Tarımda Altenatif Üretim: Bitki Doku Kültürü

bitkGünümüzde yaklaşık 7 milyar olan dünya nüfusunun 2030 yıllarında 9 milyara çıkması bekleniyor. Bu kadar yüksek miktardaki nüfusu besleyebilmek için de, tarımsal üretimin şu anda yapılan üretimin iki katına çıkması gerekmektedir.

Tarımsal üretimin arttırılması ise iki farklı yöntemin birlikte kullanılması gerekmektedir. Bu yöntemler;  1. Tarımsal üretim yapılabilecek yeni araziler oluşturma.  2. Farklı üretim metodları geliştirerek tarımsal üretim arttırılabilir. Uygulanabilecek farklı üretim metodlarından biri de doku kültürü teknikleridir. Schwann ve Schleiden’in 1800’lü yılların ikinci çeyreğinde yaptıkları çalışmayla geliştirdikleri intotipotens teorisi, bitki biyoteknolojisi açısından bir ışık olmuştur. Bu teoriye göre, hücrelerin otonom üniteler oldukları ve tek bir hücreden aynı özelliklere sahip yeni hücreler, dolayısıyla yeni bitkiler gelişebileceğini belirtiyordu. Ancak, yapılan laboratuar çalışmalarında bu düşünce gerçekleştirilemediği için pek kabul görmüyordu. Laboratuar çalışmalarında ortaya çıkan başarısızlığın nedeni; bitki materyali ve/veya besi ortamının yanlış veya eksik seçilmesiydi. Bu eksiklikler ortadan kalkınca intotipotens teorisi doğrulanabildi.

Doku kültürü; steril şartlarda, yapay besin ortamında, bitki hücre, doku ve organlarından, çeşitli yöntemler kullanarak yeni hücre, doku, organ veya bitki üretilmesidir. Bitki doku kültürlerinin temel amacı yeni çeşit geliştirme veya var olan çeşitlerde genetik varyabilite sağlamaktır. Bunların yanında doku kültürlerinde çevre koşullarından etkilenilmediği için bitki çoğaltımı daha kısa süreli ve kolaydır. Böylece genetik seleksiyonlar daha kısa sürede yapılmaktadır. Bunun sonucunda da üstün özelliklere sahip bitki çeşitleri, daha kısa sürede elde edilir. Genetik iyileştirmede mayoz bölünme geçirmiş gamet hücreleri kullanılarak, haploid hücre kültürüyle de yapılabilir. Ayrıca, kaybolmakta olan ve değerli türlerin korunmasında ve çoğaltılmasında doku kültürü teknikleri kullanılmaktadır. Hastalıksız olarak yetiştirilemeyen bitkilerin meristemleri kullanılarak hastalıksız, sağlam bitkiler elde edilebilir.

Bunların haricinde doku kültürü çalışmalarının bitkisel üretimde birçok kolaylığı vardır. Bunlardan bazıları;
i. İklim koşullarına bağlı kalınmadan bitki materyalleri kısa sürede çoğaltılır.
ii. Küçük bir alanda çok sayıda bitkinin üretimi yapılabilir.
iii. Çevre koşullarının kontrol edilerek, tarla koşulu riski ortadan kaldırılır.
iv. İn vitro üretimde in vivo üretime göre daha az işgücü gerekir
v. Bitki materyalini dış ülkeye taşınmasında kolaylık sağlar. Çünkü saksıyla taşınan bitkiler su stresi çektiği halde doku kültürüyle üretilmiş bitki besi ortamında ihraç edildiğinden stres oluşmaz. Bunun yanında fiziksel zarar, gümrükten geçme sorunu gibi problemler ortadan kaldırılır. Ancak, tarıma ve dolayısıyla da insan hayatına bu kadar kolaylıklar sağlayan doku kültürü tekniklerinin de bazı olumsuz yönleri vardır. Bunlardan biri doku kültürü çalışmalarının yürütülebileceği, yüksek yatırım gerektiren, laboratuar ve seranın kurmaktır.

birk2

Bugün orta düzeyde bir laboratuarın ve laboratuarda üretilen bitkileri doğal ortama alıştırmak için kullanılan seranın ortalama maliyeti 250 bin TL civarındadır. Bu kadar yüksek maliyet nedeniyle bazı kesimler uygulamayı çok istedikler doku kültürü çalışmalarından geri adım atmak zorunda kalıyorlar. Ayrıca doku kültürü tekniklerini kullanımı yeni yeni artmaya başladığı için bu yöntemler üzerinde çalışma yapmış olan kalifiye eleman bulmak da zordur. Doku kültürü çalışmalarında en büyük başarısızlık nedeni fungan ve bakteriyel kontaminasyonlardır (bulaşıklıktır). Bu durum çeşitli nedenlerle ortaya çıkmaktadır. Engellemek için yapılan çalışmalarda çok titiz davranılması gerekmektedir. Özellikle ekim aşamasında kullanılan bölgenin, alet ve ekipmanlarının sterilizasyonu iyi bir şekilde sağlanmalıdır. Doku kültürü ortamlarına havadaki mikroorganizmalar da bulaşabilir. Besi ortamının içine tek bir mikroorganizma bile bulaşması bozulma için yeterlidir. Çünkü besi ortamı mikroorganizmalar için elverişli bir ortam olduğundan organizmalar burada kolay ve hızlı bir şekilde çoğalırlar. İstenmeyen organizmaların ortama bulaşması da çalışmanın sıfırlanmasını ifade eder. Besi ortamı hazırlanmasında kullanılan yüksek değerli besin elementleri ve kimyasalların da atılmasına, dolayısıyla da kaybolmasına neden olur.

