La micropropagazione vegetale è una tecnica di laboratorio che consiste nella coltivazione in vitro di cellule vegetali, con lo scopo di sfruttare meccanismi di rigenerazione e propagazione per moltiplicare e ottenere nuove piantine geneticamente identiche alla pianta madre.
Le cellule vegetali impiegate provengono da un espianto, ovvero una porzione di tessuto o organo vegetale ottenuto da una pianta madre.
La totipotenza delle cellule vegetali e le condizioni di asepsi degli ambienti di laboratorio sono condizioni fondamentali per l’applicazione di questa tecnica, offrendo vantaggi in ambito agrario e conservazionistico, nonostante le sue criticità.
Introduzione alla micropropagazione in vitro
La micropropagazione è una tecnica di coltura in vitro che prevede l’ottenimento di nuove piante a partire da espianti, ovvero tessuti e organi vegetali, come foglie e semi, provenienti da una pianta madre.
Lo sviluppo delle piante in vitro avviene in appositi terreni di coltura arricchiti di regolatori della crescita, soprattutto da ormoni vegetali.
La coltivazione deve avvenire in un ambiente controllato, dove i parametri di temperatura, umidità e luce devono rientrare entro valori ottimali per garantire lo sviluppo delle piante.
Inoltre è fondamentale la sterilità dell’ambiente di laboratorio e delle strumentazioni impiegate, al fine di prevenire contaminazioni da agenti patogeni che potrebbero compromettere l’intero processo.
Principi della micropropagazione in vitro
Il principio fondamentale della micropropagazione è la totipotenza, la capacità delle cellule di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata per rigenerare nuove intere piante, la quale si manifesta grazie alla capacità di esprimere l’intero genoma della pianta.
La totipotenza viene acquisita grazie alla dedifferenziazione dei tessuti e cellule vegetali quando coltivati in terreni di coltura caratterizzati da ormoni vegetali, assieme a condizioni ambientali adeguate.
In seguito, avviene la divisione cellulare attiva che porta alla moltiplicazione del numero di cellule esistenti.
Nelle aree di attiva divisione cellulare danno spesso la formazione di un callo, una massa di cellule vegetali disorganizzate e non differenziate, e di meristemi apicali che daranno successivamente forma a fusti e radici.
Avvengono quindi l’organogenesi e embriogenesi somatica che portano alla formazione dei vari organi e apparati della pianta, divenendo così completamente formata.
Definizioni: Organogenesi e Embriogenesi somatica.
- Organogenesi: formazione di nuovi organi, come germogli e radici, a partire dalle cellule vegetali. Nella micropropagazione, tendenzialmente, si osserva prima la formazione del fusto, poi quella delle radici, dipendentemente dalle condizioni in cui l’espianto è coltivato.
- Embriogenesi somatica: le cellule somatiche si differenziano in embrioni, senza che sia avvenuto un processo di fecondazione. Nella micropropagazione, il fusto e l’apparato radicale tendono a formarsi simultaneamente.
A seconda del tessuto coinvolto, entrambi i processi possono avvenire in modo diretto (a partire da un tessuto o organo differenziato, come germogli, foglie, ecc…) o indiretto (a partire da un callo in proliferazione).
Inoltre, è fondamentale mantenere condizioni di asepsi durante l’intera procedura di sviluppo in vitro per prevenire le infezioni da agenti patogeni.
I principali mezzi usati sono:
- Gas di ossido di etilene
- Autoclavi
- Raggi gamma
- Sterilizzatori a biglie di vetro
- Becco Bunsen
- Agenti chimici disinfettanti
Inoltre sono fondamentali le cappe a flusso laminare dotate di filtri HEPA per mantenere un ambiente sterile durante la manipolazione degli espianti e utilizzo delle strumentazioni.
Micropropagazione in vitro: procedura
1. Selezione della pianta madre
La prima fase della micropropagazione in vitro consiste nella selezione e prelievo dell’espianto da una pianta madre sana.
