In der Welt der pflanzlichen Gewebekultur mag die Wahl des Geliermittels wie ein kleines Detail erscheinen - aber es spielt eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Pflanzenvermehrung und -regeneration. Seit Jahrzehnten ist Agar das gängige Verfestigungsmittel für Kulturmedien, die in der Pflanzengewebekultur verwendet werden.
In den letzten Jahren hat sich Gellangummi in der pflanzlichen Gewebekultur jedoch als leistungsfähige Alternative erwiesen, die mehrere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Agar bietet. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und Leistungsvorteile erfreut es sich bei Forschern und kommerziellen Züchtern gleichermaßen wachsender Beliebtheit.
In diesem Blog-Beitrag erfahren Sie, was Gellangummi in Pflanzengewebekulturen ist, wie es funktioniert und warum immer mehr Labore und Forscher es heute einsetzen.
Gellan-Gummi ist ein wasserlösliches Polysaccharid, das von dem Bakterium Sphingomonas elodea produziert wird. Ursprünglich als Verdickungs- und Stabilisierungsmittel für Lebensmittel entwickelt, erregten seine einzigartigen Eigenschaften schnell die Aufmerksamkeit der Biotechnologie und der Pflanzenwissenschaften.
Gellan-Gummi gibt es in zwei Haupttypen:
Gellan Gum mit hohem Acylgehalt im Vergleich zu Gellan Gum mit niedrigem Acylgehalt
Gellan-Gummi mit hohem Acylgehalt: bildet aufgrund des Vorhandenseins von Acylgruppen ein weiches, elastisches Gel. Es bietet mehr Flexibilität und ist für Anwendungen geeignet, bei denen eine sanfte Unterstützung erforderlich ist.
Niedrig-Acyl-Gellan-Gummi: ergibt ein festes, sprödes Gel mit hoher Klarheit und Stabilität. Es wird bevorzugt für Anwendungen verwendet, die klare, definierte Gele erfordern - wie in der Mikrobiologie, der Pflanzengewebekultur und bei Lebensmitteln wie Gelees, Suspensionsgetränken und Süßwaren.
Für die meisten Anwendungen in der pflanzlichen Gewebekultur wird Gellangummi mit niedrigem Acylgehalt bevorzugt, da es bei relativ niedrigen Konzentrationen (typischerweise zwischen 0,2% und 0,4%) klare, stabile Gele bildet.
Warum Gellan-Gummi anstelle von Agar verwenden?
Agar ist zwar seit langem der Standard für die Verfestigung von pflanzlichen Gewebekulturmedien, aber Gellangummi bietet mehrere entscheidende Vorteile, die es zu einer überlegenen Wahl für moderne Anwendungen machen.
Einer der auffälligsten Unterschiede ist die Klarheit des Mediums. Gellan-Gummi erzeugt ein kristallklares Gel - mit einer Transparenz von bis zu 90% - was die Beobachtung von Wurzelentwicklung, Kallusbildung und anderen morphologischen Veränderungen erheblich erleichtert. Dieses hohe Maß an Sichtbarkeit ist besonders wertvoll in Forschungsumgebungen, in denen die visuelle Überwachung von entscheidender Bedeutung ist, und es ermöglicht auch die frühzeitige Erkennung von Kontaminationen.
Gellan-Gummi erzielt eine starke Gelbildung bei viel niedrigeren Konzentrationen als Agar - normalerweise zwischen 0.05% und 0.5% , oder über ein Fünftel der für Agar benötigten Menge . Dies senkt nicht nur die Materialkosten, sondern minimiert auch die Beeinträchtigung der Nährstoffverfügbarkeit und des Pflanzenwachstums.
Im Gegensatz zu Agar, dessen Zusammensetzung je nach Quelle variieren kann, ist Gellangummi ein genau definiertes, chemisch reines Polysaccharid. Diese Konsistenz führt zu einer besseren Reproduzierbarkeit bei verschiedenen Experimenten und zwischen verschiedenen Labors, wodurch die Ergebnisse zuverlässiger und leichter zu vergleichen sind.
Gellangummi-Gele halten die Feuchtigkeit besser zurück als Agar, wodurch die Gefahr des Austrocknens während längerer Kulturzeiten deutlich verringert wird. Dies ist besonders vorteilhaft für langsam wachsende Arten oder wenn Kulturen über längere Zeiträume ohne häufiges Subkultivieren aufrechterhalten werden müssen.
Studien haben gezeigt, dass Gellangummi im Vergleich zu Agar die phenolische Bräunung und mikrobielle Kontamination verringern kann. Aufgrund seiner Reinheit und des Fehlens komplexer Kohlenhydrate ist es weniger wahrscheinlich, dass es das Wachstum von Verunreinigungen wie Schimmelpilzen fördert, was die allgemeine Gesundheit der Kulturen und die Erfolgsquoten verbessert.
Die von acylarmem Gellangummi gebildeten Gele sind eher fest und spröde als elastisch. Diese Struktur kann bei bestimmten Anwendungen von Vorteil sein, insbesondere bei empfindlichen Explantaten oder Regenerationssystemen, bei denen ein minimaler mechanischer Widerstand erwünscht ist.
Dank seiner spröden Beschaffenheit lässt sich Gellan-Gummi vor dem Umpflanzen leicht von den Pflanzenwurzeln abwaschen. Dies vereinfacht den Akklimatisierungsprozess, reduziert den Stress für die Pflanzen und verbessert die Überlebensraten nach dem Transfer in Erde oder andere Kultursubstrate.
