Kultura biljaka in vitro
U Botaničkoj bašti je otvorena izložba “ZELENI SVETOVI – biljke u kulturi in vitro i alge u bioreaktorima”. Posetioci će imati priliku da saznaju šta je in vitro tehnika i kako se izvodi, koji je značaj gajenja biljaka u in vitro sistemima kako za fundamentalna istraživanja tako i za aplikativnu primenu u hortikulturi, poljoprivredi, šumarstvu, biotehnologiji i farmaciji. Izloženi su različiti primerci ekonomski značajnih vaskularnih biljaka, biljaka koje se koriste u hortikulturi, kao i primerci retkih i ugroženih biljnih vrsta. Pored vaskularnih biljaka posetioci će moći da vide i briofite (mahovine) u kulturi in vitro, među kojima je najveći broj vrsta koje su retke i ugrožene i koje predstavljaju modele u konzervaciji, kako bi se ojačale njihove populacije u prirodi. Uz to, u stakleniku su izložene i alge u bioreaktorima i akvarijumima.
Šta je kultura biljaka in vitro?
Kultura biljaka in vitro je skup tehnika za gajenje biljaka i njihovih delova u kontrolisanim, sterilnim uslovima, na veštačkim hranljivim podlogama. Izraz „in vitro“ na latinskom jeziku znači „u staklu“, a koristi se zbog toga što se biljke gaje u zatvorenim sudovima koji su od stakla, mada danas mogu biti i od specijalne plastike.
Gajenje biljaka u kulturi in vitro zasniva se na njihovoj sposobnosti za vegetativno razmnožavanje, odnosno sposobnosti da iz delova (krtola, lukovica, reznica, rizoma) formiraju, tj. regenerišu, organe i cele biljke, koji su u genetičkom smislu identični početnom materijalu (klonovi), zbog čega se ovakvo razmnožavanje još naziva i klonskim razmnožavanjem. Za razliku od seksualnog (generativnog) razmnožavanja, aseksualno (vegetativno) razmnožavanje omogućava potpuno očuvanje roditeljskih osobina kod potomstva. Zbog toga se in vitro kultura biljaka koristi za dobijanje i umnožavanje velikog broja uniformnih, identičnih biljaka koje mogu da se prenesu u staklenike, polje ili prirodna staništa i da tamo, posle procesa prilagođavanja na drugačije uslove (aklimatizacija), nastave da rastu i razvijaju se.
Kultura biljaka in vitro podrazumeva različite tipove kultura i njena prednost nad drugim načinima gajenja biljaka se sastoji u mogućnosti dobijanja velikog broja genetički i fiziološki istih biljaka, na relativno malom prostoru i uz relativno mala finansijska ulaganja..
Kulture biljaka in vitro se koriste u biljnoj biotehnologiji, poljoprivredi, cvećarstvu, šumarstvu, farmaciji, istraživanjima, ali i za masovnu, komercijalnu proizvodnju biljnog materijala. U poslednje vreme kultura biljaka in vitro ima sve veću primenu u konzervaciji – zaštiti retkih i ugroženih vrsta biljaka.
Šta se gaji u kulturi biljaka in vitro?
Najčešće se u kulturi in vitro gaje izdanci i izolovani korenovi, ali se mogu dobiti i kulture pojedinačnih ćelija (suspenzije ćelija i kulture nezrelih polenovih zrna), kulture embriona i kulture kalusa (kalus = masa neorganizovanih, nespecijalizovanih ćelija koje se intenzivno dele).
Šta su hranljive podloge i iz čega se sastoje?
Veštačke podloge na kojima se gaje biljke in vitro su određenog sastava koji zavisi od biljne vrste, tipa kulture i toga šta je cilj kulture – održavanje kultura, umnožavanje (multiplikacija) biljnog materijala ili formiranje biljnih organa i celih biljaka.
Svaka hranljiva podloga za gajenje biljaka in vitro mora sadržati sve sastojke potrebne za rastenje i razvoj biljaka, a pre svega vodu i mineralne elemente. Mineralni elementi se dodaju u obliku soli rastvorljivih u vodi, u određenim koncentracijama koje odgovaraju potrebama biljaka za pojedinim elementima. Ostali sastojci se dodaju prema potrebi i to mogu biti šećeri, vitamini, različita azotna organska jedinjenja i biljni hormoni.
Hranljive podloge mogu biti čvrste ili tečne. U čvrste podloge se dodaju supstance kao što je agar, čiji je rastvor na višim temperaturama tečan, a prilikom hlađenja očvrsne i formira želatinoznu podlogu – gel koji onda daje potporu za razvoj biljnog materijala. Priprema čvrstih podloga podrazumeva kuvanje. Neke biljne kulture, kao što su kulture izdanaka, mogu se gajiti isključivo na čvrstim podlogama. Tečne podloge se ne zagrevaju prilikom pripreme, ali kulture biljaka koje se razvijaju u njima zahtevaju stalan dotok kiseonika i njegovo mešanje sa tečnom podlogom (zbog procesa ćelijskog disanja). To se postiže stalnim kružnim pokretanjem sudova sa kulturama (za to se koriste aparati koji se nazivaju rotacione mešalice).
Bitan uslov za gajenje biljaka in vitro je sterilnost, odnosno odsustvo bilo kojih drugih živih organizama osim biljaka u sudovima sa kulturama. To se naročito odnosi na bakterije i plesni koje koriste hranljive sastojke iz podloge, brzo se razmnožavaju i tako ometaju normalno rastenje i razviće biljaka u kulturama. Radni prostor, hranlive podloge, instrumenti i sudovi za rad se sterilišu na različite načine, pre korišćenja. Rad sa biljnim materijalom se odvija u posebnim uređajima, laminarnim komorama, u kojima je radni prostor sterilan. Sterilnost se postiže protokom vazduha koji je profiltriran kroz specijalne, tzv. apsolutne filtere (tako da ne sadrži ni prašinu, ni bakterije, ni spore plesni) kroz radni prostor. Protok vazduha se odvija u slojevima koji klize jedan preko drugog, bez turbulencija i mešanja, čime se sprečava ulazak bakterija i spora plesni iz okolnog u radni prostor. Za rad u sterilnim uslovima je potrebna prethodna obuka.
