1.1 Podstawowe definicje; główne kierunki przemian 
rozwojowych roślinnych tkanek in vitro

Określenie kultury in vitro, najdosłowniej rozumiane, oznacza hodowle prowadzone w szkle (w 
zamkniętych naczyniach). W praktyce jednak przez roślinne kultury in vitro będziemy rozumieć 
hodowle roślin (a częściej ich niewielkich fragmentów - organów, tkanek, komórek, lub 
protoplastów) prowadzone na sztucznych podłożach (pożywkach) w warunkach jałowości. W 
tym samym, bardzo ogólnym sensie bywa stosowany termin hodowle tkankowe. Wydaje się, że 
istotę rzeczy jeszcze lepiej ujmowało określenie stosowane kiedyś: roślinne czyste kultury, niestety 
termin ten praktycznie wyszedł już z użycia. 
Techniki kultur in vitro, stanowią jeden z głównych działów nowoczesnej biotechnologii roślin 
(obok inżynierii genetycznej i blisko z nią związanej diagnostyki molekularnej) i służą celom 
praktycznym np. masowemu rozmnażaniu roślin, ich doskonaleniu (hodowli nowych odmian), albo 
pozyskiwaniu z nich cennych metabolitów np. surowców do produkcji leków czy kosmetyków. 
Metody te odgrywają również ważną rolę w badaniach podstawowych, głównie z dziedziny 
fizjologii, biochemii oraz biologii molekularnej roślin.
Kultury in vitro przeciwstawia się hodowlom prowadzonym w warunkach naturalnych, 
niesterylnych np. uprawie polowej czy szklarniowej, które bywają nazywane kulturami ex vitro lub 
in vivo. Także w uprawach hydroponicznych mamy do czynienia z warunkami ex vitro. Korzenie 
roślin są w tym przypadku częściowo zanurzone w wodnej pożywce, częściowo zaś "zakotwiczone" 
w porowatym podłożu unieruchamiającym roślinę i umożliwiającym sprawną wymianę gazową. 
Uprawy hydroponiczne przypominają kultury in vitro zastosowaniem sztucznych pożywek, ale 
różnią się od nich brakiem izolacji hodowanego obiektu od zewnętrznego środowiska. Kultury 
hydroponiczne są sposobem uprawy całych roślin, natomiast w kulturach in vitro, przynajmniej w 
ich wstępnej fazie, hodujemy zwykle niewielkie fragmenty roślin (np. odcinek korzenia lub łodygi, 
wycinek blaszki liściowej, pylnik lub zalążek), którym trzeba zapewnić nieco bardziej złożoną 
pożywkę.
Każdą część rośliny wykorzystywaną jako materiał wyjściowy do założenia roślinnej kultury in 
vitro nazywa się ogólnie eksplantatem. Dla uzyskania wzrostu kultury wystarczy dowolny 
eksplantat, byle zawierał żywe komórki z nieuszkodzonym materiałem genetycznym (zdolne do 
odróżnicowania i podziałów). Jednakże zarówno szybkość wzrostu, jak i procesy rozwojowe zależą 
od zastosowanego rodzaju eksplantatu pierwotnego (a także od rodzaju pożywki i warunków 
hodowli). Ze względu na konieczność zapobiegania zakażeniom, lepiej nadają się do hodowli 
nadziemne części roślin, podobnie lepsze, bo zdrowsze są rośliny pochodzące z uprawy 
szklarniowej niż polowej. Rośliny z których pobierane będą eksplantaty mogą być wcześniej 
opryskane układowym fungicydem (środkiem grzybobójczym), jakkolwiek rzadko kiedy jest to 
niezbędne. 
Zwykle eksplantat pobierany jest z fizjologicznie młodych, w znacznym stopniu 
niezróżnicowanych tkanek roślinnych, bo dużo łatwiej jest uzyskać w nich podziały komórkowe i 
wzrost kultury. Dobrze jeśli wyjściowy materiał roślinny jest w fazie intensywnego wzrostu, a nie 
fizjologicznego spoczynku (łatwiej więc zakładać hodowle wiosną niż jesienią czy zimą). 
Jeśli eksplantat pobierany jest z roślin rosnących w warunkach niesterylnych, to nazywamy go 
eksplantatem pierwotnym. Natomiast eksplantatem wtórnym nazywamy fragment rośliny (lub 
tkanki) pochodzący z kultury in vitro i użyty do zapoczątkowania nowej hodowli in vitro 
(przeszczepiony na nową pożywkę, na przykład dlatego, że w dotychczasowej zaczęły już 
wyczerpywać się składniki odżywcze). Proces odświeżania kultury przez przeszczepianie jej 
fragmentu na nową pożywkę nazywamy pasażowaniem. W przypadku hodowli komórek, 
prowadzonych w płynnych pożywkach, zamiast terminu eksplantat wtórny stosuje się pojęcie 
inoculum. Hodowle płynne (w płynnych pożywkach) również poddawane są pasażowaniu, a liczba 

