Genel Bitki biyoteknolojisi doku kültürü

390 Pages·034.509 MB·Turkish

by  Mehmet Babaoğlu et al. (eds.)

17 Ağustos ve 12 Kasım depremlerinde
kaybettiklerimize...
İçindekiler . . . . . i-vii
Önsözler . . . . . viii-xiv
Bölüm 1. Doku Kültürü: Temel Laboratuvar Teknikleri................ ..........1-35
Mehmet Babaoğlu, Mustafa Yorgancılar, Mehmet Aydın Akbudak
1.1. Giriş
1.2. Bitki Doku Kültürlerinin Tarihi Gelişimi ve Uygulama Alanları
1.2.1. Bitki doku kültürlerinin bitki ıslahındaki uygulama alanları
1.2.2. Bitki doku kültürünün ticari ve ıslah dışı uygulamaları
1.2.3. Bitki doku kültürlerinin temel araştırmalardaki uygulamaları
1.3. Temel Teknikler
1.3.1. Laboratuvar düzeni
1.3.2. Sterilizasyon teknikleri
1.3.2.1. Çalışma ortamının sterilizasyonu
1.3.2.2. Besin ortamlarının, alet ve ekipmanların sterilizasyonu
1.3.2.3. Bitki materyallerinin yüzey sterilizasyonu
1.4. Besin Ortamları
1.4.1. Stok solüsyonların hazırlanması ve saklanması
1.4.2. Bitki büyüme düzenleyicileri
1.5. Kültür Şartlan
1.6. Denemelerin Planlanması ve Data Analizi
1.7. Mikroskopi ve Görüntüleme
1.8. Laboratuvarda Güvenlik
1.9. Bitki Doku Kültürüne Yeni Başlayacaklar İçin Tavsiyeler
1.10. Türkiye'deki Mevcut Durum ve Sonuç
Kaynaklar
Bölüm 2. Organogenesis................................................................... ... 36-70
Ekrem Gürel, Arzu Uçar Türker
2.1. Giriş
2.2. Tarihçesi
2.3. Organogenesis Tekniği
2.3.1. Eksplant seçimi
2.3.2. Besin ortamının seçilmesi
2.3.2.1 Besin ortamının temel içerikleri.
2.3.2.2 Kültür şartlan
2.4. Organogenesis Çeşideri
2.5. Organogenesisde Meydana Gelen Önemli Olaylar
2.5.1. Hücresel yeterlilik ve kararlılık
2.5.2. Fizyolojik, biyokimyasal ve metabolik olaylar
2.6. Organogenesisde Başarı Sağlanan Türler
2.7. Sonuç
Kaynaklar
ı
Bölüm 3. Somatik Embriyogenesis.........................................................71-88
Sebahattin Özcan, Mehmet Babaoğlu, Cengiz Sancak
3.1. Giriş
3.2. Somatik Embriyogenesisi Etkileyen Faktörler
3.2.1. Eksplant kaynağı
3.2.2. Genotip
3.2.3. Besin ortamının içeriği
3.2.4. Çevre şartlan
3.3. Somatik Embriyo Re jenerasyonu
3.3.1. Direk embriyogenesis
3.3.2. İndirek embriyogenesis
3.4 Somatik Embriyogenesisin Kullanım Alanları
3.4.1. Klonal çoğal tim
3.4.2. Sentetik tohum üretimi
3.4.3. Gen aktanım
Kaynaklar
Bölüm 4. Protoplast Kültürü ve Somatik Melezleme........................... 89-136
Mehmet Babaoğlu, Sebahattin Özcan
4.1. Tarihçe
4.2. Totipotensi ve Tanımlamalar
4.3. Bitkilerde Hücre Duvan Kompozisyonu
4.4. Protoplast izolasyonu
4.4.1. Eksplant kaynaklan
4.4.2. Donör bitki materyalinin ön muamelesi ve yetiştirme şardan
4.4.3. Protoplast izolasyonunda kullanılan yıkama solüsyonlan, enzimler ve enzim
kanşımlan
4.4.4. Ozmotik şartlar ve plazmolizayon
4.4.5 Enzim inkubasyonu
4.4.6 Protoplasdarın yıkanması ve saflaştırılması
4.4.7. İzolasyon sonrası uygulanan tesder
4.5. Protoplast Kültürü
