อาหารสังเคราะห์สำหรับการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช

      ปัจจัยที่มีผลต่อความสำเร็จในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชที่สำคัญยิ่งประการหนึ่ง ได้แก่ อาหารสังเคราะห์ที่เตรียมขึ้นเพื่อเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชซึ่งต้องมีความเหมาะสมสามารถส่งเสริมการเจริญของเซลล์และเนื้อเยื่อพืชได้  จากการศึกษาทดลองของนักพฤกษศาสตร์อย่างต่อเนื่องตลอดระยะเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมาทำให้ค้นพบสูตรอาหารที่เหมาะสมสำหรับการเลี้ยงส่วนต่าง ๆ ของพืชหลากหลายชนิดตามวัตถุประสงค์ของการทดลอง อย่างไรก็ดีองค์ประกอบหลักของอาหารสังเคราะห์สูตรต่าง ๆ โดยทั่วไปมีดังต่อไปนี้

๑. เกลืออนินทรีย์

      ให้แร่ธาตุที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชทั่ว ๆ ไป ได้แก่ ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) โพแทสเซียม (K) แคลเซียม (Ca) ซัลเฟอร์ (S) แมกนีเซียม (Mg) เหล็ก (Fe) แมงกานีส (Mn) สังกะสี (Zn) โบรอน (B) ทองแดง (Cu) โคบอลต์ (Co) และโมลิบดีนัม (Mo) บางสูตรเติมไอโอดีน (I) ด้วย ซึ่งพบว่าให้ผลดีสำหรับการเจริญของรากและแคลลัส  ชนิดและปริมาณของเกลือที่มีแร่ธาตุเหล่านี้มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อและเซลล์พืชมาก เช่น ธาตุไนโตรเจน (N) โดยทั่วไปมักให้อย่างน้อย ๒๕ - ๖๐ มิลลิโมลาร์ ในรูปเกลือไนเทรต  แต่ก็พบว่าการใช้เกลือแอมโมเนียม ๒ - ๒๐ มิลลิโมลาร์ด้วยก็จะให้ผลดียิ่งขึ้นสำหรับการเลี้ยงแคลลัสของยาสูบและการเพาะเมล็ดกล้วยไม้บางชนิด  นอกจากนั้นเกลือแอมโมเนียมยังมีส่วนช่วยรักษาสมดุลของค่า pH หรือระดับความเป็นกรดด่าง ของอาหารเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชด้วยเช่นเดียวกับการใช้สารอินทรีย์  แต่บางครั้งพบว่าเกลือแอมโมเนียมอาจมีผลยับยั้งการเจริญของเนื้อเยื่อพืชบางชนิดได้  ส่วนธาตุเหล็กมักเตรียมให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ดีโดยรวมกับไดโซเดียมอีดีทีเอเก็บในที่ที่ไม่ถูกแสง  ทั้งนี้เพื่อให้เหล็กอยู่ในรูปที่พืชใช้ได้นานและทำให้พืชไม่มีภาวะขาดธาตุเหล็ก

๒. คาร์โบไฮเดรต

      ได้แก่ น้ำตาลซึ่งจะให้พลังงานแก่เนื้อเยื่อพืชเพื่อใช้ในการเจริญเติบโตในหลอดทดลองนิยมใช้ ซูโครส (sucrose) เป็นส่วนใหญ่ประมาณร้อยละ ๒ - ๕ โดยน้ำหนัก

๓. วิตามิน

      ช่วยให้การทำงานของเอนไซม์ต่าง ๆ เป็นไปได้อย่างดี  ปกติพืชสามารถสังเคราะห์วิตามินได้เองแต่ในหลอดทดลองอาจสร้างได้ไม่เพียงพอจึงมักต้องเติมให้เสมอ ๆ  คือ ไทอามีน (Thiamine)   ๐.๑ - ๑.๐ มิลลิกรัมต่อลิตร  นอกจากนี้การให้วิตามินเสริมจำพวกนิโคทินิกแอซิด (Nicotinic acid), ไพริดอกซินไฮโดรคลอไรด์ (Pyridoxine hydrochloride) ไมโออินอซิทอส (myoinositol) โฟลิกแอซิด (folic acid) และแคลเซียมดีเพนโททิเนต (Ca D-pentothenate) เสริมด้วย ยังช่วยกระตุ้นการเจริญของเนื้อเยื่อพืชบางชนิดอีกด้วย