tych zabiegów (tj. pasaży) od chwili założenia danej hodowli jest jednym z podstawowych 
parametrów charakteryzujących kulturę. Wydaje się, że komórki, tkanki i organy roślinne mogą być 
utrzymywane w hodowlach in vitro przez dowolnie długi czas. Na przykład wzrost korzeni 
pomidora podtrzymywano in vitro przez wiele lat, systematycznie pasażując (co kilka tygodni) 
wierzchołkowy odcinek rosnących korzeni.
Wzrost jest typowym wynikiem hodowli eksplantatu, objawem wydłużania się komórek, a także 
podziałów, zwłaszcza jeśli eksplantat zawiera tkankę merytematyczną. Nawet jednak jeśli 
eksplantat początkowo zawiera wyłącznie tkanki stałe, wyspecjalizowane i nie dzielące się, to pod 
wpływem warunków hodowli, a zwłaszcza występujących w pożywce regulatorów wzrostu, 
niektóre komórki mogą ulec fizjologicznemu przeprogramowaniu i odzyskać zdolność podziałów. 
Proces ten nazywamy odróżnicowaniem. Komórki roślinne, mają zdolność powrotu do stanu 
merystematycznego, o ile jądro komórkowe i układ błon cytoplazmatycznych nie uległy zbyt 
silnemu uszkodzeniu. Odróżnicowanie zaczyna się od odbudowy struktur komórkowych, 
zniszczonych przez enzymy lizosomalne podczas fazy spoczynkowej komórek. Zdolności 
odróżnicowania nie mają człony rurek sitowych i naczyń, w których jądra zaczęły degenerować, a 
także włókna, o ścianach komórkowych grubości powyżej 2 μm. Większość jednak komórek 
roślinnych ma taką zdolność. W wyniku odróżnicowania może dochodzić do powstania w 
eksplantacie nowych skupisk komórek merystematycznych (centrów merystematycznych). Jeśli 
podziały wielu komórek zachodzą w sposób nieskoordynowany, to prowadzą do powstania 
guzowatej narośli, zawierającej głównie komórki miękiszowe i merystematyczne oraz bezładnie 
rozrzucone pomiędzy nimi komórki innych typów. Taką narośl, nie mającą uporządkowanej 
budowy wewnętrznej, nie osłoniętą tkanką okrywającą, nazywamy kalusem. W warunkach in vivo 
narośl podobna do kalusa może tworzyć się spontanicznie w pobliżu miejsc skaleczenia rośliny, 
stanowiąc tzw. tkankę przyranną, zabliźniającą ubytek tkanki rośliny. Niektóre komórki 
merystematyczne mogą wtórnie tracić zdolność podziałów i przyjmować postać typową dla tkanek 
stałych. Zjawisko to nazywamy różnicowaniem. Różnicowanie komórek zapoczątkowuje proces 
powstawania tkanek stałych, zwany histogenezą. Hodowle kalusa są dogodnym układem 
doświadczalnym do badania regulacji powyższych przemian rozwojowych przez metabolity, 
regulatory wzrostu, fizyczne warunki hodowli itp. Stosunkowo wyraźnym przemianom 
morfologicznym ulegają komórki przekształcające się w drewno. Ten proces, zwany ksylogenezą, 
jest prawdopodobnie najczęściej badaną w kulturach in vitro formą histogenezy.
W kalusie, a czasami bezpośrednio w tkankach eksplantatu pierwotnego, mogą się też rozwijać 