Biljni materijal se postavlja (u laminarnoj komori), pomoću sterilnih instrumenata (pincete i skalpeli) na sterilisane hranljive podloge koje se nalaze u staklenim sudovima, a zatim se sudovi zatvaraju ili zapušačima od gaze i vate ili metalnim poklopcima sa otvorima u kojima je hidrofobna vata (zatvarači su sterilisani zajedno sa sudovima koji sadrže podloge). Bitno je da zatvarači obezbede dobru razmenu gasova bez narušavanja sterilnosti u sudovima, odnosno da omoguće izlazak ugljen-dioksida i etilena (nastaju tokom metabolizma biljnih ćelija u kulturama) i ulazak kiseonika, a da spreče izlazak vodene pare iz sudova (kako se podloge ne bi isušile). Sudovi sa kulturama se zatim gaje u sobama ili komorama sa kontrolisanim uslovima, tokom dve do 5 nedelja. Fizički uslovi koji se kontrolišu u komorama za gajenje kultura biljaka in vitro su: kvalitet svetlosti koji zavisi od izbora sijalica (danas su to LED sijalice), intenzitet svetlosti, dužina dana, temperatura i relativna vlažnost vazduha. Kontrola uslova podrazumeva održavanje tih uslova u granicama koje su pogodne za rastenje i razviće biljaka. Standardna temperatura u komorama za gajenje biljaka in vitro iznosi 22±2 °C (za mahovine 18 °C). Na kraju perioda gajenja u komorama biljke se ili ponovo prenose na svežu hranljivu podlogu (tako što se isecaju njihovi delovi iz kojih će se razviti nove biljke) kako bi se obezbedila njihova trajna kultura in vitro, ili se iznose iz sudova, sade u saksije sa zemljom i aklimatizuju na uslove u staklari kako bi zatim mogle da nastave da se razvijaju u polju ili prirodnom staništu.
Izložene Biljke
Balkanska dioskoreja (Dioscorea balcanica Košanin)
Višegodišnja, zeljasta puzavica iz porodice Dioscoreaceae, koja dostiže visinu od 2 do 5 m. Ovu vrstu je otkrio Nedeljko Košanin, upravnik Botaničke bašte „Jevremovac“, 1914. godine u šumama severne Albanije. Ova vrsta je endemit Balkanskog poluostrva. Njena prirodna staništa su na području Kosova i Metohije, Makedonije, Crne Gore i severne Albanije. U Crnoj Gori raste u okolini Nikšića i stavljena je pod zaštitu (Pulević, 1973.). Zastupljena je u šumama grabića, graba i bukve na stenovitim krečnjacima. Podzemni organi produkuju alkaloide, tanine i saponine (diosgenin), jedinjenja koja su značajna za farmaceutsku industriju. Diosgenin je početno jedinjenje za komercijalnu proizvodnju hormona kortikosteroida, koji se koriste u medicini, za lečenje ljudi i životinja.
Pustinjska ruža (Adenium obesum)
Sukulentna biljka čija su prirodna staništa područja južno od Sahare, tropski i suptropski delovi Istočne i Južne Afrike i Arabijsko poluostrvo. Raste sporo kao mali žbun ili drvo visine do 2,5 m na područjima gde noćne temperature ne padaju ispod 10 °C. Gaji se i kao sobna ukrasna biljka. Po svom izgledu podseća na bonsai. Obilno cveta od proleća do jeseni. Pustinjska ruža sadrži kardioglikozide, jedinjenja koja se koriste za lečenje srčanih oboljenja. Sok biljke je otrovan, a afrička plemena njime premazuju vrhove strela koje koriste u lovu i ribolovu.
Peperomija, biberovac (Peperomia sp.)
Višegodišnja biljka poreklom iz Srednje i Južne Amerike. Njena prirodna staništa su na Floridi, u Meksiku i na Karipskim ostrvima. Raste od marta do septembra, a onda prelazi u zimsko mirovanje. Gaji se kao ukrasna sobna biljka zbog atraktivnih listova, koji su različitih oblika i boja u zavisnosti od vrste. Ne traži mnogo vode, a listovi se obezbojavaju na direktnoj sunčevoj svetlosti.
Stidljiva mimoza (Mimosa pudica)
Jednogodišnja ili višegodišnja tropska biljka iz porodice mahunarki (Fabaceae). Potiče sa Kariba i Južne i Centralne Amerike, a naseljava tople predele južne Azije, Južne i Zapadne Afrike, Australije i SAD kao pririrodna staništa. Stidljiva mimoza je zanimljiva po sposobnosti da brzo sklapa i pomera listove pod uticajem dodira, vetra, toplote i promene intenziteta svetlosti. Ova adaptacija je štiti od biljojeda i insekata. Može da raste na zemljištu siromašnom azotom, jer, kao i sve mahunarke, živi u simbiozi sa specifičnim zemljišnim bakterijama koje vezuju azot iz atmosfere u organska jedinjenja potrebna biljci. Stidljiva mimoza na taj način i obogaćuje zemljište na kojem živi azotnim jedinjenjima, što poboljšava rastenje i razviće drugih vrsta biljaka na tom staništu. Poznato je da ova vrsta povlači iz zagađenog zemljišta i akumulira u svojim listovima teške metale kao što su bakar, cink i olovo, te na taj način obavlja fitoremedijaciju („lečenje“ zemljišta od zagađenja). Ova zanimljiva i korisna biljka se može se gajiti i kao sobna biljka.
Venerina muholovka (Dionaea muscipula)
Višegodišnja, rozetasta biljka-mesožderka iz porodice Droseraceae, poreklom iz suptropskih močvara Severne i Južne Karoline u Severnoj Americi. Zbog nedostatka azotnih hranljivih materija na prirodnom staništu, razvila je adaptaciju listova koja se sastoji u dugačkim dlakama po obodu. Dlake su osetljive na dodir i njihov višestruki nadražaj dovodi do pokreta sklapanja listova i zarobljavanja insekta. Pokret listova Venerine muholovke je najbrži u biljnom carstvu. Listovi zatim luče enzime koji „svare“ ulovljenog insekta, a biljka se snabde neophodnim azotnim jedinjenjima. Često se gaji kao ukrasna biljka zbog neobičnog izgleda listova sa zanimljivom funkcijom.