Einmal ausgehärtet, schmilzt Gellan-Gummi nicht, wenn es wieder erwärmt wird - eine nützliche Eigenschaft bei der Sterilisation und der langfristigen Lagerung von Kulturen. Diese Hitzestabilität gewährleistet eine gleichbleibende Struktur des Mediums während des gesamten Kulturzeitraums, auch bei wechselnden Temperaturbedingungen.
Gellan-Gummi wurde erfolgreich in einer Vielzahl von Pflanzengewebekulturtechniken eingesetzt und hat sich als vielseitiges und wirksames Geliermittel erwiesen. Diese Anwendungen umfassen:
Gellan-Gummi unterstützt die schnelle Vermehrung hochwertiger Arten wie Orchideen, Rosen und Bananenpflanzen, indem es ein klares und stabiles Medium für die Vermehrung der Triebe und die Wurzelentwicklung bietet.
Aufgrund seiner gleichmäßigen Gelstruktur und Transparenz ist es ideal für die Induktion und Entwicklung somatischer Embryonen, insbesondere bei Arten wie Nadelbäumen und Kaffee.
Die stabilen Geliereigenschaften von Gellan-Gummi unterstützen die Bildung von Sprossen, Wurzeln und anderen Organen aus Explantaten, wodurch es sich für Regenerationsstudien eignet.
Gellan-Gummi bietet eine konsistente Matrix, die das Kalluswachstum und die anschließende Regeneration zu ganzen Pflanzen unterstützt, was besonders bei genetischen Transformationsexperimenten nützlich ist.
In Züchtungsprogrammen wird Gellangummi häufig in der Antheren- oder Mikrosporenkultur verwendet, da es ein stabiles Umfeld für die Zellteilung und -entwicklung schafft.
Es hat sich sowohl bei einkeimblättrigen als auch bei zweikeimblättrigen Arten bewährt, mit bemerkenswertem Erfolg bei schwer zu kultivierenden Pflanzen wie Orchideen, Bananen, Kartoffeln und verschiedenen holzigen Arten. Seine Leistung in verschiedenen Systemen macht es zu einer bevorzugten Wahl für Labore, die die Effizienz und Reproduzierbarkeit der Pflanzengewebekultur verbessern wollen.
Die Verwendung von Gellan-Gummi in Gewebekulturen ist einfach, aber für optimale Ergebnisse sollten einige bewährte Verfahren beachtet werden:
Für die meisten Anwendungen in der Pflanzengewebekultur ist eine Konzentration von 0,2% bis 0,4% (w/v) Gellangummi ist in der Regel ausreichend. Dies bedeutet, dass 2-4 Gramm pro Liter des Kulturmediums. Eine häufig verwendete Marke ist GELRITE®, und 2 g/L reichen oft aus, um ein stabiles Gel zu bilden.
Für die meisten Anwendungen in der Pflanzengewebekultur ist eine Konzentration von 0,2% bis 0,4% (w/v) Gellangummi ist in der Regel ausreichend. Dies bedeutet, dass 2-4 Gramm pro Liter des Kulturmediums. Eine häufig verwendete Marke ist GELRITE®, und 2 g/L reichen oft aus, um ein stabiles Gel zu bilden.
Fügen Sie vor dem Erhitzen alle erforderlichen Nährstoffe, Vitamine, Zucker und Pflanzenwachstumsregulatoren hinzu. Einige Formulierungen können auch von der Zugabe kleiner Mengen von CaCl₂ oder MgSO₄ profitieren, um die Gelstärke zu erhöhen.
Die Mischung unter ständigem Rühren erhitzen, bis sie zum Kochen kommt. Etwa eine Minute lang kochen lassen, damit sich das Gellan vollständig auflöst.
Nach dem Auflösen des Gellan-Gummis und der anderen Bestandteile prüfen Sie den pH-Wert des Mediums und passen ihn nach Bedarf an - für die meisten Pflanzenarten liegt er normalerweise zwischen 5,6 und 5,8.
Füllen Sie das Medium in Kulturgefäße (z. B. Gläser, Reagenzgläser, Petrischalen) und sterilisieren Sie es im Autoklaven bei 121°C für 15-20 Minuten .
Lassen Sie das Medium nach dem Autoklavieren ungestört bei Raumtemperatur abkühlen. Das Gel bildet sich beim Abkühlen der Lösung.
Im Gegensatz zu Agar bildet Gellangummi beim Abkühlen ein klares, stabiles Gel, ohne dass hohe Temperaturen zur Verfestigung erforderlich sind. Seine Klarheit und Konsistenz machen es besonders nützlich für die Beobachtung der Wurzelentwicklung und anderer morphologischer Veränderungen während der Kultur.
Mit der Weiterentwicklung der pflanzlichen Gewebekultur entwickeln sich auch die von uns verwendeten Hilfsmittel und Materialien weiter - insbesondere wenn es um die Auswahl des richtigen Geliermittels geht. Gellan-Gummi in der pflanzlichen Gewebekultur stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Geliertechnologie dar und bietet im Vergleich zu herkömmlichem Agar mehr Klarheit, Konsistenz und Leistung.
Ganz gleich, ob Sie in einem kommerziellen Mikrovermehrungslabor arbeiten oder akademische Forschung betreiben, die Verwendung von Gellangummi in der Pflanzengewebekultur könnte zu besseren Wachstumsergebnissen, weniger Verunreinigungen und effizienteren Arbeitsabläufen führen.
Wenn Sie also das nächste Mal Ihre Nährböden vorbereiten, sollten Sie Gellan-Gummi ausprobieren - Ihre Pflanzen werden es Ihnen danken!
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