4.5.1. Kültür ortamlannın özellikleri ve bitki büyüme düzenleyicileri
4.5.2. Kültür yoğunluğu
4.5.3. Kültür teknikleri
4.5.4. Protoplasdann kültür sonrası davranışlan
4.6. Protoplasdardan Bitki Rejenerasyonu
4.7. Protoplast Füzyonu ve Somatik Melezleme
4.7.1. Önemi
4.7.2. Somatik hibrit ve sibrit
4.7.3. Protoplast füzyonu işleminin aşamalan
4.8. Heterokaryonlann Kültürü ve Seleksiyon
4.9. Somatik Hibrit Bitkilerin Analizi
4.10. Sonuç
Kaynaklar
EKİ. KM’ye dayak ortamlar
ii
Bölüm 5. Haploid Bitki Üretimi.................................. . 137-189
şebnem ünıaitıogiu, Nebanat Sarı, Kazım Abak
5.1. Giriş
5.2. Erkek Gametten Haploid Uyartımı (Androgenesis)
5.2.1. Anter kültürü
5.2.1.1. Anter kültürünün yapılışı
5.2.1.2. Mikrosporlann sporofîtik yönde gelişme için uyarılması
5.2.1.3. Androgenesisi etkileyen faktörler
5.2.1.3.1. Anter verici (donör) bitkiden kaynaklanan faktörler
5.2.13.2. Anter kültürü tekniğinden kaynaklanan faktörler
5.2.2. Mikrospor kültürü
5.2.3. Androgenesis sonrasında albino bitki sorunu
5.3. Dişi Gametten Haploidi Uyartımı (Ginogenesis ve Partenogenesis)
5.3.1. Övül ve ovaryum kültürleri
5.3.2. Kromozom eliminasyonu
5.3.3. Eksik veya yetersiz polenler ile tozlama
5.3.4. Ginogenesisi etkileyen faktörler
5.4. Haploid Bitkilerde Kromozom Kadama
5.5. Ploidi Belirleme
5.5.1. Fenotipik gözlemler
5.5.2. Kromozom sayımlan
5.5.3. Flow sitometri
5.5.4. Stomatal incelemeler
Kaynaklar
Bölüm 6. Hastalıksız Bitki Üretimi................................................... 190-210
Be tül Bürün
6.1. Giriş
6.2. Meristem Kültürü
6.2.1. Meristem kültüründe başanyi etkileyen faktörler
6.2.1.1. Bitki materyali
6.2.1.2. Kültür ortamı
6.2.1.3. Kültür şartlan (çevresel faktörler)
6.2.2. Meristem ucu kültürü uygulaması
6.2.2.I. Metodun uygulanması
6.22.2. Meristem ucu kültürü çalışmalannda dikkat edilecek noktalar
6.2.3. Meristem ucu kültürünün yararlan
6.2.4. Meristem ucu kültürü tekniğinin sınırlamalan
6.3. Virüsten Ari Bitkilerin Üretilmesi
6.3.1. Meristem ucu kültürü
6.3.2. Sıcaklık uygulaması (termoterapi)
6.3.3. Meristem kültürü ile birlikte sıcaklık uygulaması
6.3.4. Kimyasal madde kullanımı (kemoterapi)
6.İ.5. Soğuk uygulaması (krayoterapi)
6.3.6. Mikroaşılama
6.3.7. Virüsten ari bitkilerin kallus ve protoplasttan elde edilmesi
6.3.8. Virüsten ari diğer eksplantlar
iii
6.3.9. Virüslerin tanımlanması
6.4. Bakteri ve Mantarlardan Ari Bitkilerin Üretilmesi
6.5. Sonuç
Kaynaklar
Bölüm 7. Sekonder Metabolit Üretimi.............................................. . 211-261
Atalay Sökmen, Ekrem Gürel
7.1. Giriş
7.2. Sekonder Metabolitlerin Ekonomik Önemi
7.2.1. İlaç olarak kullanılan sekonder metabolitler
7.2.2. Besin katkı maddeleri olarak kullanılan sekonder metabolitler
7.2.3. Parfümeri ve zirai mücadelede kullanılan sekonder metabolitler
7.3. Sekonder Metabolitlerin Üretimi
7.4. Bitki Hücre Kültürleri ve Sekonder Metabolitler
7.5. Bitki Doku ve Hücre Kültürü ile Sekonder Ürünlerin Üretimi
