Weefselkweek

Inleiding
Wij schrijven dit voor het vak biologie. Er wordt in 5 HAVO verwacht dat er binnen dit vak 1 praktische opdracht uitgevoerd gaat worden vervolgd door een practicum. Dit verslag is het praktische deel van de opdracht.

Weefselkweek,
dat is het onderwerp dat wij kregen uit de envelop. Met daarbij de bijbehorende opdracht: “ Voor- en of nadelen van weefselkweek beschrijven ten opzichte van de traditionele methodes zoals de natuurlijke vegetatie en generatieve vermeerderingsmethodes”.
Maar voordat wij begonnen, was het wel handig om eerst iets meer over weefselkweek te weten te komen.

Ten eerste, wat is weefselkweek precies?
Dat het iets met een plant te maken heeft en dat je met het weefsel van de plant gaat experimenteren, dat was wel duidelijk. Weefselkweek van planten heeft de laatste jaren namelijk een enorme vlucht genomen en is algemeen goed geworden op onderzoekslaboratoria en vermeerderingsbedrijven. Het is daarom logisch dat weefselkweek een aantal grote voordelen biedt ten opzichte van de natuurlijke vegetatie en generatieve vermeerderingsmethode.

Al snel vonden we het antwoord. Kort gezegd: Weefselkweek is het kweken van planten of delen van planten op een kunstmatige voedingsbodem onder steriele omstandigheden. In principe is het gewoon een vorm van stekken, alleen wordt bij weefselkweek niets aan het toeval overgelaten. Nu we dit wisten, werd het allemaal een stuk duidelijker. Weefselkweek had dus te maken met het vermeerderen planten. Een ander woord voor vermeerderen die vaak hiervoor gebruikt is klonen.
Verder in dit verslag wordt het begrip weefselkweek verder uitgelegd.

Weefselkweek
Zoals eerder kort samengevat is in de inleiding, is weefselkweek een vermeerderingsmethode voor planten die ingezet kan worden als zaaien, scheuren, delen, of normale stekmethoden niet het gewenste resultaat geven.
Weefselkweek is een methode die veel te bieden heeft en in de toekomst een grote vlucht zal kunnen nemen. Bijvoorbeeld :delen van mensen en dieren kunnen in stand worden gehouden of kunnen opgekweekt worden voor orgaantransplantaties en het produceren van bijvoorbeeld hormonen en andere lichaamsstoffen.
Bij weefselkweek moeten alle handelingen steriel worden uitgevoerd en worden alle materialen vooraf nauwkeurig gedesinfecteerd. Dit omdat de voedingsbodem zo voedingsrijk is dat bacteriën en schimmels zich er graag op nestelen. Deze beroven de plant van zijn voedingsbron, infecteren de uiterst tere plantendelen en veroorzaken op termijn het verloren gaan van het plantmateriaal.

Steriel werken is dus een must. Laboratoriummedewerkers/sters werken in airflow kasten, hierbij wordt continu steriele, sterk gezuiverde lucht over hun werk geblazen. Gezond werk dus! Verdere voorzorgsmaatregelen bestaan uit het dragen van laboratoriumkleding, regelmatig ontsmetten van de handen en het gereedschap: scalpels en pincetten.

In principe is het een vorm van stekken (vegetatieve vermeerdering). Er zijn twee vermeerderingsmethoden:
• Generatief
• Vegetatief

Generatief
Vermeerdering door middel van zaad heet generatieve vermeerdering. Gezaaide planten, zaailingen, bezitten eigenschappen van zowel de moederplant als de vaderplant. Zaailingen vertonen dan ook onderlinge verschillen, omdat ze niet allemaal precies dezelfde erfelijke eigenschappen hebben. Vergelijk het maar met de mens: kinderen van dezelfde ouders zien er nooit precies hetzelfde uit. Bij planten zitten deze verschillen in bijvoorbeeld de bladgrootte, de groeikracht en het bloeitijdstip. Weefselkweek houdt in dat je met hormonen de cellen laat groeien tot meerdere cellen en van daaruit scheuten laat ontstaan.

