים שלמים. יש צמחים, שדרך התרבותם הטבעית היא אל-מינית ונעשית בעיקרה בעזרת רגנראציה. צמחי תות שדה או סיגלית, למשל, מצמיחים שלוחות, שהם ענפים שרועים בעלי עלים זעירים הגדלים על פני הקרקע. מתוך המיפרקים של השלוחות גדלים שורשים וענפים ונוצרים צמחונים, הגדלים באורח עצמאי גם כאשר השלוחה מתנוונת. גם פקעת תפוחי האדמה - שאינה אלא גבעול מעובה, האוגר עמילן כחומר תשמורת - מפתחת מתוכה שורשים והופכת לצמח עצמאי. החקלאים הכירו בתכונת הרגנראציה הרבה לפני השימוש בתרבית רקמה, וניצלו אותה לריבוי צמחים. הם הבינו, כי לצורת ריבוי זו, שבה ניתן לקבל מקטעי צמחים - צמחים שלמים, עשוי להיות יתרון על הריבוי מזרעים: בעוד שבדרך הריבוי המיני משתתפים ביצירת הזרע שני הורים, והצמח המתקבל מהזרע שונה במכלול תכונותיו משני ההורים, הרי בדרך הריבוי האל-מיני מתקבלים צמחים זהים לגמרי לצמח האם. הצמח החדש אינו אלא "שלוחה" של צמח המוצא. חקלאי, שפיתח ובירר זן המתאים לצרכיו, לא יוכל לשמור על כל התכונות שקיבץ בצאצאי בן טיפוחיו אם ישתמש לשם כך בריבוי מיני; הריבוי בדרך האל-מינית מאפשר לו לעקוף מכשלה זו, ולשמור ואף לרבות ללא מגבלה את תוצר מאמצי ההשבחה שלו. כך, למשל, מרבים גפנים זה מאות בשנים בריבוי אל-מיני. יש הטוענים, כי זנים מסוימים של גפנים באירופה מורבים כך כבר 2000 שנים. זני הדרים כמו השאמוטי והוואלנסיה מרבים באופן אל-מיני כבר כ- 70 שנה. צמחי בצל ופקעות כמו הצבעוני והסייפן, זני הציפורן והפלארגוניום ועוד מינים רבים - ריבוים נעשה על ידי החקלאים בדרך אל-מינית. מבין החוקרים שעסקו ביכולת הרגנראציה של הצמחים, היו כאלה שהרחיקו לכת במחשבתם ושיערו, כי ניתן להקטין את קטע הצמח הנלקח לריבוי עד לממדים זעירים ביותר. הבוטנאי ג' האברלאנדט היה הראשון שטען, כבר בשנת 1902, כי אם נספק את התנאים המתאימים, ניתן לגדל מקטע זעיר עד כדי 0.5 מ"מ - ואולי אפילו מתא בודד - צמח שלם ונורמאלי, הזהה לצמח האם: צמח שיגדל שורשים וענפים נושאי עלים יפרח ויעשה פירות וזרעים. האברלאנדט הבין, כי אם אכן יכול תא בודד להתפתח לצמח שלם, חייב להימצא באותו תא כל המידע התורשתי הדרוש להתפתחות צמח, על שורשיו, עליו ופרחיו. אם מוצאו של תא כזה הוא ברקמה עוברית, כגון זו שבקדקודי הצמיחה של הצמח, אולי אין פלא בכך - שהרי התא עדיין לא התמיין. אולם אם תא, שמוצאו ברקמה שעברה כבר התמיינות, יכול להתפתח לצמח שלם - יש להסיק מכך, שההתמיינות שעבר התא לא הייתה קשורה בשינוי במידע הגנטי האצור בו. תא זה, על אף התמיינותו, שמר על כושרו ליצור תאים מכל סוג שבצמח. תא כזה הוא "כל-יכול", או טוטיפוטנטי. הראשונים שטענו, כי התא הוא יחידה המוכשרת לכל מבחינה פיסיולוגית, שיכולה להתפתח לאורגאניזם שלם, היו שוואן (T.Schwann) ושליידן (M.G. Schleiden) אשר ב- 1802 ניסחו את התיאוריה שהתא הוא היחידה הבסיסית של כל היצורים החיים. האברלנאדט לא הצליח לגדל תאים על קרקע מזון, כיוון שלא היו קיימים אז הטכניקה והידע הדרושים. ב - 1922 הצליחו רובינס וקוטה, לגדל קטעי שורשים בתמיסת מזון שהכילה מינראלים וסוכר, אולם הגידול נמשך רק מספר ימים. ההצלחה הממשית הראשונה נפלה בחלקו של ווייט בשנת 1934. הוא גידל קצוות שורשים של עגבנייה למשך תקופות ארוכות, בתמיסת מזון שהכילה מלחים, סוכרוז ומיץ שמרים. סמוך לכך נתגלה, כי הגורם הפעיל במיץ השמרים הם שלושה ויטמינים מקבוצת ויטמין B. מאז ניתן היה לגדל באותה תמיסה לזמן בלתי מוגבל, קטעי שורשים של מינים רבים. מאוחר יותר התבררה התועלת שבהוספת הורמונים צמחיים למצע המזון. כאשר גידלו קטעי רקמה עוברית של רקמת הובלה (קאמביום) שבודדו משורש גזר, על מצע שהכיל את ההורמון אוקסין - נתקבלו גושים של תאים לא ממוינים, וניתן להם השם קאלוס. אפשר היה לגדל אותם לתקופה ארוכה, על ידי כך שהעבירו מיקטעים קטנים של קאלוס למצע מזון טרי כל 6-4 שבועות. שיפור רב חל כאשר הוסיפו למצע חלב קוקוס, וניתן היה לגדל קאלוס של מיני צמחים רבים יותר במשך תקופה ארוכה יותר. שנים ניסה החוקר סקוג, ללא הצלחה לברר מהו הגורם הפעיל שבחלב הקוקוס, עד שבא המקרה לעזרתו: כאשר הוסיף למצע המזון, במקרה, תכשיר של דנ"א שהוכן זמן רב לפני כן והתיישן, נתקבלה גדילת קאלוס אקטיבית, דומה לזו שנתקבלה על מצע המזון שהכיל חלב קוקוס. התברר, שהחומר הפעיל בחלב הקוקוס הוא תוצר פירוק של דנ"א, וב- 1955 הצליחו לאפיין אותו. זהו אמינו-פורין שנקרא - קינטין, והוא גורם המעודד חלוקת תאים. הייתה זו פריצת דרך: שנתיים לאחר מכן הוכיחו סקוג ומילר שניתן לכוון התפתחות גבעולים או שורשים מרקמת קאלוס לא ממויינת, על פי יחסי הריכוז של ההורמונים הצמחיים אוקסין וקינטין שבמצע. ריכוז גבוה של קינטין ביחס לאוקסין מביא ליצירת גבעולים, בעוד שריכוז גבוה של אוקסין גורם ליצירת שורשים. מדוע כה חשוב הרכב מצע המזון לגידול צמחים בתרבית? קטע הרקמה הנלקח לגידול הינו זעיר מכדי לקיים את התכונה העיקרית של הצמחים ברמה מתאימה - היכולת לסנתז תרכובות אורגאניות מורכבות, כמו סוכרים וחלבונים, ממים ומפחמן דו-חמצני, בעזרת האור. לרקמה דרושים, אפוא, מקורות חיצוניים לגידולה: מלחים, סוכרים, חלבונים, ויטמינים והורמונים, שאותם היא אינה יכולה לסנתז בשלבי הגידול הראשונים. למצע הגידול מוסיפים, בדרך כלל, גם אגאר, הגורם למיצוקו ומקל על הגידול. כן יש לשמור במצע על חמיצות קבועה. אליה וקוץ בה. עוד בתחילת העבודה בתרביות רקמה למדו החוקרים, שהמצע מהווה קרקע מזון אידיאלי לפטריות וחיידקים, אשר קצב גידולם מהיר הרבה