Ladolež (Ipomoea purpurea)
Jednogodišnja puzavica iz porodice Convolvulaceae, rasprostranjena po umerenim i suptropskim regionima sveta. Potiče iz Centralne Amerike. Raste brzo i može dostići do 3 m visine. Gaji se kao ukrasna biljka koja gusto obrasta ograde vrtova formirajući zeleni zid svojim srcolikim listovima. Formira cvetove raznih boja, koje variraju od sorte do sorte. Cveta od juna do septembra.
Drvo života (Yucca sp.)
Višegodišnja, zimzelena, drvenasta vrsta iz porodice Agavaceae. Poznato je četrdesetak vrsta ovog roda koje prirodno rastu u Americi, na staništima kao što su pustinje, morske obale i prerije, međutim, veoma su prilagodljive i mogu rasti na otvorenom, na travnjacima, i u drugim područjima uključujući i umeren klimatski pojas. Vrste roda Yucca potiču iz suvih oblasti Južne, Severne i Centralne Amerike i Kariba. Neke vrste rastu na staništima nadmorske visine do 1800 m, a ima i vrsta koje mogu podneti temperature do -25 °C. Gaje se i kao ukrasne sobne biljke atraktivnog izgleda, zbog sabljastih listova koji formiraju rozetu na vrhu stabla. Delovi mnogih vrsta se koriste za jelo (listovi, cvetovi, plodovi i semena). Saponini, hemijska jedinjenja iz korena drveta života koriste se u farmaceutskoj industriji, a različiti delovi biljaka u narodnoj medicini. Ekstrakt stabla drveta života je lekovit jer ubrzava metabolizam i procese izlučivanja, te se koristi za detoksikaciju ljudskog organizma.
Krompir (Solanum tuberosum)
Višegodišnja biljka iz porodice Solanaceae, poreklom sa Anda (Južna Amerika). Krompir je gajen u Peruu I Boliviji 2500 godina p.n.e., a u Evropu je dospeo krajem 16. veka, posredstvom španskih moreplovaca. U prvo vreme Evropljani su ga gajili kao ukrasnu biljku u baštama, a tek kasnije je ušao u poljoprivrednu praksu. Krompir se danas gaji u celom svetu i četvrta je po važnosti poljoprivredna kultura. Postoji veliki broj sorti krompira koje se razlikuju po izgledu krtola, hranjivoj vrednosti i produktivnosti. Jedini jestivi deo biljke su krtole, dok su svi ostali delovi blago otrovni zbog prisustva jedinjenja koja štite biljku od bakterijskih i gljivičnih patogena. Krompir se umnožava isključivo vegetativnim putem, iz krtola. U komercijalnoj proizvodnji “semenskog” materijala krompira (male krtole), svi veliki proizvođači u svetu koriste kao prvi korak umnožavanje biljaka u kulturi in vitro. Krtole krompira predstavljaju jednu od najzastupljenijih namirnica u ishrani ljudi. Bogate su skrobom, visokokvalitetnim proteinima, mineralima i vitaminima.
Batat, slatki krompir (Ipomoea batatas)
Višegodišnja tropska biljke iz porodice Convolvulaceae. Poreklom je iz Srednje i Južne Amerike. Zbog zadebljalog korena podseća na krompir iako nisu srodne vrste. Boja zadebljalog korena varira od žute, preko narandžyste, pa do ljubičaste boje. Gaji se kao poljoprivredna kultura najviše u Aziji, Africi i Americi. U ishrani se koriste zadebljali korenovi, ali su i ostali delovi biljke jestivi, što nije slučaj sa krompirom. Značajan je u ishrani zbog slatkastog ukusa i visokog sadržaja proteina, minerala, vitamina, antioksidanasa i dijetnih vlakana. Naročito je pogodan za ishranu dijabetičara. Sadrži visok procenat beta-karotena, pigmenta koji daje boju gomoljima, služi za sintezu vitamina A kod ljudi i štiti od kancerogenih oboljenja. Zeleni delovi biljke se koriste u stočnoj ishrani.
Cvekla (Beta vulgaris rubra)
Dvogodišnja biljka iz porodice Amaranthaceae, poreklom sa obala Mediterana. Cvekla je gajena još 2000 godina p.n.e na Bliskom Istoku, u drevnom Egiptu, Grčkoj i Rimu. Koristi se u ishrani ljudi, naročito zadebljali koren u kojem se nagomilavaju hranjive materije, ali i mladi listovi. Danas se gaji kao povrtarska kultura. U zadebljalim korenovima cvekle nalaze se značajne količine ugljenih hidrata, važnih minerala i vitamina, a naročito vitamina B12. Cvekla se koristi i kao lekovita biljka u narodnoj i savremenoj medicini, za poboljšanje krvne slike, protiv ateroskleroze i kancera, pri regulaciji krvnog pritiska i rada želuca, creva i žuči. U korenu cvekle nalazi se velika količina pigmenata betalaina, koji daju boju korenu, a mogu da ublaže posledice radioaktivnog zračenja.
Rotkva, rotkvica (Raphanus sativus)
Jednogodišnja ili dvogodišnja zeljasta biljka iz porodice Brassicaceae, poreklom iz jugoistočne Azije. Gaji se kao povrtarska kultura. Postoji veliki broj varijeteta rotkve. U ishrani se koriste zadebljali korenovi i mladi listovi, sa niskim sadržajem ugljenih hidrata, a bogati vitaminom C i antioksidansima. Rotkvica ima i lekovita svojstva – smanjuje rizik nastanka srčanih oboljenja, reguliše rad žuči, čisti jetru i disajne puteve. Rotkvice sadrže jedinjenja koja regulišu nivo šećera u krvi. Neke sorte se gaje za potrebe industrije ulja, a koriste se i kao prateće biljke uz druge vrste zbog svog oštrog mirisa koji odvraća mnoge štetočine.