Er zijn echter ook andere toepassingen en manieren. Het is ook mogelijk om uit een stekje van een plant nieuwe scheuten te laten ontstaan door de juiste combinatie van hormonen. Net zoals bij mensen, kunnen planten ook hormonen toegediend krijgen. Bij mensen bijvoorbeeld met vrouwelijke en mannelijke hormonen.
Planten kunnen 4 soorten hormonen toegediend krijgen:
• Auxinen (dat zijn hormonen die ervoor zorgen dat de wortels zich ontwikkelen en dat de cellen zich volzuigen met water),
• Cytokininen (dit zijn de hormonen die de bovengrondse delen van de plant laten groeien),
• Giberillinen (dit hormoon werkt samen met cytokinine. Het zorgt ervoor dat de afstand tussen okselknoppen of internodien groter word)
• Ethyleen (dit is het hormoon dat fruit laat rijpen en rotten)

Gezaaide planten worden gebruikt in plantsoenen en in landschappelijke gebieden, omdat onderlinge verschillen hier juist gewenst zijn vanwege het natuurlijke karakter. Zaaien gebeurt voornamelijk bij bos- en haagplantsoen, vaste planten, coniferen en rozen. Maar ook in de laanboomteelt wordt een flink sortiment door zaaien vermeerderd. Voorbeelden van laanboomteelt zijn o.a. : Quercus robur (zomereik), Fagus sylvatica (beuk), Betula pendula (ruwe eik) en de Carpinus betulus (haagbeuk)

Vegetatief
Bij vegetatieve vermeerdering blijven de eigenschappen van de moederplant behouden. Rassen en cultuurvariëteiten komen niet soortecht terug uit zaad. Dit wil zeggen dat specifieke eigenschappen van een cultuurvariëteit bij zaaien verloren gaan en niet meer terug te vinden zijn in de nakomelingen.
Om de eigenschappen van een cultuurras of cultuurvariëteit te behouden worden deze vegetatief vermeerderd.

Een woord dat vaak gebruikt wordt voor stekken of vermeerderen is klonen. Dit is waarschijnlijk overgewaaid uit Amerika, waar \'clones\' wel een normaal woord voor stekken is, hoewel het woord \"cuttings\" vaker wordt gebruikt. Het verschil van een stek met een echte kloon is dat de laatste wordt gemaakt op cel niveau. Hoe het ook zij, een stek is een genetische kopie van de plant waarvan hij is gemaakt. Het is gewoon een takje met wat blad waar je wortels aan laat komen.

Proces weefselkweek
Traditioneel:
Toen men nog aan het experimenteren was met weefselkweek, werd er daarvoor vaak gebruik gemaakt van traditionele methodes. Een aantal traditionele methodes die het meest gebruikt werden en die soms nog steeds gebruikt worden zijn:
• Zaaien
De bekendste manier om planten te kweken is ongetwijfeld het vermeerderen uit zaad. Deze methode is prima geschikt voor palmen, bananen en exoten. Alles wat je nodig hebt is vers zaad, een warme plek,water, zuurstof, licht en meestal veel geduld. Veel exoten kiemen immers pas binnen 1 à 3 maanden en soms zelfs véél langer. De rest ontkiemt sneller.

• Delen van wortelstokken (scheuren)
Bij deze techniek wordt de wortelkluit van de oude plant opgedeeld in meerdere stukken die vervolgens weer uitgeplant worden. Dit kan eenvoudig door de plant uit te graven en de wortels door te snijden. Elk stuk moet steeds voldoende wortels en enkele stengels bevatten. Deze methode is zeer geschikt voor woekerende exoten als bamboe, Canna en bananen.

