พฤติกรรมการเจริญของเนื้อเยื่อพืชที่เลี้ยงในสภาพปลอดเชื้อ

      ส่วนต่าง ๆ ของพืชที่มีการนำมาเลี้ยงในหลอดทดลองโดยทั่วไปแบ่งออกได้เป็น ๒ ลักษณะ คือ ส่วนที่มีตายอดหรือตาข้าง เช่น ปลายยอด ข้อ เอ็มบริโอ และส่วนที่ไม่มีตายอดหรือตาข้าง เช่น ปล้อง แผ่นใบ ส่วนต่าง ๆ ของดอก ผล ราก เมื่อนำส่วนที่มีตายอดหรือตาข้างมาเลี้ยงตามักเจริญเป็นยอดและลำต้น ซึ่งตามปกติ ตา ๑ ตามักเจริญเป็น ๑ ยอด แต่หากมีการใช้สารควบคุมการเจริญในกลุ่มไซโทไคนิน ในอาหารสังเคราะห์ด้วยอาจพบว่าเนื้อเยื่อเจริญสามารถเจริญจาก ๑ ตาเป็นหลาย ๆ ยอดพร้อมกันได้  ยอดที่เจริญขึ้นมาเหล่านี้อาจนำมาตัดแบ่งเป็นข้อเดี่ยว ๆ เพื่อเลี้ยงต่อไปให้มีจำนวนยอดเพิ่มขึ้นอีกได้เท่าที่ต้องการและเมื่อต้องการเตรียมพืชเพื่อย้ายออกปลูกก็สามารถนำยอดมาเลี้ยงในอาหารสังเคราะห์ที่ไม่เติมสารควบคุมการเจริญหรือเติมออกซิน  ในกรณีของพืชที่เกิดรากยากเพื่อให้ยอดเหล่านั้นมีรากหลังจากนั้นจึงนำไปเลี้ยงในสภาพแวดล้อมที่ทำให้พืชค่อย ๆ เพิ่มความแกร่งขึ้นเพื่อให้พร้อมสำหรับการย้ายออกปลูกต่อไป

      เนื้อเยื่อพืชส่วนอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ตาโดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณที่มีบาดแผลและรอยตัดมักพบการเจริญของแคลลัสและจะพบการเจริญของแคลลัสมากยิ่งขึ้นที่บริเวณบาดแผลและผิวทั่วไปเมื่อมีการใช้สารควบคุมการเจริญในกลุ่มออกซินและ/หรือไซโทไคนินในอาหารสังเคราะห์  เนื่องจากสารทั้ง ๒ กลุ่มนี้มีผลกระตุ้นการแบ่งเซลล์ซึ่งใช้มากในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชแคลลัสอาจมีลักษณะที่แตกต่างกันได้ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช  ชนิดของเนื้อเยื่อที่เป็นต้นกำเนิดของแคลลัส อาหารสังเคราะห์ สารควบคุมการเจริญ รวมทั้งสภาพแวดล้อม เช่น แสง ความชื้น แคลลัสบางชนิดอาจประกอบด้วยเซลล์ที่เกาะกันแน่น  บางชนิดมีลักษณะเป็นกลุ่มเซลล์ที่อยู่กันอย่างหลวม ๆ  บางชนิดดูอวบน้ำ  บางชนิดดูแห้ง สีของแคลลัสมีตั้งแต่ขาว ครีม เหลือง เขียว แดง ม่วง น้ำตาล และน้ำตาลเข้มเกือบดำ ทั้งนี้แคลลัสสามารถแบ่งเซลล์เพิ่มปริมาณได้เรื่อยไปบนอาหารเลี้ยงแคลลัสซึ่งมักเป็นอาหารสังเคราะห์ที่เติมวุ้นและเปลี่ยนอาหารใหม่ให้เป็นระยะ ๆ หรือย้ายแคลลัสที่เซลล์อยู่กันอย่างหลวม ๆ ไปเลี้ยงในอาหารเหลวที่วางบนเครื่องเขย่า ๓๐ -  ๕๐ รอบต่อนาที เพื่อให้ออกซิเจนแก่เซลล์   ขณะเดียวกันการเขย่าจะช่วยให้เซลล์กระจายตัวสัมผัสอาหารได้ทั่วถึงและไม่สะสมสารพิษมีผลให้เซลล์มีอัตราการเพิ่มจำนวนได้อย่างรวดเร็วขึ้น