7.5.1. Farklılaşmış ve organize olmuş kültürler ile sekonder metabolitlerin üretimi
7.5.1.1. Kök kültürleri
7.5.1.2. Sürgün kültürleri
7.5.1.3. Embriyo kültürleri
7.5.2. Farklılaşmamış ve organize olmamış kültürler ile sekonder metabolitlerin üretimi
7.5.2.1. Kallus kültürleri
7.5.2.2. Hücre süspansiyon kültürleri
7.6. Süspansiyon Kültürlerinde Büyüme ve Sekonder Metabolit Birikimi
7.7. Süspansiyon Kültürlerinde Sekonder Ürün Veriminin Artırılması
7.7.1. Bitkisel koşullar
7.7.2. Kültür ortamındaki kimyasal koşullar
7.7.2.1. Karbon kaynağı
7.7.2.2. Azot kaynağı
7.7.2.3. Fosfor kaynağı
7.7.2.4. Bitki büyüme düzenleyicileri
7.7.2.5. Diğer elementler
77.2.6. pH
7.7.27. Ozmotik basınç
7.7.3. Kültür ortamındaki fiziksel koşullar
77.3.1. Işık
77.3.2. Sıcaklık
77.3.3. Diğer fiziksel etmenler
7.7.4. Deneysel yaklaşımlar
77.4.1. Öncüller (precursors)
77.4.2. Elisitörler
77.4.3. Tutuklama (immobilizasyon)
77.4.4. Senkronize (eşzamanlı) kültürler
77.4.5. İki aşamalı kültürler
7.8. Biyodönüşüm (biyotransformasyon)
7.9. Biyoreaktörler (fermentörler)
7.10. Genel değerlendirme
Kaynaklar
ıv
Bölüm 8. Mikroçoğaltım............................................................................ . 262-281
Kyfdtreuı-oerjıı, Tilcreın
Gutd
8.1 Giriş
8.2 Mikroçoğaltım Aşamaları
8.2.1. Hazırlık aşaması
8.2.2. Kültür başlangıç aşaması
8.2.2.1. Eksplant seçimi
8.2.2.2. Sterilizasyon
8.2.2.3. Başlangıç ortamları
8.2.2.4. Çevresel faktörler
8.2.3. Sürgün çoğaltım aşaması
8.2.3.1. Besin ortamları
8.2.3.2. Kallus oluşumu
8.2.3.3. Adventif tomurcuk oluşumu
8.2.3.4. Aksiller (koltuk altı) tomurcuk oluşumu
8.2.4. Sürgün gelişimi ve köklendirme aşaması
8.2.5. Dış ortama alıştırma (aklimatizasyon)aşaması
8.3. Mikroçoğaltımda Karşılaşılan Sorunlar
8.3.1. Vitrifıkasyon
8.3.2. Toksik bileşiklerin ortamda birikmesi ve kararma
8.3.3. Kontaminasyon
8.4. Bazı Süs Bitkilerinin Mikroçoğaltım Yöntemleri
Kaynaklar
Bölüm 9. Germplasm Muhafazası............................................................ . 282-323
Yavuz Emeklier
9.1. Giriş
9.2. Bitki Kültürlerinin İn Vitro Muhafazası
9.2.1. Yavaş (azaltılmış) büyütme ile muhafaza
9.2.2. Soğukta muhafaza
9.2.2.1. Dondurma işlemleri ve zararlan
9.2.2.2. Hücre içinde serbest suyun azalması
9.2.2.3. Ondondurma yöntemi
9.2.2.4. Vitrifikasyon (camlaştırma) yöntemi
9.2.2.5. Hızlı soğutma ve hızlı çözündürmeyle ondondurma yönteminin kombinasyonu
9.2.2.6. Hızlı ondondurma yöntemi
9.2.2.7. Kurutma yöntemleri
9.2.2.8. Absisik asitin fizyolojik tepkileri
9.3. Kültüre Edilmiş Materyalin Soğukta Muhafazasında Örnek Kurallar
9.3.1. Yavaş ondondurma kuralları
V, j
9.3.2. Hızlı ondondurma kuralları
: ' V.H
9.3.3. Vitrifıkasyon kuralları
9.3.4 Kurutma kuralları (yapay tohumların soğukta muhafazası) fi 4
9.4. Hücre Kültürlerinin Canlılığına Katkıda Bulunan Bazı Faktörler ,1• v >-1 .i. t > t|. |
f i.r..ı
9.4.1. Gelişme dönemi ŞS | fi
P
9,4.2, Ötıkültür , 1 [
