Hodowle bezglebowe – hydroponika

Pierwsze próby prowadzenia upraw w izolowanych pojemnikach podejmowano już w czasach starożytnych. Zarówno babilońskie Wiszące Ogrody, jak i azteckie Pływające Ogrody stanowiły pierwotną formę kontrolowania warunków rozwoju roślin. Jednak dopiero w XIX wieku naukowcy badający wzrost i rozwój roślin ustalili podstawowe założenia prowadzenia hodowli hydroponicznych. Hodowle tego typu zyskały dużą popularność dzięki serii artykułów doktora Williama Fredericka Gericke z Univeristy of California. W latach 30tych XXw. prowadził on badania nad kulturami hydroponicznymi i już wtedy przewidział, że w przyszłości umożliwią one uniezależnienie hodowli od podłoży glebowych (Jones 2016). We współczesnym rozumieniu, hodowla hydroponiczna jest techniką uprawy roślin bez wykorzystywania gleby. Wszystkie niezbędne składniki odżywcze rozpuszczone są w odpowiednio przygotowanej pożywce płynnej. Korzenie mogą być zanurzone w niej lub opryskiwane pożywką, a sama pożywka bywa napowietrzana bądź przepływa przez naczynie (Jones 2016). W pożywce muszą być rozpuszczone podstawowe sole, niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin. Wyróżnia się wśród nich te zawierające pierwiastki: węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, potas, wapń, magnez, siarkę, a także żelazo, miedź, cynk, mangan, molibden, bor, chlor i nikiel. Skład pożywki determinuje jej przewodnictwo elektryczne oraz potencjał osmotyczny. Istotne są również jej pH, temperatura i natlenienie (Trejo-Tèllez i Gómez-Merino 2012). W przeciwieństwie do hodowli glebowych możliwe jest kontrolowanie składu pożywki i jej modyfikacja, określenie zmian zachodzących w trakcie wzrostu roślin (zmiany pH czy pojawienie się w pożywce substancji wydzielanych przez rośliny) oraz jej wymiana bez naruszania struktury korzeni. Jedną z powszechnie używanych pożywek do hodowli Arabidopsis jest pożywka Hoaglanada (Hoagland i Arnon, 1950).

hydroponikaPowszechnym stało się wykorzystywanie systemów hydroponicznych zarówno do celów komercyjnych, jak i do badań z zakresu biotechnologii roślin. Gatunkiem modelowym jest roślina z rodziny kapustowatych – Arabidopsis thaliana – rzodkiewnik pospolity (fot. 1). Cykl życiowy Arabidopsis jest stosunkowo krótki (ok. 6 tygodni), dzięki czemu możliwe jest otrzymanie dużej ilości nasion w niedługim okresie czasu. Dorasta do 30cm i ma małe rozety, umożliwia to wyhodowanie wielu roślin na ograniczonej powierzchni (Conn et al. 2013). Ponadto, rzodkiewnik posiada niewielki, dobrze poznany genom, co ułatwia identyfikację, określenie usytuowania i mechanizmu działania rozmaitych genów (Murray, 2004). System służący do hodowli Arabidospis składa się z następujących elementów: kuwety, pokrywy z otworami oraz holderów w niej umieszczanych, a także przezroczystej przykrywy całego pojemnika – system dedykowany Arabidopsis thaliana firmy Araponics (fot. 1-3). Kuwetę o pojemności ok. 2l napełnia się pożywką (lub wodą) o składzie uzależnionym od typu doświadczenia (np. z dodatkiem niacyny). Niektóre zestawy umożliwiają podłączenie rurek napowietrzających do kuwety. Pokrywa zawiera kilkanaście otworów, w których umieszcza się niewielkie zbiorniczki (holdery – 1-1,5ml) wypełniane pożywką stałą (z dodatkiem agaru). Na pożywce stałej umieszczone zostają nasiona. Po ich wykiełkowaniu korzenie siewek przedostają się przez dolny otwór holdera i zanurzają się w płynie w kuwecie. W trakcie kiełkowania nasion oraz wzrostu siewek (do momentu aż rośliny nie osiągną zbyt dużych rozmiarów) pojemnik można przykrywać przepuszczającą światło pokrywą, która zapewnia warunki szklarniowe. Dodatkowo zestaw został zaprojektowany w taki sposób, aby ograniczać ilość światła docierającego do płynu w kuwecie, a tym samym zminimalizować parowanie oraz zapobiec wzrostowi glonów (Conn et al. 2013).