๔. กรดแอมิโน

      กรดแอมิโนเป็นแหล่งให้ไนโตรเจนที่พืชจะได้รับเร็วกว่าจากเกลืออนินทรีย์  แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้ทั้งหมดแม้ว่ากรดแอมิโนจะไม่ใช่สารประกอบที่จำเป็นต้องเติมในอาหารเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชแต่มีการทดลองที่แสดงว่า การเติมเคซีน-ไฮโดรไลเซต (casein hydrolysate) ร้อยละ ๐.๐๒ - ๑ ซึ่งประกอบด้วยกรดแอมิโนหลายชนิดช่วยให้มีการพัฒนาของเนื้อเยื่อเป็นอวัยวะได้ดีขึ้นและมีรายงานการใช้กรดแอมิโน เช่น แอล-ไทโรซีน (L - tyrosine) แอล-อาร์จินีน (L - argenine) แอล-เซอรีน (L - serine) และเอไมด์บางชนิด เช่น แอล-กลูทามีน (L - glutamine) แอล-แอสพาราจีน (L - asparagine) ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชพบว่ามีผลช่วยชักนำให้เกิดยอด ราก และเอ็มบริโอ จากเซลล์ที่ไม่เกี่ยวกับเพศด้วย

๕. กรดอินทรีย์

      การเติมกรดอินทรีย์บางตัวโดยเฉพาะที่เซลล์พืชใช้ในวัฏจักร ไทรคาบอกซิเลต Tricarboxylic acid (TCA) ของปฏิกิริยาหายใจ เช่น ซิเทรต (citrate) มาเลต (malate) ซักซิเนต (succinate) หรือฟูมาเรต (fumarate) ช่วยให้เซลล์และโพรโทพลาสต์ของพืชเจริญได้และยังบรรเทาผลเสียจากการใช้แอมโมเนียม  เป็นแหล่งไนโตรเจนเพียงอย่างเดียว pyruvate มีผลช่วยส่งเสริมการเจริญของเซลล์ที่เลี้ยงในปริมาณน้อย ๆ ได้  ส่วน ascorbic acid ช่วยลดการเกิดสีน้ำตาลของสารประกอบ phenolic ที่เนื้อเยื่อพืชบางชนิดสร้างขึ้นและมีผลยับยั้งการเจริญได้  นอกจากนี้กรดอินทรีย์บางชนิด เช่น เมส (MES หรือ 2 (N-morpholino) ethane sulphonic acid) ยังช่วยรักษาสมดุลของความเป็นกรดด่างของอาหารสังเคราะห์อีกด้วย

๖. สารประกอบจากธรรมชาติที่นิยมใช้

      เช่น น้ำมะพร้าว กล้วยบด มันฝรั่ง สารสกัดจากมอลต์ สารสกัดจากยีสต์อิมัลชันปลา ถ่านกัมมันต์ (activated charcoal) สารประกอบจากธรรมชาติเหล่านี้ในบางครั้งไม่สามารถทดแทนกันได้ ด้วยสารอื่นใดในอาหารเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช  แต่พบว่าให้ผลดีต่อการเจริญของเนื้อเยื่อพืชในหลอดทดลอง บางชนิดยังช่วยทำหน้าที่รักษาสมดุลของความเป็นกรดด่าง และบางชนิดช่วยดูดซับสารที่เป็นพิษเนื่องจากมีมากเกินไปด้วย