• Vermeerderen via uitlopers
Een aantal exoten vormt uitlopers; jonge plantjes aan de voet van de moederplant. Een bekend voorbeeld hiervan zijn bananen en Aloë vera’s. Deze jonge plantjes kunt je voorzichtig verwijderen en opnieuw uitplanten. Het is daarbij belangrijk om voldoende wortels aan de jonge plant te laten zitten zodat de scheut zelf voor zijn waterhuishouding kan zorgen en niet meteen zal uitdrogen. Hiervoor kunt je het best met een mes zo dicht mogelijk bij de moederplant de wortel doorsteken. Hoe groter de uitloper, hoe meer wortels er al gevormd zijn. Bij bananen wacht je dan ook het best tot de uitloper ongeveer 50cm groot is. De jonge scheut kunt je vervolgens weer uitplanten.

Door het bovengronds afsnijden van de uitloper (afbeelding: 1) wordt de rhizoomvorming gestimuleerd. Door de uitloper af te snijden van de moederplant (afbeelding: 2) wordt het woekeren geremd en kan de uitloper ergens anders uitgeplant worden.

Het rizoom (rhizoma) of wortelstok is een ondergrondse, meestal horizontaal lopende, al of niet opgezwollen stengel. Het einde van het rizoom buigt vaak weer omhoog en vormt zo een nieuwe plant.
Soms is het moeilijk te zien of het een rizoom of een wortel is. Wortels hebben echter nooit knopen. Rizoomen hebben altijd knopen met of zonder bladeren. Als er geen bladeren aanzitten zijn de bladlittekens nog wel te zien.
Er zijn enkele zeer hardnekkige onkruiden met rizoom zoals kweek, brandnetel en zevenblad. Op elke knoop van het rizoom kan een nieuwe plant gevormd worden. Bij het in stukken breken kunnen zo veel nieuwe planten ontstaan.

Modern:
De methodes die tot heden toe worden gebruikt vind je vaak in de procedure van weefselkweek. De procedure van weefselkweek is niet erg moeilijk maar je moet wel goed en voorzichtig te werk gaan.

Allereerst worden de planten in een kweekcel in bakjes met een voedingsbodem gestopt. Dit is een geleiachtige substantie die alle benodigde groeistoffen in een makkelijke opneembare vorm bevat. De plant wordt zelfs zover geholpen dat de fotosynthese (omzetting van licht in suikers) uit handen wordt genomen. Daarbij wordt wel kunstlicht gegeven om de plant groen te houden. In feite ligt het plantje aan de kunstmatige beademing.

Het minuscule plantje ontvangt de nodige prikkels (veelal uitgekiende hormoonpreparaten) voor snelle groei en vertakking. Sommige planten vertakken zo sterk dat ze hele bosjes vormen. Vakmensen noemen dat \'clumbs\'. Dit proces wordt de Auxillaire methode genoemd. Andere planten groeien meer in de lengte. Daarvan vormt iedere bladoksel een nieuwe \'stek\'. Om de zes tot acht weken worden de plantendelen gesplitst, en worden de afzonderlijke groeipunten weer op nieuw uitgeplant. De snelheid van vermeerdering is in deze fase afhankelijk van de vermeerderingsfactor: het aantal groeipunten wat per keer gesplitst kan worden. Algemeen ligt deze factor tussen de 2 en 5.

Daarna volgt de bewortelingsfase. Tijdens de vermeerderingsfase maken de planten niet of nauwelijks wortels. Natuurlijk moeten de planten uiteindelijk wel met wortels afgeleverd worden. Daarom worden planten in de laatste fase voor uitlevering op een voedingsbodem geplaatst met hormonen en voedingsstoffen die de wortelvorming bevorderen. Doorgaans duurt deze fase nog eens zes tot acht weken.
Ook na aflevering op de kwekerij vergen de plantjes nog extra zorg. Zorgvuldig afharden en acclimatiseren zijn belangrijk voor een goede start van de teelt. Een vergelijking met couveusekindjes is hier op zijn plaats.

