कल्चर में मॉर्फोजेनेसिस कई रास्तों से आगे बढ़ता है। इनमें से दो प्रमुख रास्ते हैं - अंगजनन (Organogenesis) और कायिक भ्रूणजनन (Somatic embryogenesis)। ऑर्गनोजेनेसिस में अपस्थानिक प्ररोह (adventitious shoots) या जड़ों की सीधी उत्पत्ति और कॉलस (callusing) के माध्यम से अप्रत्यक्ष उत्पत्ति शामिल है। भ्रूणजनन में भी दो रास्ते होते हैं जहां परिणाम "द्विध्रुवीय कायिक भ्रूण (bipolar somatic embryos)" के रूप में भिन्न होता है जो बाद के चरण में अलग-अलग पौधे (plantlets) बनाते हैं। कल्चर के दौरान कई कारक मॉर्फोजेनेसिस की घटना को काफी प्रभावित करते हैं। वे हैं: जीनोटाइप (genotypes), एक्सप्लांट (explant), वृद्धि नियामक (growth regulators), पोषक तत्व (nutrients), अन्य योजक (other additives) और भौतिक वातावरण (physical environment)।
पादप जगत में, कुछ पौधे समूह कल्चर में दूसरों की तुलना में अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करते दिखाई देते हैं। गाजर परिवार (Umbelliferae) के सदस्यों को ऐसा समूह माना जाता है जो कल्चर में आसानी से कायिक भ्रूण (somatic embryos) बना सकते हैं। हालांकि, एक जीनस की विभिन्न प्रजातियों और एक प्रजाति में विभिन्न किस्मों (cultivars) के बीच प्रतिक्रिया में अंतर देखा गया। यह अब अच्छी तरह से स्वीकार किया गया है कि आनुवंशिक कारक (genetic factors) कल्चर में पौधों के ऊतकों की प्रतिक्रिया में योगदान करते हैं। हालांकि पौधों की प्रजातियों के बीच कल्चर के प्रति हठधर्मिता (recalcitrance) की खबरें हैं, लेकिन इस समस्या को एक्सप्लांट, कल्चर माध्यम या कल्चर वातावरण में बदलाव करके सफलतापूर्वक दूर किया जा सकता है।
हालांकि पौधे में सभी कोशिकाओं को टॉटिपोटेंट (totipotent) माना जाता है, पौधों को पुनर्जीवित (regenerate) करने के लिए एक पौधे के भीतर एक कोशिका से दूसरी कोशिका और एक अंग से दूसरे अंग में आश्चर्यजनक अंतर होते हैं। सामान्य तौर पर, कल्चर में वृद्धि और मॉर्फोजेनेसिस के लिए भ्रूणीय (embryonic), मेरिस्टेमेटिक (meristematic) और प्रजनन ऊतकों (reproductive tissues) में अधिक क्षमता होती है। लकड़ी वाली प्रजातियों के लिए, कुछ प्रकार के अंगों को पुनर्जीवित करना तभी संभव है जब भ्रूण या युवा पुष्पक्रम (inflorescences) को कल्चर किया जाए। इनोक्युलम (inoculum) में सक्रिय रूप से विभाजित कोशिकाएं या किशोर कोशिकाएं शामिल होनी चाहिए। यह एक सर्वविदित तथ्य है कि मातृ पौधे की शारीरिक अवस्था, उसकी पोषण और पर्यावरणीय स्थितियां भी मॉर्फोजेनेसिस के लिए एक्सप्लांट को प्रभावित करेंगी। इसलिए मातृ पौधे को एक अच्छी तरह से नियंत्रित वातावरण में उगाया जाना चाहिए ताकि पुनरुत्पादक परिणाम (reproducible results) प्राप्त किए जा सकें, भले ही अंतर्जात लय (endogenous rhythm) में कुछ बदलाव से बचा न जा सके।
यह ज्ञात है कि अधिकांश कल्चर में मॉर्फोजेनेसिस का नियंत्रण काफी हद तक बाहरी ऑक्जिन/साइटोकाइनिन अनुपात (exogenous auxin/cytokinin ratio) का एक कार्य है। काइनेटिन (kinetin) की उच्च सांद्रता प्ररोह की शुरुआत (shoot initiation) का कारण बनती है, जबकि ऑक्जिन का उच्च स्तर जड़ बनने (rooting) का पक्ष लेता है। कायिक भ्रूणजनन में, भ्रूणीय कोशिकाओं को प्रेरित करने (induction) और प्रसार वृद्धि (proliferative growth) के रखरखाव के लिए ऑक्जिन की आवश्यकता होती है। कैलस को कम ऑक्जिन वाले माध्यम या ऑक्जिन रहित माध्यम में स्थानांतरित करके भ्रूण निर्माण को प्रेरित किया जा सकता है। ऑक्जिन और साइटोकाइनिन के अलावा अन्य पौधों के वृद्धि नियामकों को मॉर्फोजेनेसिस के प्रेरण और नियंत्रण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हुए दिखाया गया है। जिबरेलिक एसिड (Gibberellic acid) का उपयोग प्ररोह शीर्ष (shoot apices) और कायिक भ्रूणों के पौधों में तेजी से विकास प्राप्त करने के लिए सबसे सफलतापूर्वक किया गया है।
पोषक माध्यम के घटक कल्चर में मॉर्फोजेनेसिस को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। कई अकार्बनिक और कार्बनिक पोषक तत्वों के प्रभावों का विस्तार से अध्ययन किया गया है। मॉर्फोजेनेसिस को प्रभावित करने में माध्यम के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक नाइट्रोजन का स्रोत और सांद्रता है। कम नाइट्रोजन (reduced nitrogen) के उच्च स्तर की आपूर्ति प्ररोह निर्माण (shoot formation) के लिए उपयुक्त और कायिक भ्रूणजनन के लिए आवश्यक प्रतीत होती है। इसकी आपूर्ति अमोनियम नाइट्रेट के रूप में की जाती है और कभी-कभी अमीनो एसिड जैसे ग्लूटामाइन, ग्लाइसिन और एलेनिन और उनके एमाइड्स के साथ प्रतिस्थापित की जाती है। माध्यम में पोटेशियम की उपस्थिति भ्रूणजनन (embryogenesis) को बढ़ाती है।
माध्यम में कैसिइन हाइड्रोलाइज़ेट (casein hydrolysate) और नारियल के दूध का पूरक भी इन विट्रो (in vitro) मॉर्फोजेनेसिस का पक्ष लेता है। कायिक भ्रूणजनन के लिए माध्यम घटक के रूप में नारियल के दूध का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है।
तापमान, फोटोपीरियड (photoperiod), प्रकाश की तीव्रता और परासरणी सांद्रता (osmotic concentration) अन्य कारक हैं जिनकी अंगजनन और भ्रूणजनन में निर्णायक भूमिका हो सकती है। कल्चर के लिए इष्टतम तापमान \(24 \pm 2^\circ C\) है। कल्चर से पहले एक्सप्लांट का कम तापमान उपचार उनकी पुनर्योजी क्षमता (regenerative ability) का पक्ष लेता है। प्रकाश कल्चर में पौधों पर एक मजबूत मॉर्फोजेनेटिक प्रभाव भी डालता है। आमतौर पर कल्चर प्ररोह पैदा करते हैं लेकिन प्रकाश की अवधि सामान्य वातावरण के फोटोपेरियोडिज्म के अनुसार बनाए रखी जानी चाहिए। स्पेक्ट्रम का नीला क्षेत्र प्ररोह निर्माण को बढ़ावा देता है और लाल बत्ती जड़ को बढ़ावा देती है। प्रकाश में, गाजर के कायिक भ्रूणों ने पौधे बनाए; प्रकाश की अनुपस्थिति में इटियोलेशन (etiolation) हुआ। एक माध्यम की समग्र परासरणी सांद्रता भी मॉर्फोजेनेसिस पर गहरा प्रभाव डाल सकती है। माध्यम में परासरणी स्तर (osmotic levels) में वृद्धि प्ररोह और कायिक भ्रूण निर्माण को बढ़ाती है। अतिरिक्त सुक्रोज (sucrose) मिला कर परासरणी स्तर को बढ़ाया जा सकता है।
मॉर्फोजेनेटिक क्षमता वाले इन विट्रो कल्चर शुरू में इस क्षमता को खो देते हैं यदि उन्हें बार-बार सबकल्चर (subculture) किया जाता है। ऐसे सबकल्चर आनुवंशिक, एपिजेनेटिक (epigenetic) और शारीरिक स्तर पर परिवर्तन ला सकते हैं। सुसंस्कृत कोशिकाओं के प्लॉइडी स्तर (ploidy level) में भिन्नता आनुवंशिक स्तर पर होने वाला सामान्य परिवर्तन है। ऐसी भिन्नताएं या तो पॉलीप्लोइडी (polyploidy) या एन्यूप्लोइडी (aneuploidy) हो सकती हैं। कभी-कभी संवर्धित कोशिकाओं में जीन उत्परिवर्तन (gene mutations) भी होते हैं।