Bunun yanında bitkilerin genetik yapısında istenmeyen değişiklikler de ortaya çıkabilir. Bu değişiklikler, besi ortamındaki bileşikler, dış çevre şartları (sıcaklık, nem, vb.) kullanılan eksplantın alındığı bitki türü gibi çeşitli nedenlerle ortaya çıkabilir. Doku kültürü tekniklerinin dezavantajlarından biri de bütün bitki türleri için geçerli bir metodun olmamasıdır. Örneğin kullanılan besi ortamı bir bitkinin çok iyi gelişmesini sağlarken, başka bir bitkide olumsuz sonuç gösterebilir. Bunun yanında, henüz uygun bir metodun geliştirilmemiş olması, çalışma yapılan bitkiyle ilgili pazarın oluşturulamaması nedeniyle bazen mikro üretimle çoğaltma başarılı olmayabilir.
Doku kültüründe, dolaylı ve doğrudan üretim olmak üzere iki çeşit üretim şekli vardır. Doğrudan üretimde meristemler kullanılır. Dolaylı üretimde ise yaprak, sap boğum gövde gibi kısımlardan ilk önce kallus üretilir. Daha sonra bu kalluslardan yeni bitkiler elde edilir.

bitki

Doku kültüründe yarı katı ve sıvı besin ortamları kullanılır. Sıvı besin ortamları hücre kültüründe kullanılır. Çünkü; doku kültüründe çoğaltılan hücrelerin birbirine yakınlaşıp küme oluşturması istenmez. Bu nedenle, besin ortamı sürekli çalkanarak hücreler birbirinden uzak tutulur. Yarı katı besi ortamları ise, hücre kültürü haricindeki diğer kültürlerde kullanılır. Böylece, kullanılan bitki eksplantlarının, sabit ve istenilen şekilde, besi ortamında kalması sağlanır.
Doku kültürü ortamındaki yetiştirilen bitkilerde, varyasyonlar görülebilmektedir. Bunlara, somaklonal varyasyon denilir. Bu varyasyon, somatik hücrelerde görüldüğünden somatik varyasyon da denilmektedir. Varyasyonlar, mutasyon ve epigenetik varyasyon etkisiyle ortaya çıkmaktadır. Mutasyon, çeşitli zararlı maddelerin etkisiyle genetik yapıda görülen kalıcı varyasyondur, epigenetik varyasyon ise genetik karakterlerde olmadığından kalıcı değildir. Bu metotla bitki üzerinde olumlu değişiklikler sağlanabilir. Örneğin; hastalıklara, böceklere, tuzluluğa dayanıklı bitkiler, yeni çiçek renklerine sahip çeşitler elde edilebilir. Bunların dışında, yulafta; bitki boyu, şekil ve rengi, soğanda; yumru büyüklüğü ve şekli bakımından yeni tipler elde edilmiştir. Bu metot domates, patates, şeker kamışı ve tütün gibi türlerde de sık kullanılmaktadır. Somatik varyasyon birçok nedenle ortaya çıkabilmektedir. Bunlardan bazıları; besi ortamı içeriği, kültürel koşular, kültür süresi, çevresel stres, genotip, DNA metisyonu gibi. Somatik varyasyon; hızlı bir varyasyon olması, yeni varyeteler üretilebilmesi, yeni varyantlar ortaya çıkarılabilmesi, bazı değişmelerin homozigot olması bakımından istenilen bir durumdur.

Doku kültüründe, sterilizasyon önemli bir konu olduğundan, bu işlemlerin yapılabileceği kaliteli, temiz bir laboratuar kullanımı ön şarttır. Bunun yanında, kültür işlemleri sırasında kullanılacak alet ve kapların yeterince steril olması gerekir. Çünkü bakteri ve mantarlar kullanılan besi ortamını çok sever ve buralarda kısa sürede çoğalırlar. Bunun sonucunda da, çalışmalar başarısızlıkla sonuçlanır.

Ayrıca mikroorganizmalar havadan da bulaşabileceği için, besi ortamına ekim işlemi, steril kabinde yapılmalıdır. Steril kabinde hava sirkülasyonu bulunduğundan mikroorganizmaların bulaşma ihtimali en düşük seviyede tutulur. Ekim işlemi sırasında çok titiz davranılması gerekmekte olup ekim sırasında kullanılan bisturi ve pens mümkün olduğunca sık bir şekilde alkole batırılıp yakılarak sıcaklıkla muamele edilmelidir. Kullanılan aletler aynı besin ortamı dışında bir yere değdiğinde ve dikimi yapılacak eksplantlar hazırlandıktan sonra yakılarak steril edilmelidir. Bu şekilde kullanılan aletler üzerine mikroorganizma bulaşma riski bir ölçüde azaltılmış olur.

Kaynakça:
SEBAHATTİN ÖZCAN, EKREM GÜREL, MEHMET BABAOGLU; BİTKİ BİYOTEKNOLOJİSİ KİTABI

Yazar: Çiğdem Kocayel