Al laatste komt de nazorg van de plantjes. De jonge plantjes zijn nog erg klein en teer; ze worden voor het eerst in echte grond geplant, en worden langzaam afgehard. Na één, twee of drie jaar worden ze verkocht als lijners (liners). Alle plantjes afkomstig uit hetzelfde basismateriaal samen vormen een (productie)lijn. Eén plantje uit een dergelijke lijn is een lijner (liner).

Weefselkweek, welke methodes zijn er?
• Directe embryogenese:
Dit houdt in dat uit een stek nieuwe scheuten worden geproduceerd. Deze methode zorgt voor planten die uniek zijn aan de moederplant.

• Indirecte embryogenese:
Dan wordt er van een plant callus(wondweefsel) gekweekt en als de callus goed gegroeid is word het naar een nieuw medium verplaatst waarna zich uit de callus scheuten ontwikkelen. Niet elke plant is voor deze methode geschikt, vooral bij houtige gewassen gaat dit moeilijk. Verder zijn de planten niet allemaal uniek, dit komt doordat in elke plant ook gemuteerde cellen zitten die bij de calluskweek de overhand krijgen. Ook kunnen er tijdens de calluskweek mutaties ontstaan.

• Somatische embryogenese:
Dit is een geheel andere manier van vermeerderen. Hierbij worden de groeipunten teruggebracht tot op celniveau. Deze cellen worden ondergedompeld in vloeibaar medium waarbij ze nieuwe, losse, cellen vormen. Deze worden vervolgens op vast medium geplaatst waarna de cel uitgroeit tot een nieuw plantje. Niet ieder ras leent zich voor deze techniek. Daarbij zijn de onderzoekskosten en de kans op afwijkingen erg hoog, waardoor deze methode zeer gericht wordt toegepast.

• Protoplastenfusie:
Hierbij worden cellen enzymatisch van hun celwand ontdaan waarna er een elektrisch stroompje gaat lopen waardoor cellen samensmelten. Op deze manier kunnen cel hybriden gekweekt worden die via indirecte embryogenese tot ontwikkeling worden gebracht. Een mooi voorbeeld van protoplastenfusie is de aard maat. Dat is een kruising tussen de aardappel en tomaat. Dit was ooit als experiment gedaan om te kijken of zulk soort hybriden toepassingen hadden voor de landbouw. Dit was helaas niet het geval. De tomaten waren erg misvormd en de aardappels erg klein.

• Protoplastenkweek:
Hier worden cellen van hun celwand ontdaan zodat alle cellen los zitten, daarna worden die losse cellen weer verder gekweekt. Op deze manier worden er callusculturen verkregen waarvan de cellen hetzelfde genotype hebben, natuurlijk kunnen daar na verloop van tijd ook weer mutaties optreden.

• Zaad kweken:
Hierbij worden de zaadjes gesteriliseerd en op een voedingsbodem met suiker en mineralen geplaatst, soms ook hormonen. Dit gebeurt omdat sommige planten in grond moeilijk kiemen of slecht groeien.

• Meristeemtechniek:
Hierbij wordt het uiterste groeipuntje van een plant verwijderd en op een voedingsbodem geplaatst. Hierbij zal onder goede omstandigheden het meristeem wat erg klein is doorgroeien, wanneer dat niet lukt, zal er vaak callus ontstaan. De reden om meristeemtechniek toe te passen is om virusvrije planten te krijgen. Luizen en ander ongedierte brengen talloze virussen over die voor economische schade zorgen. Het meristeem echter is vaak vrij van virussen.

• Embryo redding:
Dit is een techniek waarbij uit een onontwikkeld zaadje het embryo word gehaald en op een voedingsbodem tot kieming word gebracht. Dit wordt vaak gedaan bij planten die door hybridisatie hun vermogen om zaden volledig tot ontwikkeling te brengen hebben verloren. Het kan ook zijn dat door 2 planten te kruisen de zaden niet tot ontwikkeling komen. Embryo redding wordt vaak toegepast bij steenvruchten.