Grčki, sitnolisni bosiljak (Ocimum basilicum)
Bosiljak je jednogodišnja, dvogodišnja ili višegodišnja (zavisno od klimatskih uslova gajenja), zeljasta biljka iz porodice Lamiaceae. Poreklom je iz Indije, gde predstavlja simbol dobrodošlice. U Evropu su ga doneli Grci i Rimljani u Starom veku. Postoji veliki broj varijeteta i hibrida bosiljka. Gaji se i kao sobna i kao baštenska biljka. Grčki bosiljak je sorta za koju su karakteristični sitni listovi, žbunasta, loptasta forma i jači miris nego kod običnog bosiljka. Biljke rastu do visine od 20 cm. Kao aromatična biljka sa listovima jakog mirisa i ukusa, koristi se u kulinarstvu kao začin. Naročito je omiljen i zastupljen u Grčkoj. Koristi se i kao lekovita biljka zbog svojih antimikrobnih, protivupalnih i antioksidativnih svojstava. Etarsko ulje bosiljka se može koristiti i za zaštitu od insekata, jer ih odbija.
Tamni, ljubičasti bosiljak (Ocimum basilicum)
Tamni bosiljak, za razliku od zelenih varijeteta bosiljka, u svojim listovima sadrži pigment antocijanin koji im daje tamnu, ljubičastu boju i čini biljku dekorativnijom. Antocijanin ima i lekovito svojstvo – potpomaže čišćenje krvnih sudova. Kao začinska biljka, tamni bosiljak ima jači ukus od zelenog, koji podseća na ukus đumbira. Tamni bosiljak u bašti rasteruje bele mušice i tako štiti okolne biljke od ovih štetočina.
Kućna radost (Hypoestes phyllostachya)
Žbunasta, zeljasta cvetnica iz porodice Acanthaceae. Potiče sa Madagaskara. Široko je rasprostranjena u tropskim i suptropskim oblastima oko Indijskog okeana. Gaji se zbog dekorativnih, šarenih listova kao višegodišnja, sobna biljka, ili kao jednogodišnja biljka u vrtovima.
Kupina (Rubus fruticosus)
Višegodišnja, zeljasta puzavica, koja raste kao žbun do 3 m visine, iz porodice Rosaceae. Rasprostranjena je u umerenom klimatskom pojasu Evrope i Azije. Kao vrlo invazivna biljka, zauzima sva zapuštena i neuređena zemljišta na kojima raste kao korov. Divlja kupina raste po ivicama šuma i polja. Postoje i brojne sorte pitome kupine koja se gaji kao voćna kultura. Plodovi kupine zastupljeni su u ishrani ljudi još od kamenog doba. Od antičkih vremena poznata je i kao lekovita biljka. Zbog bogatog sadržaja minerala, vitamina C i E, etarskih ulja i brojnih lekovitih supstanci, koristi se za jačanje imuniteta, čišćenje jetre, kod zarastanje rana, a ima i protivupalno, antikancerogeno i antioksidativno dejstvo. Lekoviti su svi delovi biljke, a najviše se koriste čaj od listova i kupinovo vino, koje je efikasno u lečenju malokrvnosti.
Jabučasti eukaliptus (Eucalyptus gunnii)
Višegodišnja, drvenasta, zimzelena vrsta iz porodice Myrtaceae. Potiče iz Australije i endemit je u Tasmaniji, gde naseljava visoravni i planine do 1100 m nadmorske visine. Danas se gaji po vrtovima širom sveta. Dobro podnosi mraz, zbog čega se danas sadi kao ukrasno drvo u Britaniji i Zapadnoj Evropi. Brzo raste i može dostići visinu do 35 m. Gaji se i kao sobna biljka zbog dekorativnih listova oblika novčića i neobične boje, kao i zbog toga što prečišćava vazduh u zatvorenom prostoru. Jabučasti eukaliptus je značajna lekovita biljka. Listovi su mirisni i oslobađaju etarska ulja kada se protrljaju ili zapale. Etarsko ulje ove vrste se koristi u različitim oblicima (infuzije, tinkture i sl.) za terapiju oboljenja disajnih puteva, reumatizma i migrena, ili za dezinfekciju.
Ukrasni kupus (Brassica oleracea var. Grane bicolor)
Jednogodišnja ili dvogodišnja ukrasna biljka iz porodice Cruciferae. Raste do visine od 50 cm. Gaji se kao ukrasna baštenska biljka zbog bujne dvobojne lisne rozete. Podnosi niske temperature do -12 °C, te zimi predstavlja redak ukras. Gaji se i kao sobna saksijska biljka. Koristi se u ishrani.
Izložene vrste briofita
Drepanocladus aduncus (Hedw.) Warnst. (fam. Amblystegiaceae)
Vrsta je veoma varijabilna sa mnoštvom morfološki različitih formi, od potpuno terestričnih do vodenih. Pleurokarpna je, što ukazuje da se reproduktivni organi nose bočno, dok se vršni rast nastavlja. Prostratna je, dakle može da prekrije velike površine na staništu. Širokog je rasprostranjenja na području severne hemifere, gde naseljava vlažna staništa u umerenom klimatu. Dobro podnosi zaslanjena tla. Dvodoma je vrsta i zbog toga retko formira sporofite.
Prema Crvenoj listi briofita Evrope ukupna evropska populacija ne smatra se ugroženom, ali je nacionalno retka i ugrožena u Austriji (IUCN: EN), Sloveniji i Portugalu (IUCN: NT).
Entosthodon pulchellus (H. Philib.) Brugués (fam. Funariaceae)
Ova vrsta naseljava primarne slojeve zemljišta koji su u bliskom kontaktu sa krečnjačkom podlogom ili prototlo zidova starih građevina. Obično raste sa drugim pionirskim vrstama briofita. Oganičenog je submetiteransko i subatlanskog rasprostranjenja. Pripada grupi akrokarpnih mahovina, dakle formira reproduktivne organe na vrhovima izdanaka i tada prestaje da raste ortotropno, već se širi bočno. Jednodoma je vrsta, na istoj biljci formira i muške i ženske polne organe, ima brz životni ciklus i najčešće je lako uočljiva kada formira sporofite.