การเลี้ยงเซลล์แขวนลอย (cell suspension culture) ในอาหารเหลวนี้ รวมถึงการเลี้ยงเซลล์ในอาหารเหลวที่ตรึงเซลล์ไว้ (immobilized cell culture) สามารถเหนี่ยวนำเซลล์ให้สังเคราะห์สารบางชนิดที่เป็นประโยชน์ได้ซึ่งวิธีนี้มีการนำไปใช้ในการผลิตสารทุติยภูมิจากเซลล์พืชเพื่ออุตสาหกรรมและเภสัชกรรมได้

      พฤติกรรมการเจริญอีกแบบหนึ่งของเนื้อเยื่อพืชที่เลี้ยงในสภาพปลอดเชื้อ ได้แก่ การเกิดสัณฐาน (morphogenesis) หมายถึง การพัฒนาของเซลล์และเนื้อเยื่อไปเป็นรูปร่างอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นใหม่ ทั้งนี้ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชอาจพบการเปลี่ยนแปลงได้ ๓ ลักษณะ กล่าวคือ ลักษณะที่ ๑ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างลักษณะของเซลล์ จากรูปร่างค่อนข้างกลม ผนังบาง (parenchyma) เป็นเซลล์ที่มีผนังหนาขึ้นเห็นเป็นลวดลายและมีลักษณะเป็นเซลล์ท่อลำเลียงน้ำ (tracheary element) เรียกการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า ไซโลเยเนซิส (xylogenesis) มักจะเกิดขึ้นเมื่อมีการใช้ออกซินและน้ำตาลซูโครสในอาหารเลี้ยงเนื้อเยื่อ  การเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ ๒ ได้แก่ การเจริญของเนื้อเยื่อพืชไปเป็นอวัยวะ (organogenesis) ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่พบได้ในหลอดทดลอง  อวัยวะที่เกิดขึ้นใหม่นี้โดยทั่วไป ได้แก่ ยอดและราก  บางครั้งพบการสร้างดอกได้บ้าง แต่ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชส่วนใหญ่จะสนใจประโยชน์ของการเกิดเป็นยอดและรากมากกว่า  ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเกิดอวัยวะนี้  ได้แก่ ชนิดของเนื้อเยื่อที่นำมาเลี้ยง องค์ประกอบของอาหารสังเคราะห์และสัดส่วนของสารควบคุมการเจริญ  โดยเฉพาะอย่างยิ่งออกซินและไซโทไคนินในภาวะที่ไซโทไคนินสูงมักมีผลชักนำให้เกิดยอดส่วนในภาวะที่ออกซินสูงมักมีผลชักนำให้เกิดราก  วิธีการเพิ่มจำนวนพืชในหลอดทดลองโดยผ่านขั้นตอนการเจริญของเนื้อเยื่อพืชไปเป็นอวัยวะนั้นมักชักนำเนื้อเยื่อให้สร้างยอดจำนวนมากจนเพียงพอเสียก่อนแล้วจึงนำยอดเหล่านั้นมาชักนำให้เกิดราก ส่วนการเจริญเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ ๓ ที่พบได้ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช คือ การเจริญของเซลล์ซึ่งไม่เกี่ยวกับเพศไปเป็นโครงสร้างแบบเดียวกับเอ็มบริโอหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า เอ็มบริออยด์ (embryoid) พฤติกรรมเช่นนี้ เรียกว่า โซมาติกเอ็มบริโอเยเนซิส (somatic embryogenesis) มักเกิดในเนื้อเยื่อพืชบางชนิดที่นำมาเลี้ยงให้ได้รับออกซินในปริมาณค่อนข้างสูงพืชบางชนิดต้องการไซโทไคนินด้วย  สภาพดังกล่าวจะมีผลชักนำเซลล์ที่ถูกกระตุ้นให้พร้อมที่จะเจริญเปลี่ยนแปลงต่อไปเป็นเอ็มบริออยด์และการเจริญเปลี่ยนแปลงของเซลล์ไปเป็นเอ็มบริออยด์นี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อลดปริมาณออกซินลง  ลักษณะการเจริญของเซลล์ไปเป็นเอ็มบริออยด์นั้นพบว่าเกิดจากเซลล์เดี่ยวแบ่งเซลล์เจริญเป็นกลุ่มเซลล์รูปร่างค่อนข้างกลมและแบ่งเซลล์เติบโตต่อไป  โดยรูปร่างเปลี่ยนไปคล้ายรูปหัวใจจากนั้นก็เติบโตมีรูปร่างเปลี่ยนไปคล้ายทอร์ปิโดตามลำดับซึ่งเมื่อเอ็มบริออยด์เจริญเต็มที่จะเป็นโครงสร้างที่เจริญได้ ๒ ด้าน คือ ด้านหนึ่งเจริญเป็นยอดส่วนด้านตรงข้ามจะเจริญไปเป็นราก  คล้ายการงอกของเอ็มบริโอในเมล็ดการเกิดสัณฐานทั้งแบบที่เกิดเป็นอวัยวะและแบบที่เกิดเป็นเอ็มบริออยด์นี้  อาจเกิดโดยตรงจากเซลล์พืชที่นำมาเลี้ยงเมื่อได้รับสภาวะที่เหมาะสมหรืออาจเกิดจากแคลลัสที่เจริญมาจากส่วนของพืชที่นำมาเลี้ยงก็ได้

      ส่วนการเลี้ยงโพรโทพลาสต์โดยทั่วไปมีวัตถุประสงค์เพื่อการรวมโพรโทพลาสต์ของพืชชนิดเดียวกันเข้าด้วยกันสำหรับสร้างพืชที่มีจำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัวหรือพอลิพลอยด์ (polyploid) และวัตถุประสงค์อีกอย่างหนึ่ง คือ ต้องการรวมโพรโทพลาสต์ของพืชต่างชนิดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างพืชลูกผสมที่อาจทำได้ยากด้วยการผสมพันธุ์  โดยวิธีผสมเกสรธรรมดาหรือมีวัตถุประสงค์ในการถ่ายโอนยีนเป้าหมายเพื่อเพิ่มบางลักษณะเข้าไปในโพรโทพลาสต์ เช่น ยีนควบคุมลักษณะต้านทานโรค ยีนควบคุมการสร้างสารบางชนิด  ในการนำโพรโทพลาสต์มาเลี้ยงรวมกันหรือใส่ยีนเป้าหมายลงไปรวมกับโพรโทพลาสต์  การรวมกันของโพรโทพลาสต์และการถ่ายโอนยีนมีโอกาสจะเกิดขึ้นได้เองอยู่บ้าง การใช้สารเคมี เช่น polyethylene glycol ร่วมกับการใช้กระแสไฟฟ้าจะช่วยเพิ่มโอกาส การเกิดการรวมกันของโพรโทพลาสต์และการถ่ายโอนยีนเข้าสู่โพรโทพลาสต์ได้ปกติ   โพรโทพลาสต์จะคงสภาพเป็นโพรโทพลาสต์เพียงระยะหนึ่งเท่านั้นหากสภาพการเลี้ยงเหมาะสมโพรโทพลาสต์ที่รอดชีวิตจะเริ่มสร้างผนังเซลล์ขึ้นใหม่และแบ่งเซลล์ ต่อจากนั้นจึงมีการเจริญเช่นเดียวกับการเลี้ยงเซลล์ที่ได้กล่าวไปแล้ว