Nuôi cấy mô tế bào thực vật là một phạm trù khái niệm chung cho tất cả các loại nuôi cấy nguyên liệu thực vật hoàn toàn sạch virus, trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo, trong ñiều kiện vô trùng.
Bao gồm:
- Nuôi cấy cây non và cây trưởng thành
- Nuôi cấy phôi: phôi non, phôi trưởng thành. - Nuôi cấy mô sẹo (callus)
- Nuôi cấy tế bào ñơn (huyền phù tế bào)
- Nuôi cấy protoplas: nuôi cấy phần bên trong tế bào thực vật sau khi ñã tách vỏ, còn gọi là nuôi cấy tế bào trần.
Nuôi cấy mô, tế bào thực vật con gọi là nuôi cấy thực vật in vitro (trong ống nghiệm) ñể phân biệt với các quá trình nuôi cấy ngoài ống nghiệm, gọi là nuôi cấy in vivo.
* Tính toàn năng của tế bào
Haberlandt (1902) là người ñầu tiên ñề xướng ra phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật ñể chứng minh cho tính toàn năng của tế bào. Theo ông mỗi một tế bào bất kỳ của một cơ thể sinh vật ña bào ñều có khả năng tiềm tang ñể phát triển nhanh thành một cà thể hoàn chỉnh. Như vậy mỗi tế bào riêng rẽ của cơ thể ña bào ñều chứa ñầy ñủ toàn bộ lượng thông tin di truyền cần thiết của cả sinh vật ñó và nếu gặp ñiều kiện thuận lợi thì mỗi tế bào có thể phát triển thành một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh. Hơn 50 năm sau, các nhà thực nghiệm về nuôi cấy mô và tế bào thực vật mới ñạt ñược thành tựu chứng minh cho khả năng tồn tại và phát triển ñộc lập của tế bào. Tính toàn thể của tế bào thực vật ñã ñược chứng minh. Nổi bật là các công trình: Miller và Skoog (1953) tạo ñược rễ từ các mảnh mô cắt từ thân cây thuốc lá, Reinert và Steward (1958) ñã tạo ñược phôi và cây cà rốt hoàn chỉnh từ tế bào ñơn nuôi cấy trong dung dịch, Cocking (1960) tách ñược tế bào trần và Takebe (1971) tái sinh ñược cây hoàn chỉnh từ nuôi cấy tế bào trần của cây thuốc lá.
Tính toàn năng của tế bào mà Haberlandt nêu ra chính là cơ sở lý luận của phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật.
* Sự phân hóa và phản phân hóa của tế bào
Cơ thể thực vật trưởng thành là một chỉnh thể thống nhất bao gồm nhiều cơ quan chức năng khác nhau, ñược hình thành từ nhiều loại tế bào khác nhau. Tuy
nhiên tất cả các loại tế bào ñó ñều bắt nguồn từ một tế bào ñầu tiên (tế bào hợp tử). Ở giai ñoạn ñầu tế bào hợp tử tiếp liên tục phân chia hình thành nhiều tế bào phôi chưa mang chức năng riêng biệt (chuyên hoá). Sau ñó các tế bào phôi sinh này chúng tiếp tục ñược biến ñổi thành các tế bào chuyên hoá ñặc hiệu cho các mô, cơ quan chức năng khác nhau.
Sự phân hoá tế bào là sự chuyển hoá các tế bào phôi sinh thành các tế bào chuyên hoá, ñảm nhiệm chức năng khác nhau. Quá trình phân hoá tế bào ñược biểu thị như sau:
Tế bào phôi sinh → Tế bào dãn → Tế bào phân hoá có chức năng riêng biệt Tuy nhiên, khi tế bào phân hoá thành các tế bào có chức năng chuyên, chúng không hoàn toàn mất khả năng biến ñổi mình. Trong trường hợp cần thiết, ở ñiều kiện thích hợp, chúng có khả năng về lại trạng thái phôi sinh và phân chia mạnh mẽ. Quá trình này gọi là quá trình phản phân hoá, ngược lại quá trình phân hoá tế bào.
Phân hoá tế bào
Tế bào phôi sinh Tế bào dãn Tế bào chuyên hóa Phản phân hoá tế bào
Về bản chất, sự phân hoá và phản phân hoá là một quá trình hoạt hoá, ức chế các gen, tại một thời ñiểm nào ñó trong quá trình phát triển cá thể, có một số gen ñược hoạt hoá (mà trước nay vốn bị ức chế) ñể cho ta tính trạng mới, còn một số gen khác bị ñình chỉ hoạt ñộng. ðiều này xảy ra theo một chương trình ñã ñược mã hoá sẵn trong cấu trúc của AND của mỗi tế bào khiến quá trình sinh trưởng phát triển của cơ thể thực vật luôn hài hoà
Mặt khác, khi tế bào nằm trong một khối mô của cơ thể thường bị ức chế bởi các tế bào xung quanh. Khi tách riêng từng tế bào hoặc giảm kích thước của khối mô sẽ tạo ñiều kiện cho sự hoạt hoá các gen của tế bào
kết quả của quá trình phân hoá và phản phân hoá. Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật xét cho ñến cùng là kỹ thuật ñiểu khiển sự phát sinh hình thái của tế bào thực vật (khi nuôi cấy tách rời trong ñiều kiện nhân tạo và vô trùng) một cách ñịnh hướng dựa vào sự phân hóa và phản phân hoá của tế bào trên cơ sở tính toàn năng của tế bào thực vật