Prema Crvenoj listi briofita Evrope ne smatra se ugroženom vrstom na teritoriji Evrope, ali je nacionalno retka i ugrožena u Švajcarskoj i Austriji (IUCN: CR), Velikoj Britaniji, Irskoj, Češkoj, Nemačkoj, Sloveniji (IUCN: EN) i Mađarskoj (IUCN: NT).
Atrichum undulatum (Hedw.) P. Beauv. (fam. Polytrichaceae)
Rasprostranjena je širom Evrope, Severne Amerike i Azije, gde naseljava zasenčena mesta u okviru prizemnog sprata šuma. Ovo je jedna od najkrupnijih i najupadljivijih akrokarpnih mahovina Evrope. Dvodoma je vrsta koja često u prirodi formira sporofit generaciju.
Pokazuje veliku sposobnost da toleriše isušivanje. Osetljiva je na prisustvo teških metala, što je čini dobrim bioindikatorom.
Prema Crvenoj listi briofita Evrope ne smatra se ugroženom vrstom na teritoriji Evrope, iako je regionalno ugrožena u nekim njenim delovima.
Drepanocladus sendtneri (Schimp. ex H. Müll.) Warnst. (fam. Amblystegiaceae)
Za razliku od D. aduncus sa kojom je srodna, ova vrsta je veoma retka i lokalno prisutna na područjima severne hemisfere koja se sezonski plave, kao što su obale jezera, te u močvarama i barama, na krečnjačkim terenima. Jedna je od krupnijih pleurokarpnih vrsta. Jednodoma je, a retko formira sporofite, odnosno seksualno razmnožavanje često izostaje.
Zbog čestih suša, izmenjenih vodnih režima staništa, promene statusa dostupnih nutrijenata, brojnost populacije je u opadanju, što utiče na njen konzervacioni status. Stoga je prema Crvenoj listi briofita Evrope, kategorisana kao ranjiva vrsta (IUCN: VU). Vrsta je retka i nacionalno ugrožena u Austriji, Češkoj, Holandiji, Švajcarskoj (IUCN: CR), Finskoj, Irskoj, Velikoj Britaniji, Sloveniji, Mađarskoj (IUCN: EN), Bugarskoj, Srbiji i Sloveniji (IUCN: VU).
Hypnum imponens Hedw. (fam. Hypnaceae)
Ova vrsta naseljava oblasti umereno kontinentalne do planinske klime severne hemisfere. Veoma često naseljava vlažna, zasenčena staništa. Po svom crvenskasto-braon kauloidu (stabaocetu) jasno se razlikuje od drugih vrsta iz roda. Jednodoma je, ali retko formira sporofite.
Iako ima široko rasprostranjenje, populacije su u blagom opadanju, pa je vrsta prema Crvenoj listi briofita Evrope, kategorisana kao “blizu ugroženosti” (NT – Near Threatened). Nacionalno je retka i ugrožena u Španiji, Češkoj, Holandiji (IUCN: CR), Nemačkoj (IUCN: EN), i Švajcarskoj (IUCN: VU).
Hennediella heimii (Hedw.) R. H. Zander (fam. Pottiaceae)
Za razliku od drugih predstavnika, ova vrsta naseljava umerene oblasti sa suvljom klimom, gde raste na periodično plavljenoj podlozi. Specifilno se nalazi na zaslanjenim staništima, kao što su slana močvarna staništa ili putevi sa kojih se kišom spiraju soli koje se nanose tokom zime. Obligatna je halofitna vrsta, akrokarpne forme. Otvranje čaure koju formira nalikuje na čarobnjakov šešir.
Trenutno su populacije stabilne brojnosti, pa se prema Crvenoj listi briofita Evrope, ne smatra ugroženom vrstom u Evropi. Nacionalno je retka i ugrožena u Slovačkoj (IUCN: CR), Austriji, Rumuniji, Mađarskoj (IUCN: EN), i Švajcarskoj (IUCN: VU). U Španiji je potpuno iščezla.
Physcomitrium eurystomum Sendtn. (fam. Funariaceae)
Naseljava kratkotrajno vlažene blatne obale vodenih masa, oblasti sa povremenom oscilacijom nivoa vode, na stabilnom muljevitom tlu pored potoka, jezera i reka. Ova mahovina pokazuje šatl strategiju življenja, jer brzi ontogenetski ciklus (od spore do spore) završava unutar nekoliko nedelja. Submediteranska je vrsta koju karakteriše široko rasprostranjenje u Evropi, Aziji i Africi. Zahteva puno svetlosti i umerene temperature, zemljište bogato nutrijentima i neutralnu pH. Osetljiva je na povećanu koncentraciju soli i metala na staništu. Jednodoma je vrsta, često formira sporofite i u prirodi i u laboratorijskim uslovima.
Iako je široko rasporstranjena, populacije su u opadanju zbog klimatskih promena, odvodnjavanja staništa i uticaja čoveka. U okviru Crvene liste briofita Evrope kategorisana je kao ranjiva u Evropi (VU – Vulnerable), dok se u regionu EU27+UK smatra ugroženom vrstom (EN – Endangered). Nacionalno je retka i ugrožena u Velikoj Britaniji (IUCN: CR), Mađarskoj (IUCN: EN), Austriji, Češkoj, Nemačkoj, Slovačkoj i Švajcarskoj (IUCN: VU).
Physcomitrella patens Hedw. (fam. Funariaceae)
Ova vrsta je široko rasprostranjena na efemernim staništima u umerenoj zoni severne hemisfere. Pretežno naseljava muljevite obale reka, bara i jezera, staništa gde se javlja periodično plavljenje. Iz tog razloga, odlikuje je brz životni ciklus. Kolonizator je mulja na obalama slatkih vodenih površina.
Model je organizam u fiziologiji i molekularnoj biologiji biljaka (Gransden, UK) i ima značajnu ulogu u biotehnologiji. Prva je nevaskularna biljka čiji je genom kompletno sekvenciran.