9.4.3. Çözündürme sonrası işlemler ve iyileştirme V p f >
9.4.4. Soğukta muhafazadan dolayı genetik değişmeler ve seleksiyon ' A :
9.4.5. Gelecekteki beklentiler
Kaynaklar '■ -İ "
v
Bölüm 10. Embriyo Kültürü......................................................... . . . 324-344
Betül Bürün, Aynur Gürel
10.1. Giriş
10.2. Embriyo Kültürü İçin Gereksinimler
10.2.1 Besin ortamı bileşimi
10.2.1.1. Mineral maddeler
10.2.1.2. Karbonhidrat ve osmotik basınç
10.2.1.3. Aminoasit ve vitaminler
10.2.1.4. Doğal bitki ekstraktlan
10.2.1.5. Bitki büyüme düzenleyicileri
10.2.2. Kültür koşulları
10.3. Embriyo Kültürünün Uygulama Alanları
10.3.1. Biyolojik temel çalışmalarda embriyo kültürü
10.3.2. Tohumun çimlenmemesi durumunda embriyo kültürü
10.3.3. Islah süresini kısaltmada embriyo kültürü
10.3.4. Yaşamayan embriyoların kurtarılmasında embriyo kültürü
10.3.5. Embriyo kültürü ile haploid bitkilerin üretilmesi
10.3.6. Embriyo kültürü ile tohum canlılıklarının hızlı test edilmesi
10.3.7. Embriyo kültürü ile ender bitkilerin çoğaltılması
10.4. Embriyo Kültüründe Başarıyı Etkileyen Faktörler
10.5. Embriyo Kültürünün Uygulanması
10.5.1. Tohum dormansisinin giderilmesi
10.5.2. Hibrit embriyo kurtarma
10.6. Embriyo Nörs Tekniği
10.7. Embriyo-Kallus Hibritleri
10.8. Sonuç
Kaynaklar
Bölüm 11. Somaklonal Varyasyon................................................ ... 345-367
Betül Bürün
11.1. Giriş
11.2. In Vitro Doğal Varyasyonlar
11.2.1. Somaklonal ve epigenetik varyasyon
11.3. Doku Kültürü Tekniklerinin Varyasyonda Etkileri
11.4. Somaklonal Varyasyonun Orijini
11.5. Somaklonal Varyasyonun Nedenleri
11.5.1. Hücre organizasyonunun varyasyonda etkisi
11.5.2. Doku kaynağındaki varyasyon
11.5.3. DNA metilasyonu
11.5.4. Nükleik asit öncüllerinin kaybı
11.5.5. In vitro hücre bölünmesindeki anormallikler
11.5.6. Bitki büyüme düzenleyicilerinin önemi
11.5.7. Kültür ortamının bileşimi
11.5.8. Kültürel koşullar
11.5.9. Kültür süresi
11.5.10. Genotipin etkisi
11.5.11. Stres
vi
11.6. Somaklonal Varyasyonun Belirlenmesi
î)OfflaWanOİ Yajyasyondan Yararlanma
31,7,
„ v . y —y „ ı Uullatumıtula.lci sorunlar
11.7.2. Bitki ıslahında somaklonal varyasyonun yararları
11.8. İn Vitro Seleksiyon Uygulamaları
11.9. Sonuç
Kaynaklar
Sözlük.. . . ............................................................................................. 368-372
İndeks. . . . ............................................................................................. 373-374
vu
Önsöz (Editörler)
tarımsal üretimin tarım seyrine Dakılüıgmüa, devrim olarak adlandırılan iki önemli
devre göze çarpmaktadır. Bunlardan ilki, üstün varyetelerin elde edilmesi, ticari
gübreler ve ileri agronomik tekniklerin uygulanmasıyla ortaya çıkan yeşil devrim
(green revolution), diğeri ise özellikle son 15 yılda etkisi gittikçe artan ve bitki
biyoteknolojisinin uygulanmasıyla ortaya çıkan gen devrimi (gene revolution)’dir.