• Okselknop methode:
Bij veel planten zit in de \' oksel\' van de bladsteel en de stengel van nature al een groeipunt. Als de tak daarboven breekt (of gesneden wordt) loopt die verder uit (apicale dominantie). Bij veel soorten leent dit groeipunt zich prima voor vermeerdering via weefselkweek. Vanuit dit oog groeit een stengel waarin bij ieder bladbaar ook weer ogen zitten. Na zes tot acht weken worden deze op hun beurt ook weer gesneden en ingezet.

• Oogstekmethode:
Hierbij is iedere top van een nieuwe stengel het beste groeipunt om te splitsen.

Voor- en nadelen weefselkweek
Voordelen weefselkweek:
- De mogelijkheid om ziektevrij plantenmateriaal te kweken
- De specifieke onderdelen van een plant te kweken die je nodig hebt
- Universele planten materiaal te kweken door vegetatieve vermeerdering
- Soorten te kweken die niet onder die niet onder natuurlijke omstandigheden zouden kunnen ontstaan, bijvoorbeeld door het versmelten van cellen of protoplasten (= cellen zonder celwand)
- In een korte periode erg veel planten te produceren.
- De productie van exacte kopieën van planten, die goede bloemen en vruchten produceren of andere gewenste eigenschappen bezitten.
- Het snel produceren van volwassen planten
- De productie van meerdere planten bij afwezigheid van zaden of de vereiste bestuivers die nodig zijn voor vruchtzetting.
- De vermeerdering van hele planten uit plantencellen die genetisch gemodificeerd zijn.
- De productie van planten in steriele aarde, waardoor er een verminderde kans is op het overbrengen van plantenziektes en plaaginsecten.
- De vermeerdering van planten die anders een erg kleine kans op ontkieming en verdere groei zouden hebben, zoals orchideeën en Nepenthes.
- Om besmetting met virusinfecties te voorkomen en gezonde planten snel te vermeerderen voor de land- en tuinbouw.
- Omdat wordt uitgegaan van gezond, vrijwel kiemvrij basismateriaal en het hele proces zo steriel mogelijk verloopt, zal het eindproduct een gezond product zijn.

Nadelen weefselkweek:
- Bij de oude methode van scheuren en delen moest een cultivar jarenlang gekweekt worden vooraleer hij verkoopklaar was. In de loop van die jaren vielen slecht groeiende of minderwaardige planten door de mand. Bij weefselcultuur is het evenzeer nodig een nieuwe cultivar enkele jaren te observeren vooraleer hem op de markt te brengen. Wanneer dit nagelaten wordt, kunnen minderwaardige planten op de markt komen.
- Wanneer het basismateriaal niet ziekte- of virusvrij is, wordt de markt overspoeld met besmette planten.
- Tijdens en na het proces van weefselkweek moet de lijn aan een strenge controle op soortechtheid onderworpen worden: alle plantjes die afwijken van de moederplant moeten nauwgezet en zonder pardon verwijderd worden. Wanneer een firma het hierbij wat minder nauw neemt, komen afwijkende planten onder de cultivarnaam op de markt.

Toepassingen weefselkweek
Weefselweek wordt voor veel dingen gebruikt. Voornamelijk in de plantkunde. Ook zijn er een aantal commerciële toepassingen zoals:
- Micropropagatie, dat wordt gebruikt voor de productie van grote aantallen identieke planten. Het wordt veel toegepast in de bosbouw en de sierteelt. Ook kan micropropagatie worden gebruikt in de natuurbescherming voor het kweken van bedreigde soorten.
- Voor de kruisbestuiving van ver verwante soorten en vervolgens de toepassing van weefselkweek omdat het resulterende embryo anders zou afsterven.
- Bepaalde technieken zoals de kweek van primair meristeem kunnen worden uitgevoerd om planten zonder virusbesmettingen te kweken zoals bij aardappels en veel soorten zacht fruit zoals aardbeien en bramen, maar ook bij perkplanten.
- Verschuiving teeltseizoen.
Veel producten kennen een zeer specifiek jaargetijde waarin ze vermeerdert moeten worden. Daardoor sluit de productie niet altijd goed aan op de marktvraag. Door het inzetten van weefselkweek kan men in iedere gewenste periode over uitgangsmateriaal beschikken. Een bekend voorbeeld hiervan is o.a. bloeiende Dahlia\'s in het voorjaar voor het perkgoed- en Moederdag seizoen.
- Uniformer plantmateriaal.
Weefselkweek is in principe een vorm van klonen. Vele duizenden nakomelingen van één goed geselecteerde moerplant leveren een veel gelijkere productiepartij op. dat komt niet alleen tot uiting in de plantomvang of vorm maar ook in de bloeitijd het aantal bloemen etc. Langs deze weg konden producten die voorheen te ongelijk groeiden om in een moderne strak geplande teelt te passen toch grootschalig geproduceerd worden.
- Een plantenveredelaar kan weefselkweek gebruiken om cellen te screenen op eigenschappen als resistentie tegen herbicide.

