Pflanzenreproduktion

Zwei Gruppen von Phytohormonen, die Auxine und Cytokinine, sind maßgeblich an der Regulierung von Wachstum und Differenzierung beteiligt. So haben unter anderem Untersuchungen an Tabakpflanzen belegt, dass das Konzentrationsverhältnis von Indolessigsäure (IES), einem Auxin, zu Kinetin, einem Cytokinin, entscheidend für den jeweilig realisierten Differenzierungsprozess ist. Dabei entnimmt man einer Pflanze ein steriles Explantat, das nach Möglichkeit noch meristematisches Gewebe (z. B. Kambium) enthalten sollte.

Dieses Explantat überträgt man auf einen ebenfalls sterilen Nährboden, der durch Agar verfestigt wurde und die jeweiligen Phytohormon-Konzentrationen enthält. Bevor man mit der gezielten Reproduktion von Pflanzen beginnen kann, müssen die konkreten Werte experimentell ermittelt werden.

Will man erbgleiche Pflanzen in großer Stückzahl reproduzieren, wendet man heute Sterilarbeitstechniken an. Dabei wird das Explantat nach Desinfektion auf einen Nährboden gegeben, der lebhafte Zellteilung initiiert, ohne Differenzierung zuzulassen. Es entsteht ein undifferenzierter Zellhaufen – ein Kallus. Dieser Kallus wird in eine Suspensionskultur gegeben, deren Phytohormone ebenfalls Zellteilung induzieren. Da diese Kultur ständig geschüttelt wird, lösen sich die neu gebildeten Zellen ab, und es entsteht eine Ein-Zell-Suspension. Nach entsprechender Zellvermehrung, werden jeweils wenige Milliliter der Lösung erneut auf Nährböden ausplattiert, die Kalluswachstum auslösen. Sind die Kalli hinreichend groß, werden sie auf Nährboden zur Sprossdifferenzierung übertragen. Anschließend erfolgt eine Umsetzung auf Nährboden, der Wurzelbildung auslöst. Auf diese Art und Weise kann man aus einer Pflanze, die die vom Züchter gewünschten Eigenschaften trägt, Millionen genetisch gleichartiger Pflanzen erzeugen. Diesen Prozess bezeichnet man als Klonieren.

Normalerweise lassen sich artfremde Pflanzen nicht problemlos kreuzen. Auch hier bietet die sterile Kultur eine neue Möglichkeit. Entfernt man bei Zellen einer Suspensionskultur durch Zugabe von Cellulase die Zellwand, erhält man „nackte“ Pflanzenzellen – Protoplasten. Diese Protoplasten kann man unter dem Einfluss eines elektrischen Felds oder von Ethylenglykol zur Fusionierung bringen. Bei der Protoplastenfusion von Zellen verschiedener Arten entstehen somatische Hybride. Tomoffel ist beispielsweise eine solche somatische Hybride aus Tomate und Kartoffel. Sie wurde jedoch kein wirtschaftlicher Erfolg.
Somit ergibt sich die prinzipielle Möglichkeit, Eigenschaften zweier Pflanzenarten zu kombinieren. In der Praxis gelingt dies jedoch nur zwischen näher verwandten Arten. Heute ist es auch möglich, Pollen oder Eizellen zum Wachstum in Sterilkultur anzuregen. Dadurch erhält der Züchter haploide Pflanzen, bei denen alle Allele im Phänotyp repräsentiert sind. Nach Verdoppelung der Erbinformation erhält er reinerbige Linien, die er dann gezielt miteinander kombinieren kann.
Isolierte Pflanzenzellen in Sterilkulturen können gentechnisch verändert werden. Über Kalluskulturen können aus diesen Zellen dann wieder vollständige Pflanzen mit gezielt eingebauten neuen Genen gewonnen werden (transgene Pflanzen).