Dünya nüfusunun normal bir artış hızıyla 2000 yılında 6.2 milyara, 2025 yılında 8.3
milyara ve 2100 yılında ise 11 milyara ulaşacağı tahmin edilmektedir. Yani 21.
yüzyılın sonunda dünyadaki mevcut kaynakların, şu andakinin 2 katına yakın bir
nüfusu beslemesi gerekecektir. Diğer taraftan, dünya genelinde kişi başına düşen
tahıl ekim alanı 1950-1998 yılları arasında yaklaşık %50 oranında azalarak 2.3
dekardan 1.2 dekara düşmüştür. Birçok ülke açısından bu durum hiçbir sorun teşkil
etmemiştir. Çünkü, verimdeki yeni artışlar tarım alanlarındaki azalmadan
kaynaklanan açığı fazlasıyla kapatmıştır. Fakat verim artış hızında 1990 yılından bu
yana azalma gözlenmektedir. Kişi başına düşen besin tüketimi sabit kalsa bile, 2025
yılına kadar dünya besin üretiminde en az %57’lik bir üretim artışı sağlanması
zorunludur. İşte, bu nedenlerle verimdeki artışların tarım alanlarındaki azalmadan
kaynaklanan verim kaybını karşılayıp karşılayamayacağı kuşkulu olduğundan, üstün
teknolojilere duyulan ihtiyaç gittikçe daha çok önem kazanmaktadır.
Bitki biyoteknolojisi; çeşitli doku kültürü ve genetik mühendisliği tekniklerini
kullanarak bitkilerin moleküler seviyede iyileştirilmesini amaçlamaktadır. Örneğin;
bugün kültürü yapılan bir çok bitki türünün ürettiği etken maddeler laboratuvarda
üretilmektedir. Yine, tarımsal önemi olan genler değişik organizmalardan izole
edilerek kültür bitkilerine kolaylıkla aktarabilmektedir.
Bitkilerin, biyo teknolojik yöntemlerle iyileştirilmesinde doku kültürü yöntemlerine
mutlak bir ihtiyaç vardır. Başka bir ifadeyle, doku kültürü teknikleri kullanılmadan
bitkilerin genetik yolla iyileştirilmesi, an azından şimdilik, mümkün değildir. Bu
nedenle, iki cilt olarak hazırlanan ve doku kültürü ve uygulamalarının işlendiği
bu cildin; bitki ıslahçılarına, biyologlara, temel araştırıcılara, lisans ve lisansüstü
öğrencilerine ve ticari olarak bitkilerin üretilmesi ile ilgili çalışanlara katkı
sağlayacağı düşüncesindeyiz. Ayrıca, dünyadaki büyük biyoteknoloji şirketlerinin
geliştirdikleri yeni çeşit ve ürünlerin patentlerini yüksek fiyadarla geri kalmış ve
gelişmekte olan ülkelere pazarladıkları bir ortamda, bu kitabın; Türkiye’de bu
alandaki açığın kapatılmasına ve ileriye dönük olarak kendi bitkisel
biyoteknolojımızin geliştirilmesine katkı sağlayacağı, ve bitki genetik
mühendisliği ve uygulamalarının işlendiği ikinci cilde de bir basamak teşkil
edeceği inancındayız.
Biz editörler; bu kitabın ortaya çıkmasındaki fedakarane katkılarından dolayı bütün
katılımcı yazarlara, basılması için verdikleri destek ve yardımlarından dolayı Selçuk
Üniversitesi Rektörü Sayın Prof. Dr. Abdurrabman Kutlu?ya, Rektör Yardımcısı Sayın
viii