कल्चर में होने वाले एपिजेनेटिक स्तर के परिवर्तन आंशिक रूप से स्थिर लेकिन प्रतिवर्ती (reversible) होते हैं। एक आंशिक विशेष घटक के लिए अभ्यस्तता (Habituation) इन विट्रो कल्चर में मॉर्फोजेनेटिक नुकसान पैदा कर सकती है। उदाहरण के लिए, ऑक्जिन प्लस माध्यम में उगाए गए भ्रूणजनन कल्चर कायिक भ्रूण का उत्पादन करेंगे जब संवर्धनों को ऑक्जिन मुक्त माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है। कैलस या सस्पेंशन (suspensions) के निरंतर संवर्धन (culturing) से मॉर्फोजेनेटिक क्षमता खो जाएगी। यह अंतर्जात ऑक्जिन (endogenous auxin) की उच्च सांद्रता के कारण हो सकता है। लेकिन इन संवर्धनों को अंतर्जात ऑक्जिन स्तर को कम करके भ्रूण का उत्पादन करने के लिए बनाया जा सकता है। इसके लिए माध्यम में सक्रिय चारकोल (activated charcoal) होना चाहिए जिसमें ऑक्जिन की एक निश्चित मात्रा को अवशोषित करने की क्षमता होती है।
वृद्धि दर में कमी, कम भुरभुरापन (friability) और संवर्धनों की जीर्णता (senescence) वे परिवर्तन हैं जो शारीरिक स्तर (physiological level) पर होते हैं। ये परिवर्तन अस्थायी और अस्थिर होते हैं। इष्टतम रासायनिक और भौतिक वातावरण प्रदान करके, ऐसे मॉर्फोजेनेटिक नुकसान को दूर किया जा सकता है। इस प्रकार संवर्धनों द्वारा मॉर्फोजेनेटिक क्षमता के नुकसान के कई कारण हैं, लेकिन कई तकनीकों के संकेत हैं जो समस्या को समाप्त न करने पर कम करने में मदद करेंगे।
सेलुलर टॉटिपोटेंसी (cellular totipotency) का उपयोग पादप विज्ञान के बुनियादी और अनुप्रयुक्त पहलुओं में किया जाता है। यह क्षमता अंगजनन या कायिक भ्रूणजनन के मात्र प्रदर्शन से अवरुद्ध नहीं होती है, बल्कि क्रमशः मातृ पौधे और नए जीनोटाइप के समान पूरे पौधे के प्रसार और उत्पादन में प्रभावी रूप से उपयोग की जाती है। इस तकनीक की सफलता मिट्टी में पौधे को स्थापित करने के लिए अपनाए गए तरीके पर निर्भर करती है, जिसे पूरी तरह से नए वातावरण में संवर्धित किया गया है। विधि के लिए किसी विशेष एक्सप्लांट के गुणन (multiplication) की दर और मिट्टी में पुनर्जीवित पौधों की स्थापना की दर के विवरण की आवश्यकता होती है। गुणन की दर को अधिकतम बनाए रखने के लिए मीडिया, एक्सप्लांट और कल्चर वातावरण के संशोधन पर पर्याप्त ज्ञान उपलब्ध है। बड़ी संख्या में पुनर्जीवित पौधे प्राप्त करने के बाद, उन्हें प्राकृतिक परिस्थितियों में स्थानांतरित करना प्रथागत और आवश्यक है। यह एक महत्वपूर्ण अवधि है क्योंकि टेस्ट ट्यूब या फ्लास्क के नियंत्रित वातावरण से हटाए गए पौधे वास्तविक दुनिया का सामना करने जा रहे हैं। इन विट्रो परिस्थितियों में, पौधों में पोषक तत्वों, आर्द्रता, तापमान और फोटोपीरियड की सावधानीपूर्वक नियंत्रित आपूर्ति होती है। कल्चर स्थितियों के तहत प्रचलित उच्च आर्द्रता तेजी से प्ररोह विकास और प्रसार को प्रेरित करती है। इस समय के दौरान, पत्तियों के क्यूटिकल आवरण (cuticle coverings) और जड़ के बाल खराब रूप से विकसित होते हैं। यदि ऐसे पौधों को प्राकृतिक परिस्थितियों में स्थानांतरित किया जाता है, तो क्यूटिकुलर और रंध्रीय वाष्पोत्सर्जन (stomatal transpiration) के कारण पानी का काफी नुकसान और सूखापन (desiccation) होगा। इसलिए इन विट्रो स्थिति से प्राकृतिक स्थिति में पौधों के स्थानांतरण के दौरान सावधानी बरती जानी चाहिए। पौधों को मिट्टी में स्थानांतरित करते समय विचार किए जाने वाले महत्वपूर्ण बिंदु हैं:-
उपरोक्त उल्लिखित कदम पुनरुत्पादकों (regenerants) को प्राकृतिक परिस्थितियों में विकसित करने के लिए सामूहिक रूप से सख्त (hardening) कहलाते हैं और यह प्रक्रिया प्रत्यारोपण (transplanting) के बाद पौधे के अस्तित्व को बढ़ाती है।
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