Prema Crvenoj listi briofita Evrope ne smatra se ugroženom vrstom na teritoriji Evrope. Nacionalno je retka i ugrožena u Bugarskoj (IUCN: CR), Finskoj, Sloveniji (IUCN: EN), Nemačkoj, Slovačkoj i Švajcarskoj (IUCN: VU).
Marchantia polymorpha L. subsp. Ruderalis (fam. Marchantiaceae)
Ova vrsta je talusna jetrenjača, veoma je varijabilna i odlikuje se postojanjem nekoliko podvrsta. Kosmopolitski je rasprostranjena u umerenoj i arktičkoj klimi gde naseljava zasenčena zemljišta i stene koje se nalaze uz potoke i reke. S obzirom da je krupna talusna jetrenjača atraktivnog izgleda, česta je u baštama i staklenicima.
Model je organizam u fiziologiji i molekularnoj biologiji biljaka čiji je genom sekvenciran.
Kolonizatorska je vrsta koja među prvima naseljava zemljišta posle požara. Često se koristi kao bioindikator zagađenja, jer ima sposobnost da toleriše visoke koncentracije olova u podlozi, kao i drugih toksičnih metala. Zbog svog izgleda, ali i velikog broja sekundarnih metabolita sa antimikrobnim dejstvom korišćena je od davnina u tradicionalnoj medicini.
Prema Crvenoj listi briofita Evrope ne smatra se ugroženom vrstom na teritoriji Evrope, ali je zbog izmenjenih uslova vodnog režima staništa sve više u povlačenju..
Trichocolea tomentella (Ehrh.) Dumort. (fam. Trichocoleaceae)
Ova listasta jetrenjača naseljava zasenčena, vlažna staništa gde je prisutno dosta vode, kao što su potoci ili podzemne vode. Rasprostranjena je široko u umerenoj zoni. Vrlo je zahtevna po pitanju kiselosti supstrata, pa se ne može naći na izrazito kiselim ili baznim staništima. Jednodoma je vrsta koja retko formira sporofite.
Iako ima široko rasprostranjenje, populacije su u blagom opadanju, pa je vrsta prema Crvenoj listi briofita Evrope, kategorisana kao “skoro ugrožena” (NT – Near Threatened). Nacionalno je retka i ugrožena u Portugalu, Bugarskoj, Mađarskoj, Srbiji (IUCN: EN), Luksemburgu, Finskoj i Nemačkoj (IUCN: VU)..
Briofite u kulturi in vitro
Briofite su druga po brojnosti grupa biljaka na planeti. Često su zanemarivane zbog svoje male veličine, jednostavne građe i nedovoljnog ekonomskog značaja. Međutim, po mnogo čemu posebne, briofte se danas uspešno gaje u kulturi in vitro. Uspostavljanje in vitro kulturа briofita je veoma zahtevno, pošto u prirodi žive u bliskom kontaktu sa drugim organizmima čije prisustvo u kulturi in vitro nije poželjno, ali i zato što su nežne i sitne, pa je mali broj jedinki koji prežive inicajlnu sterilizaciju. Pored toga, neke vrste retko u prirodi formiraju sporofite (čahure) koje su odličan početni materijal za uspostavljanje in vitro kulture.
Za razliku od vaskularnih biljaka, briofite se u kulturi in vitro obično gaje na svetlosti manjeg intenziteta i na nižim temperaturama, što je u skladu sa njihovom biologijom. U zavisnosti od njihovog prirodnog staništa odabira se i sastav hranljive podloge. Zanimljivo je to da briofite i u ovim in vitro uslovima vrlo efikasno obavljaju fotosintezu i tako obezbeđuju sebi energiju za rastenje i razviće.
Briofite su odlični eksperimentalni modeli uz pomoć kojih se došlo do mnogobrojnih saznanja u oblastima fiziologije i molekularne biologije biljaka. Takođe, ove biljke u kulturi in vitro imaju veliki biotehnološki potencijal za produkciju biološki aktivnih jedinjenja koja imaju široku primenu. Osim ovih primena, u poslednje vreme se intenzivno proučava aspekt konzervacione biologije retkih i ugroženih vrsta briofita tako što se ove vrste održavaju i umnožavaju u kulturi in vitro.
Iako njihovo korišćenje od strane čoveka kroz istoriju nije bilo intenzivno kao kod drugih biljaka sa lekovitim svojstvima, briofite ipak odlikuje velika raznovrsnost hemijskih jedinjenja, od kojih se neka mogu naći isključivo kod jetrenjača – posebne grupe briofita. Zbog specifične morfo-anatomije, hemijska jedinjenja se kod briofita čuvaju u posebnim delovima ćelija, najčešće u vidu kapljica ili uljanih telašaca. S obzirom na dokazane biološke aktivnosti tih jedinjenja, briofite predstavljaju „fabrike“ za produkciju aktivnih komponenata za pripremu preparata koji se mogu koristiti u farmaciji, kozmetici, poljoprivredi i drugim oblastima.
Primena mikropropagacije biljaka
Mikropropagacija je tehnika kulture biljaka in vitro u kojoj se kao početni material za umnožavanje koriste vršni i pazušni pupoljci uzeti sa odabranih elitnih biljaka. Pupoljci se prvo sterilišu, a zatim postavljaju na hranljivu podlogu. Pupoljci tokom daljeg razvića na hranjivim podlogama formiraju izdanke pod uticajem biljnih hormona koji se dodaju u podloge. Kako na svakoj početnoj biljci postoji više pupoljaka, a iz svakog se in vitro razvija novi izdanak, biljke se mogu umnožiti u velikom broju. Biljke dobijene na ovaj način su po osobinama identične biljci sa koje je uzet početni material.
Ova tehnika omogućava masovnu, klonsku proizvodnju sadnog materijala raličitih sorti biljaka, lišenog virusa i drugih patogena, u komercijalne svrhe. Osim toga, na ovaj način umnožen biljni material je pogodan i za naučna istraživanja, genetički inžinjering i održanje retkih i ugroženih vrsta biljaka. Prednost u odnosu na klasično vegetativno umnožavanje je mogućnost brzog dobijanja velikog broja biljaka na malom prostoru, nezavisno od godišnje sezone.