מונים מזה של רקמת הצמח. די בנבג אחד של פטרייה, כדי שהתפטיר שלה יתפשט במהירות על פני כל שטח המצע, ינצל את חומרי המזון שבו, יכסה את רקמת הצמח הגדל, יפריש חומרים רעלים לתוך המצע - ויגרום למות הצמח. כדי להתגבר על זיהומי פטריות וחיידקים חייבים, אפוא, בשמירה קפדנית על עבודה בתנאי עיקור בכל שלבי הכנת המצע וגידול הרקמה. אפילו את רקמת החומר הצמחי שנועד לשתילה יש לחטא בחומרים, המשמידים את כל הנבגים המצויים עליו. כיצד להצליח בגידול צמח בתרבית כדי להצליח בגידול צמח הזהה לצמח האם, אשר ימשיך להתפתח בתנאי גידול רגילים, יש לעמוד במספר משימות. המשימה הראשונה היא הכנת הרקמה ושתילתה במבחנה. לשם כך יש לבחור בקפדנות את סוג הרקמה ואת המצע המתאים ביותר למין הצמח ולסוג הרקמה שרוצים לגדל. אף כי, לכאורה, כל חלקי הצמח יכולים להיות בסיס לגידול, נתגלו חלקים מסוימים כמתאימים יותר מאחרים; ככלל, רקמה צעירה מתאימה יותר מרקמה מבוגרת. כאמור, כדי להתגבר על בעיות הזיהומים יש לחטא את הרקמה ולשתול אותה בקרקע המזון בתנאי עיקור. אם מעונינים, למשל, לגדל קדקוד צמיחה של גבעול, מחטאים קודם את קטעי הענפים חיטוי חיצוני, מסירים בזהירות את העלים המכסים את קצה הגבעול ומגלים את קדקוד הצמיחה. בעזרת סכינים עדינות, מפרידים אותו מהגבעול ומעבירים בזהירות למצע בתוך מבחנת הגידול. המבחנות עם התרבית שוהות במשך שבועות מספר בחדר גידול בטמפרטורה של 24°C , בתנאי לחות מבוקרת, ובדרך כלל באור חלש במשך כ- 16 שעות ביממה. למינים מסוימים, כמו למשל לבצלצולים של שושן, אין כלל צורך באור. המשימה השנייה היא גידול התרבית וריבויה. יש שקדקוד הצמיחה שבמבחנה מתפתח לשתילון אחד, המועתק בבוא העת לעציץ בבית צמיחה. אולם אם מעונינים בריבוי התרבית, מפרידים את הענפים הצדדיים שהתפתחו על השתילון במבחנה, ומעתיקים אותם למצע טרי במבחנות אחרות. אלה גדלים ומפתחים גם הם ענפים צדדיים, המופרדים בבוא הזמן ומועתקים לכלי גידול חדשים - וכך חוזר חלילה, עד שמושג מספר רב של שתילונים מאותו קדקוד צמיחה ראשון. לכאורה, ניתן לעשות העברות כאלה מספר פעמים אין סופי, ולקבל שתילונים ללא הגבלה; אולם מוטאציות בגנים של תאי הרקמה, וכן שיבושים שקורים בעקבות שבירות כרומוסומים בעת חלוקות התאים, עלולים להביא להתפתחות שתילונים לא תקינים, שיהיו חסרי תועלת למגדל. לכן, מוגבל בדרך כלל מספר ההעברות האפשריות מכל שתילון. המשימה השלישית היא העתקת השתילון מתנאי המבחנה. במבחנה שוררים כל עת הגידול תנאי לחות גבוהה, אור חלש וטמפרטורה קבועה. השתילון הגדל "מפונק" - עליו עדינים ושכבת השעווה המכסה את חלקי הצמח העל-אדמתיים למנוע התאדות מים מהירה מהצמח - דקה ועדינה מאוד. אם נוציאו מהמבחנה לסביבה החיצונית - הוא יכמוש תוך