Nella selezione sono preferite le piante coltivate in serra, perché provenienti da un ambiente controllato, e soprattutto quelle “giovani”, siccome hanno maggior capacità di adattarsi alla coltura in vitro rispetto a quelle di età più avanzata.
2. Raccolta dell’espianto
Gli espianti comunemente prelevati sono meristemi, apici vegetativi e gemme indotte al germoglio.
Se necessario, gli espianti si possono conservare in buste di plastica, ed eventualmente in frigorifero, a 3 – 4 °C, per i periodi prolungati.
Successivamente verranno trasferiti nel terreno nutritivo, principalmente a base di agar, in condizione rigorosamente asettica.
Durante la crescita e lo sviluppo in vitro, è fondamentale mantenere costanti e ottimali i parametri ambientali, in particolare:
- Temperatura, solitamente tra 22 e 27 °C;
- Umidità relativa, parametro che dipende dalle piante coltivate;
- Luce emessa da lampade fluorescenti.
3. Moltiplicazione
Nella fase di moltiplicazione, le masse di tessuti vengono allestiti in terreni di coltura con appositi regolatori della crescita, principalmente ormoni vegetali, per indurre la proliferazione di propaguli clonali, come germogli e calli.
I propaguli prodotti possono essere ricoltivati per moltiplicare l’effettivo numero di piante in produzione, fase che può essere ripetuta finché viene ne raggiunto il numero desiderato.
4. Allungamento e radicazione
La seguente fase arresta la moltiplicazione in corso per iniziare il processo di formazione completa della pianta.
Nello specifico viene indotta la radicazione, quindi lo sviluppo dell’apparato radicale, l’allungamento del fusto ed eventualmente la formazione di organi di riserva, come bulbi e tuberi.
Questa fase è necessaria per stimolare la fotosintesi, così da rendere le piante autonome e pronte per la fase di acclimatazione.
5. Acclimatazione
Quando radici e fusto sono abbastanza sviluppati, le piante vengono messe a dimora in campo, vivaio o serra.
Vantaggi
La micropropagazione vegetale è una pratica caratterizzata da una serie di vantaggi.
Innanzitutto, questa tecnica permette sia una moltiplicazione veloce, illimitata ed esponenziale delle piante in brevi tempi, sia di mantenerle in ambiente sterile per prevenire le infezioni batteriche, fungine e virali.
Inoltre, la capacità di moltiplicare velocemente le piante risulta utile in caso di ridotto numero di individui, ma anche per le piante ibride, dal genotipo raro e per le specie in via di estinzione.
Elimina ulteriormente i vincoli di produzione a seconda delle stagionalità e dell’ambiente, permettendo di conseguenza la produzione di cibo nei paesi in via di sviluppo, per esempio.
Infine non richiede l’utilizzo di pesticidi e non sono coinvolti OGM.
Svantaggi e ostacoli
La tecnica comporta costi elevati per la realizzazione del sistema di micropropagazione e per la continuativa necessità di prodotti consumabili come agenti gelificanti, nutrienti organici e inorganici, ormoni vegetali, ecc…
Richiede personale qualificato e infrastrutture adeguate, con dispositivi per garantire ambienti di laboratorio controllati e strumentazioni idonee per la sterilizzazione dell’ambiente e degli strumenti.
Di fatto sono condizioni necessarie per evitare perdite economiche dovute a eventuali contaminazioni o condizioni ambientali inadeguate per le piante coltivate.
Infine, si tratta di un metodo di clonazione, quindi non genera variabilità genetica nelle piante prodotte.
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Fonti
Perché eseguire la micropropagazione delle piante in modo automatizzato? – RAYPA
Micropropagazione del Dottor Davide Petrini – Fasi micropropagazione
Le colture in vitro per il fitorimedio – M. Capuana
Plant Cell Culture: Essential Methods – Michael R. Davey, Paul Anthony