๗. สารควบคุมการเจริญของพืช

      ซึ่งหมายรวมถึงฮอร์โมนพืชด้วย ที่นิยมใช้  ได้แก่ ออกซินและไซโทไคนิน เนื่องจากจะช่วยกระตุ้นการแบ่งเซลล์ การเจริญเติบโต และการเกิดเป็นโครงสร้างต่าง ๆ ของเนื้อเยื่อพืชในหลอดทดลอง  โดยที่ออกซินและไซโทไคนินที่ใส่ในอาหารสังเคราะห์จะช่วยเสริมฮอร์โมนที่เซลล์พืชสร้างขึ้นเอง  จากการทดลองเลี้ยงเนื้อเยื่อยาสูบและพืชอีกหลายชนิดพบว่าออกซินชักนำให้เกิดแคลลัส และในพืชใบเลี้ยงคู่หลายชนิดพบว่าหากใช้ออกซินร่วมกับไซโทไคนินจะช่วยให้แคลลัสเพิ่มปริมาณได้ดีขึ้น  นอกจากนี้จากการทดลองศึกษาการสร้างยอดและรากในยาสูบ พบว่าหากได้รับสัดส่วนของปริมาณออกซิน : ไซโทไคนินต่ำ เนื้อเยื่อที่เลี้ยงในหลอดทดลองจะมีการพัฒนาเป็นยอดและจะพัฒนาเป็นรากเมื่อได้รับสัดส่วนของปริมาณ ออกซิน : ไซโทไคนินสูง ส่วนการเกิดโซมาติกเอ็มบริโอ เช่น ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อรากแครอตนั้นมักต้องถูกกระตุ้นด้วยออกซิน เช่น ทูโฟร์-ดี (2, 4-D  หรือ 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid)   ในปริมาณสูงก่อนแล้วจึงลดหรืองดการให้ออกซินเพื่อให้เซลล์ของแคลลัสพัฒนาเป็นโซมาติกเอ็มบริโอ  การตอบสนองต่อฮอร์โมนในพืชแต่ละชนิดอาจต่างกันได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อและชนิดของพืชซึ่งมีระดับฮอร์โมนภายในที่แตกต่างกัน ส่วนฮอร์โมน เช่น จิบเบอเรลลินส์ (gibberellins) นำมาใช้เพื่อช่วยให้ยอดเจริญยืดตัวขึ้นได้แต่มักมีผลยับยั้งการเกิดยอด ราก และโซมาติกเอ็มบริโอเมื่อใช้ในปริมาณมาก  สำหรับสารยับยั้งการเจริญ เช่น แอบซิสซิกแอซิด (abscissic acid) นิยมใช้ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อค่อนข้างน้อย ส่วนสารชะลอการเจริญ เช่น แพกโคลบิวทราโซล (paclobutrazol) อาลาร์ (alar) ฯลฯ ใช้อยู่บ้างในกรณีที่ต้องการชะลอการเจริญเติบโตของยอดเพื่ออนุรักษ์พันธุ์พืชในหลอดทดลอง

๘. สารที่ทำให้อาหารแข็งตัวและวัสดุ พยุงเนื้อเยื่อพืช

      โดยทั่วไปมักใช้วุ้น (agar) และเจลาตินผสมลงในอาหารเพื่อทำให้แข็งตัว คุณภาพ และราคา ของสารที่ใช้ทำให้อาหารเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชแข็งตัวมีหลายระดับ ควรระมัดระวังการใช้สารคุณภาพต่ำ เนื่องจากไอออน แป้ง และไขมัน ที่ปะปนอยู่จะไปทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น ๆ ของอาหารและมีผลยับยั้งการเจริญของเนื้อเยื่อพืช  นอกจากนี้วัสดุพยุงเนื้อเยื่อในกรณีเลี้ยงในอาหารเหลวอาจใช้กระดาษกรองที่พับเป็นสะพานเพื่อวางเนื้อเยื่อพืชไม่ให้จมลงไปใต้อาหารเหลว สำลี และใยสังเคราะห์ก็สามารถช่วยพยุงเนื้อเยื่อพืชในอาหารเหลวได้