Practicum deel (voorlopig):
Als je op internet zoekt naar eventuele practica die te maken hebben met weefselkweek, dan komen ze allemaal op hetzelfde neer.

Zo heb je er een met kaapsviooltjes:

Benodigdheden:
- Brander om te steriliseren
- Snijplankje
- Buizen met medium
- Twee scapels
- Twee pincetten
- Twee lange pincetten

Tips:
1. Zorg dat het gereedschap steriele blijft door de set na gebruik direct onder te dompelen en te flamberen en een nieuwe zet ter hand te nemen.
2. Werk rustig en precies, de spullen zijn scherp en alcohol is erg brandbaar. Houd afstand en neem voorzorgsmaatregelen.
3. Als er geen laminair air flow kast voorhanden is neem dan een aquariumbak die je regelmatig ontsmet.

Werkwijze:
1. Flambeer je gereedschappen voor je begint.
2. Snij een paar blaadjes van een Kaapsvioolje af en doop deze met je pincet onder in 70% alcohol, nooit langer dan 5 seconden. Daarna doe je ze 15 minuten in verdund bleekwater (100 ml bleek op een liter water).
3. Waarna je ze 3 maal spoelt met steriel water. Laat ze in even in het water staan voor je ze gebruikt.
4. Pak een schoon papiertje en snij met behulp van mesje en pincet een blad af.
5. Leg deze op het papier en snij nu een paar stukjes uit het blad ong. 5mm x 5mm.
6. Breng de stukjes snel in een reageerbuis en sluit deze goed af met schone watten en aluminiumfolie. Noteer naam, datum en tijd op de buis. Zet de buizen weg op een lichte plek en observeer ze een paar dagen of enkele weken. Dan kunnen ze over geplant worden.

Het medium:
- 4,49 g Murashine en Skoog medium
- 6 g agarpoeder •
- 30 g gewone suiker, aanvullen met water tot een liter

Als je de plantjes geplant hebt, ga je ze observeren. Kijk hoe snel ze groeien, noteer elke verandering. Je kunt ook nagaan hoeveel plantjes je had kunnen kweken uit 1 plant en hoe lang dit zou kunnen duren.

Bronvermelding
- http://www.scholieren.com/werkstukken/2717
- http://www.hostamill.be/NL/NLVerzorging/NLHVWeefselkweek.htm
- http://www.scholieren.com/werkstukken/11285
- http://staff.science.uva.nl/~dcslob/lesbrieven/marcel2/weefselkweek.htm
- http://nl.wikipedia.org/wiki/Weefselkweek_(plant)
- http://www.encyclo.nl/begrip/wortelstok
- http://www.biomedisch.nl/tekst/weefselkweek.php
- http://www.bamboogrowers.nl/faq.html
- http://succesvolvrijwilligen.be/praktijkenbank/management-bank/ondersteuning-beleid/285-rhizomen-2011
- http://boomkwekerij.agriholland.nl/vermeerderen/oc-27073p3-1.pdf
- http://www.weefselkweek.nl/weefselkweek/introductie1.htm