U poslednjih pet decenija širom sveta je osnovano na hiljade laboratorija za komercijalnu mikropropagaciju brojnih ukrasnih, povrtarskih, voćarskih, lekovitih i šumskih vrsta biljaka. Primeri dobre prakse u oblasti komercijalne mikropropagacije su Holandija, Izrael, Indija I druge zemlje sa deficitom obradivih površina i pogodne klime za uzgoj biljaka.
In vitro kolekcija pršljenčica (Charophyceae, Charophyta)
Pršljenčice su makrofitske zelene alge rasprostranjene uglavnom u slatkovodnim ekosistemima širom sveta. Telo (talus) im je izdeljen na segmente – pršljenove zbog čega su dobile naziv u narodu pršljenčice. U Srbiji živi oko dvadeset sedam različitih vrsta pršljenčica.
U okviru Botaničke bašte “Jevremovac” i Instituta za botaniku, Biološkog fakulteta Univerziteta u Beogradu, od sedamdesetih godina, pa sve do kraja prošlog veka, postojala je bogata kolekcija pršljeničica koju je osnovala i održavala prof. dr Jelena Blaženčić. Ova zbirka pršljenčica u uslovima in vitro bila je prva i jedina takva na našim prostorima.
In vitro kolekcija pršljenčica ponovo je oformljena u Institutu za botaniku i Botaničkoj bašti “Jevremovac” 1. marta 2022. Kulture pršljenčica se gaje u akvarijumima i uspostavljene su prenošenjem biljaka sakupljenih na terenu ili isklijavanjem oospora iz sedimenta sakupljenog na poznatim (ili očekivanim) staništima gde one žive. U kolekciji trenutno uspešno održavamo pripadnike 3 roda pršljenčica: Chara, Nitella i Nitellopsis.
Postojanje i unapređenje ove kolekcije je važno za uspostavljanje nacionalne kolekcije, odnosno ex situ zaštitu i trajno očuvanje autohtonog genetskog fonda ovih algi u našoj zemlji. Sve vrste pršljenčica koje su zabeležene na teritoriji Srbije procenjuju se kao retke i/ili ugrožene vrste i zaštićene su zakonom. In vitro kolekcija pršljenčica je značajan resurs koji podržava naša istraživanja u oblasti konzervacije i obnavljanja vrsta i staništa.
Primena algi i cijanobakterija u biotehnologiji
Primene eukariotskih algi i cijanobakterija u biotehnologiji su brojne:
Proizvodnja biogoriva (biodizel i bioetanol). Mnoge jednoćelijske alge, kao što je na primer Neochloris oleoabundans, akumuliraju lipide u ćeliji, koji se mogu izdvojiti iz ćelije i koristiti kao gorivo.
Upotreba algi u prehrambenoj industriji. Određeni taksoni algi, među kojima su Spirulina i Chlorella, koriste se kao dodaci ishrani usled visokog sadržaja proteina, vitamina, minerala i antioksidanasa i zbog svojih izuzetnih nutritivnih vrednosti, smatraju se „superhranom“. Takođe, ulja izolovana iz algi se mogu koristiti u prehrambenoj industriji kao zamena za palmino ulje, na primer. Proizvodnju ulja iz algi odlikuje značajno manji uticaj na životnu sredinu (alge se gaje u fotobioreaktorima, ne uništavaju se tropski ekosistemi za gajenje monokulture uljanih palmi).
Proizvodnja biološki aktivnih jedninjenja koja se koriste u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Različita bioaktivna jedinjenja se u farmaciji koriste za proizvodnju određenih lekova i produkata (npr. mnogi imaju antimikrobno, antivirusno, antifungalno dejstvo), dok ekstrakti algi često ulaze u sastav kozmetičkih proizvoda. Jednoćelijska alga Haematococcus pluvialis proizvodi crveni pigment astaksantin koji pripada grupi karotenoida, a koji je jedan od napotentnijih poznatih antioksidanasa. Zanimljivo je i da ekstrakt cijanobakterije Arthrospira pozitivno utiče na kožu i ublažava prve znakove starenja, dok npr. Chlorella vulgaris stimuliše sintezu kolagena u koži.
Prečišćavanje otpadnih voda i bioremedijacija. Alge su efikasne u prečišćavanju otpadnih voda i pored apsorpcije nutrijenata koji se u otpadnim vodama često nalaze u velikim količinama, mogu ukloniti i različite zagađujuće materije – metale, organska jedinjenja, toksine.
Proizvodnja biođubriva. Alge se mogu koristiti kao biođubriva u organskoj poljoprivrednoj proizvodnji, čime doprinose plodnosti zemljišta i pozitivno utiču na rast biljaka.
Primena u akvakulturi. Zbog svoje visoke nutritivne vrednosti, mnoge alge se često koriste u akvakulturi kao hrana, ali pozitivno utiču i na kvalitet vode. Do sada je poznato da se u ove svrhe koristi 40 različitih vrsta algi, među kojima su Chlorella, Dunaliella, Nannochloropsis, Spirulina i Scenedesmus.
Produkcija bioplastike. Pojedine alge se potencijalno mogu koristiti za proizvodnju bioplastike jer intracelularno sintetišu biopolimere kao što su polihidroksi alkanoat (PHA) i polihidroksi butirat (PHB).
Sa razvojem nauke nalaze se i nove mogućnosti za primenu eukariotskih algi i cijanobakterija. Ovi mikroorganizmi se u svrhe korišćenja njihove biomase gaje u različitim tipovima sistema za gajenje algi, koji obuhvataju otvorene, zatvorene i hibridne sisteme. Otvoreni sistemi su podložni uticaju sredinskih faktora, ali je cena produkcije biomase algi niža nego kod zatvorenih sistema. U zatvorenim sistemima (fotobioreaktori) postiže se najbolja kontrola sredinskih faktora među kojima su osvetljenost, temperatura, pH vrednost sredine, snabdevanje vazduhom ili ugljen-dioksidom, kako bi se obezbedili optimalni uslovi za rast algi i cijanobakterija.