hydroponika hydroponika

Fot. 1-2. Arabidopsis thaliana w hodowli hydroponicznej na pożywce płynnej Hoaglanda. [autor: Weronika Fydryszewska]

Fot. 3. System korzeniowy Arabidopsis thaliana w hodowli hydroponicznej [autor: Weronika Fydryszewska]

W celu badania morfologii korzeni i części nadziemnych, a także zmienności na poziomie fizjologicznym, biochemicznym i molekularnym niezbędne jest otrzymanie wystarczającej ilości biomasy. Zoptymalizowano więc zestawy służące do hodowli hydroponicznych i dopasowano je do wymagań określonych gatunków co pozwoliło na otrzymywanie dużej ilości roślin na niewielkiej powierzchni. Umożliwiło to również zminimalizowanie różnic pomiędzy poszczególnymi próbami, ścisłe kontrolowanie warunków hodowli, a także ograniczenie wpływu czynników zewnętrznych, np. substancji znajdujących się w glebie lub mikroorganizmów w niej bytujących (Smeets et al. 2008).

Hodowle hydroponiczne mają dużą przewagę nad tradycyjnymi hodowlami glebowymi. Kiełkowanie i wzrost nasion na pożywce agarozowej umożliwia już po 7-10 dniach obserwację pojawiających się korzeni. Hodowla w tym systemie nie wymaga przesadzania, co ogranicza straty materiału roślinnego. Zdejmowana pokrywa z holderami pozwala na łatwe przenoszenie roślin w całości lub wyjmowanie partii czy pojedynczych osobników oraz obserwację systemu korzeniowego bez narażania go na uszkodzenia. Hodowla tego typu pozwala również na ścisłą kontrolę podaży mikroelementów zmniejszając ryzyko zajścia niekontrolowanych reakcji składników pożywki ze związkami naturalnie występującymi w glebie (Tacquin et al. 2003).

Literatura:

Conn S, Hocking B, Dayod M, Xu B, Athman A, Henderson S, Aukett L, Conn V, Shearer M, Fuentes S, Tyerman S, Filliham M, 2013. Protocol: optimalising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants, Plant methods 9:4

Hoagland, DR., Arnon, DI. 1950. The water culture method for growing plants without soil. Circ. 347, California Agricultural Experimental Station, Berkeley, CA, USA, 142 pp.

Jones JB Jr., 2016. Hydroponics: A Practical Guide for the Soilless Grower, CRC Press, 1-4 pp.

Murray W. Nabors: Introduction to Botany. San Francisco, Boston, New York: Universtity of Mississippi, 2004, s. 270.

Smeets K, Ruytinx J, Van Belleghem F, Semane B, Lin D, Vangronsveld J, Cuypers A. 2008. Critical evaluation and statistical validation of a hydroponic culture system for Arabidopsis thaliana, Plant Phisiology and Biochemistry, 46: 212-218

Tacquin P, Corbesier L, Havelange A, Pieltain A, Kurtem E, Bernier G, Pèrilleux, 2003. A novel high efficiency, low maintenance, hydroponic system for synchronous growth and flowering of Arabidopsis thaliana, Plant Biology 3:2

Trejo-Tèllez L. I, Gómez-Merino F. C, 2012. Nutrient Solutions for Hydroponic Systems, Hydroponics – A Standard Methodology for Plant Biological Researches, Dr. Toshiki Asao (Ed.), ISBN: 978-953-51-0386-8

 

Autor artykułu:

Weronika Fydryszewska, studentka 2 roku studiów magisterskich na kierunku Biologia, Katedra Cytologii i Embriologii Roślin, Wydział Biologii, Uniwersytet Gdański

Print Friendly, PDF & Email

Kategorie: Artykuły biologiczne,Biologia,Ciekawostki biologiczne,Rośliny okrytonasienne,Świat roślin

Tagi: ,,

Pozostaw odpowiedź