זמן קצר. העתקת השתילון מתוך המבחנה היא, אפוא, משבר קשה עבורו, ויש לנהוג בזהירות מרבית. אם התפתח רק גבעול, ללא מערכת שורשים תקינה, דואגים להעביר אותו למצע חדש, המעודד יצירת שורשים. המצע החדש דל בסוכר, במינראלים ובוויטמינים, ותנאי התאורה חזקים יותר. שתילונים שיש להם מערכת שורשים מפותחת מעתיקים לעציצון, המכיל תערובת של כבול וחול גס, או כבול וטוף (אבן בזלת גרוסה). מכסים את הצמחון בשקית פלאסטית שקופה, ומשאירים אותו בתנאי גידול, הדומים לאלה שבמבחנות, בכך שומרים על עקרון ההדרגתיות: הצמחון צריך להתרגל בשלב זה למצע החדש בעוד שיתר התנאים לא השתנו. המשימה הרביעית היא המשך הגידול בבית הצמיחה. רק לאחר שהצמחון שהה בתנאי המעבר והתגבר על משבר ההעתקה, הוא מועבר לבית הצמיחה לגידול בתנאים רגילים. כאן נוקטים בזמן הראשון באמצעים הרגילים והנהוגים לגבי שתילים צעירים: מגינים עליהם מפני יתר אור, משקים בימים הראשונים בערפול פעמים תכופות, ואם צריך - מחממים את בית השורשים. המוצר המוגמר הוא צמח זהה לצמח האם בכל תכונותיו. הודות לידע הרב שהצטבר אודות מצע המזון, ניתן כיום לגדל צמח שלם מקדקוד צמיחה זעיר עד כדי 0.2 מ"מ. ויש לכך יתרון רב, כיוון שככל שמעטים התאים בקטע הרקמה, טובים הסיכויים לקבל צמחונים משוחררים מנגיפים גורמי מחלות. גידול צמחי הציפורן בארץ מבוסס על מאגר של צמחים בריאים כאלה, שנתקבלו מגידול קדקודי צמיחה זעירים בתרבית רקמה. צמחים אלה נשמרים בקפדנות בבתי צמיחה מיוחדים, והייחורים מהם הינם המקור למרבית שתילי הציפורן שמגדלים החקלאים בארץ. גם מקטעי רקמה אחרים ניתן לקבל צמחים שלמים. למשל, על קטעי עלים של פפרומיה גדלים שתילונים, ועל קטעי גלדים של בצל השושן גדלים בצלצולים. לעומתם, קטעי שורשים של עגבנייה יכולים, אמנם, לגדול במצע נוזלי זמן רב ולפתח כמות שורשים רבה - אך גבעולים לא יתפתחו. כך גם ניתן לשתול פרחים בשלב עוברי במבחנות על מצע מתאים, והם יפרחו ואף יעשו פירות וזרעים לאחר האבקתם. התאים שבתרבית רקמת תאים בלתי ממוינים והתרבות תאים ללא יצירת אברים, כגון זו שמוצאים בקאלוס, מעלה מיד את השאלה - האם תאים אלה הם סרטניים? התשובה היא שלילית, מפני שניתן לגרום להתמיינות של איברים בקאלוס ואילו רקמה סרטנית היא רקמה שאינה מתמיינת. אולם, יש באמת כמה סוגים של תאים סרטניים בצמחים. אחד מהם נגרם על ידי החיידק אגרובאקטריום טומפאצינס. הרקמה הסרטנית נבדלת מקאלוס רגיל, בכך שהתאים גדלים אף על מצע נטול הורמונים. משתמע מכך, שתאים סרטניים מייצרים את ההורמונים הדרושים להם בעצמם. הרקמה הסרטנית הזו מתאימה מאוד למחקר הכרת האופי הפיסיולוגי, הביוכימי והמורפולוגי של תאי הסרטן. בקאלוס שמוצאו בקטעי קאמביום של גזר מתפתחות רקמות הובלה. הקאלוס