Primena kulture biljaka in vitro u konzervaciji
Poslednjih godina se posvećuje velika pažnja očuvanju biodiverziteta i intenzivno se radi na ex situ i in situ zaštiti ugroženih biljnih taksona. Genetički resursi biljaka se održavaju konzervacijom: in situ, on farm i ex situ. Mere in situ konzervacije primenjuju se za očuvanje autohtonih i starih vrsta gajenih biljaka u njihovim regionima porekla ili sličnim oblastima sa povoljnim agroekološkim uslovima. Konzervacija na farmi (on farm) omogućava održavanje genetičke raznovrsnosti lokalno razvijenih populacija u tradicionalnim poljoprivrednim sistemima, obično na zemljištu individualnih poljoprivrednih proizvođača, odnosno poljoprivrednih istraživačkih institucija.
Ex situ konzervacija podrazumeva očuvanje komponenata biološke raznovrsnosti izvan njihovih prirodnih staništa i obuhvata čuvanje kolekcija biljnih vrsta u semenu (u bankama gena), čuvanje vegetativnog materijala in vivo (banke gena, botaničke bašte) i in vitro konzervaciju. Metoda in vitro konzervacije razvijena je kao alternativan ili dopunski način čuvanja genetičkih resursa, gde se biljke umnožavaju u sistemima in vitro , nakon toga aklimatizuju u staklenicima i iznose u prirodu. In vitro kultura biljaka ima izuzetno veliku primenu u očuvanju retkih i ugroženih vrsta. Prednost skladištenja genetičkih resursa in vitro je u tome što čuvanje ne zavisi od uslova okruženja i što se od postojećeg materijala, ukoliko se za to ukaže potreba, u veoma kratkom vremenu može umnožiti veliki broj biljaka. In vitro konzervacijom, na hranljivim podlogama, može se srednjeročno i dugoročno čuvati genetički materijal.
Do danas su publikovana brojna istraživanja koja se bave razmnožavanjem retkih i ugroženih biljnih vrsta u kulturi in vitro, najčešće metodom mikropropagacije koja se pokazala kao vrlo efikasna. U Srbiji su do danas sprovedena istraživanja koja se bave mikropropagacijom ugroženih biljnih vrsta, među kojima su i balkanski endemiti i tercijarni relikti kao i mnoge druge grupe biljaka uključujući i neke retke i ugrožene vrste briofita. U Institutu za botaniku i botančkoj bašti “Jevremovac” nalazi se izuzetno vredna kolekcija briofita koja obuhvata preko 200 vrsta iz čitavog sveta među kojima je većina retkih i veoma ugroženih vrsta.
Primena kulture biljaka in vitro u biotehnologiji
Biotehnologija biljaka ili zelena biotehnologija je naučna disciplina koja ima za cilj dobijanje biljaka poboljšanih i unapređenih karakteristika ili dobijanje novih proizvoda u biljkama. Dominantna ideja je pronalaženje rešenja za povećanu produktivnost i otpornost biljaka na bolesti i stres, dobijanje kvalitetnih sekundarnih metabolita u biljkama, terapuetskih proteina i biološki aktivnih jedinjenja koja mogu da nađu primenu u farmaciji, medicini i kozmetičkoj industriji, dobijanje atraktivnih sorti hortikulturnih biljaka. Osim aplikativne uloge, zelena biotehnologija ima veliki značaj i u konzervacionoj biologiji kada je reč o retkim i ugroženim biljnim vrstama, kao i u zaštiti životne sredine i fitoremedijaciji.
Kultura biljaka in vitro je jedna od dominantnih tehnika u biotehnologiji i omogućava da se istraživanja vrše na nivou pojedinačnih ćelija, grupe ćelija, delovima biljaka ili na celim biljkama. Nove ili poboljšane osobine kod biljaka se postižu genetičkim modifikacijama koje se strogo kontrolišu, a s jedne strane mogu da se unose u biljke novi geni od interesa ili da se povećava njihova aktivnost ili da se smanjuje aktivnost pojedinih postojećih gena u biljkama.
Usled promene klime, ekstremnih i iznenadnih variranja temperature i sve većeg nedostatka vode u zemljištu, transgene (genetički modifikovane) biljke koje su otporne na visoke ili niske temperature, kao i na nedostatak vode su sve veća potreba čovečanstva. Posebna pažnja u ovim istraživanjima se posvećuje poljoprivrednim vrstama biljaka (žitarice, povrće i voće) i industrijskim biljkama (duvan, pamuk i slično). Takođe, dobijanje biljaka otpornih na štetočine, kao što su insekti, biljojedi ili razni mikroorganizmi izazivači bolesti, su vrlo važni ciljevi zelene biotehnologije.
Posebna oblast biotehnologije biljaka je metaboličko inženjerstvo, odnosno upotreba biljaka kao „fabrika“ za proizvodnju aktivnih jedinjenja koja imaju široku primenu u farmaciji, medicini ili kozmetici. U ovoj oblasti se vrlo često biljke ili delovi biljaka koje rastu u kulturi in vitro, nakon genetičkih modifikacija koriste za proizvodnju velikih količina proteina koji se kasnije koriste za izradu kozmetičkih preparata, kao pomoćne lekovite supstance ili kao glavni sastojci lekova ili vakcina. Poslednjih godina veliku pažnju javnosti privlače biljne vakcine, kako one jestive (banane, soja, krompir…) tako i vakcine čiji su aktivni sastojci proizvedeni i izolovani iz „zelenih fabrika“, biljaka. Ova oblast ima veliku važnost i u industrijskoj proizvodnji biološki aktivnih jedinjenja poreklom iz biljaka i tada se biljke gaje u specifičnim in vitro sistemima koji se nazivaju bioreaktori. Bioreaktori mogu biti različitih dimenzija, pa se mogu koristiti u laboratorijama kada se rade naučna istraživanja ili u industrijskim postrojenjima kada je cilj da se proizvedu velike količine određenog jedinjenja. Većina tehnika u zelenoj biotehnologiji se zasniva na in vitro kulturi biljaka, njihovim genetičkim transformacijama i proizvodnji velike količine uniformnog biljnog materijala.