zawiązki całych organów. Takie tworzenie się organów od nowa (a nie poprzez pobudzenie wzrostu 
drobnych zawiązków, istniejących już w eksplantacie pierwotnym) nazywamy organogenezą. Jeśli 
więc na pożywce umieścimy pąk jakiejś rośliny i uda nam się pobudzić jego rozwój in vitro i 
przekształcanie się w pęd, to będziemy mogli zaobserwować wzrost i histogenezę, ale nie 
organogenezę (tkanki pędu wprawdzie rozrastają się tu, ale z uformowanego już w roślinie 
macierzystej zawiązka, w tym przypadku pąka). Natomiast jeśli użyjemy jako eksplantatu 
pierwotnego np. kawałka blaszki liściowej albo wycinka wyrośniętej części korzenia i w wyniku 
hodowli otrzymamy pędy lub korzenie, to będziemy świadkami organogenezy, ponieważ eksplantat 
pierwotny nie zawiera zawiązków tych organów i muszą one powstawać od nowa. Wyróżnia się 
dwie główne formy organogenezy w zależności od ich wyniku - pędową (zwaną też kaulogenezą) i 
korzeniową (czyli ryzogenezę). Jeśli organogeneza poprzedzona jest powstaniem kalusa, to nazywa 
się ją pośrednią, natomiast o organogenezie bezpośredniej mówimy, gdy nowe organy powstają już 
w tkankach eksplantatu pierwotnego, bez wyraźnego namnożenia się kalusa. W niektórych 
kulturach zawiązki pędu i korzenia powstają w sposób skoordynowany, tworząc dwubiegunowe, 
drobne struktury przypominające roślinne zarodki, jakie normalnie rozwijają się w nasionach. 
Proces ten może zachodzić zarówno w hodowlach tkanek rozrodczych (generatywnych) jak i 
wegetatywnych (somatycznych) i nazywany jest embriogenezą. W naturalnych warunkach 
embriogeneza i rozwój nasion poprzedzone są zwykle zapłodnieniem. W kulturach in vitro bardzo 
często embriogenezę zapoczątkowuje nie proces zapłodnienia, ale odpowiednie warunki hodowli 

(przede wszystkim skład pożywki). Wszelkie zarodki rozwijające się z pominięciem procesu 
zapłodnienia nazywamy zarodkami apomiktycznymi. Zarodki takie, jeśli powstają z żeńskich 
komórek generatywnych (nie zapłodnionych!), nazywane są zarodkami partenokarpicznymi. Z 
męskich gamet (lub innych komórek męskiego gametofitu, którym u roślin kwiatowych są 
kiełkujące ziarna pyłkowe) powstają zarodki zwane androgenicznymi. Natomiast z komórek 
somatycznych tworzą się zarodki somatyczne, zwane też embrioidami. Z zarodków, w 
sprzyjających okolicznościach, powstają młode rośliny, które czasem (całkiem fachowo!) nazywane 
są roślinkami (ang. plantlets). To samo "czułe" określenie bywa stosowane w odniesieniu do 
wszelkich innych drobnych roślin regenerujących w warunkach in vitro. Jeśli zarodki pozostają na 
pożywce pobudzającej embriogenezę, to na ich powierzchni mogą się tworzyć potomne zarodki 
somatyczne, które bywają wtedy nazywane zarodkami przybyszowymi.

Ostatnia aktualizacja: 11.01.2008 

1.2 Pożywki