נראה כגוש תאים ללא צורה מסוימת וצבעו ירוק - כתוצאה מהתפתחות כלורופיל בתאיו, אם מתפתח רק מעט כלורופיל, צבעיו ירוק בהיר או צהבהב. במיקרוסקופ מגלים, כי רוב התאים מאורכים או מעוגלים ובעלי חלליות תאים גדולות. כן מוצאים בו צברים של תאים קטנים בעלי גרעין גדול, דמויי תאי מריסטמה - כלומר: תאים לא ממוינים שמתחלקים ומעמידים תאי-בת העשויים להתמיין. תאים אלה נקראים מריסטמואידים. מאזן הורמונים מתאים יגרום לכך שהמריסטמואידים יתפתחו לגבעולים, שאותם ניתן להשריש מאוחר יותר וכך לגדל צמחונים. בתנאים אחרים יכולים המריסטמואידים להתפתח לעוברים בעלי עלעל ושורשון, בדומה לעובר של הזרע. ב- 1956 הצליח סטיוארד לראשונה לקבל עוברים כאלה מקאלוס, ולהראות כי הללו מסוגלים להתפתח לצמחים נורמאליים. אולם יש בכך סיכון כיוון שבקאלוס שגודל בתרבית זמן רב חלים שינויים - בעיקר בגרעיני התאים: מספר הכרומוסומים מוכפל ואף מושלש, מדי פעם נשברים כרומוסומים ומתאחים בסדר שונה. שינויים אלה במספר הכרומוסומים ובארגונם גורמים לכך שהמריסטמואידים אינם מתחלקים באופן תקין, הצמחונים אינם גדלים כלל, או שהצמחונים שמתקבלים אינם תקינים. לאחרונה קיבל מחקר תרביות הרקמה תפנית, עם פיתוחן של טכניקות גידול חדשות. מפיסות של קאלוס, הגדלות במצע נוזלי בטלטול איטי מתמיד, ניתן לקבל תרחיף של תאים בודדים וצברים קטנים של תאים, המתפתחים להרבה עוברים. ניתן לפזר את התרחיף על מצע מזון מוצק, ולקבל מכל תא, או צבר, גוש קאלוס, שבתוכו מתפתחים מאוחר יותר מריסטמואידים. כך אפשר לרבות צמחים באופן המוני. בעזרת השיטות החדישות ביותר ניתן כיום להמיס את דופן התאים הנמצאים בתרחיף באמצעות אנזימים ממיסי-תאית, ולקבל פרוטופלאסטים חשופים, כלומר: תאים חסרי דופן. לאחר מכן אפשר לגרום לאיחוד בין שני פרוטופלאסטים חשופים, כאשר גם גרעיני התאים המאוחים מתמזגים, אפשר לקבל תא המסוגל להתרבות, המכיל את המידע הגנטי של שני התאים שאוחדו. התא המאוחה מפתח דופן תא חדש ומתחלק. התאים שנוצרים בהמשך יכולים ליצור קאלוס מכיל מריסטמואידים או, אם הם נמצאים במצע נוזלי, תרחיף המכיל עוברונים. כך ניפתח השער, למה שנהוג לכנות "הנדסה גנטית", כלומר: קבלת זני צמחים חדשים על-ידי הכלאות בין מינים, שאינן מתרחשות בטבע. אפשר, למשל, לשלב במערך הכרומוסומים של תא מסוים גנים "מועילים" מתאים של מין אחר, כגון הגנים המאפשרים לחיידקים קושרי חנקן בתאי שורש של צמחי קטניות לחדור לצמחי דגניים - ובכך לקבל זני דגן חדשים, שדרישותיהם לדשן חנקני מצומצמות יותר. השיטות החדישות האלה אינן מיושמות עדיין באופן מעשי בחקלאות. קיימות עוד שאלות רבות שיש למצוא להן תשובות במעבדה, אולם התקוות למימוש ההנדסה הגנטית מתחילות לקרום עור וגידים בארץ.