Fattori diversi aventi influenza sulle colture in vitro

Oltre ai nutrienti e agli ormoni addizionati al terreno, vi sono altri fattori che influenzano in modo determinante le colture, in particolare:

- luce;

- aerazione;

- elicitazione;

- temperatura;

- pH.

Luce

Analogamente a quanto accade alla vegetazione a dimora, allo stato naturale, la luce è un fattore assolutamente determinante per la vita stessa della pianta. In biotecnologie se ne possono modulare i parametri in modo preciso e specifico. Tali parametri sono:

1) l'intensità, ovvero la quantità di  energia apportata dalla radiazione luminosa;

2) la qualità, intesa come lunghezza d'onda, come spettro.

3) il fotoperiodo, cioè il rapporto di durata nel tempo dei periodi di luce e di buio, similmente al ciclo giorno/notte.

Aerazione (per microrganismi in biotrasformazioni)

Si parla soprattutto di ossigeno e anidride carbonica. L'aerazione viene fornita in modo meccanico tramite un fermentatore. In questo caso i parametri importanti sono:

- la forma e le dimensioni del fermentatore;

- il tipo di aerazione effettuata, come insufflazione, agitazione meccanica, agitazione orbitale e altre modalità.

La concentrazione di CO2 non deve superare il 5%.

Ad esempio per la coltura di Acer pseudoplatanus l'apporto di ossigeno va da 0,18 a 0,62 micromoli al minuto, ogni 10^6 cellule.

Elicitazione

Utilizzo di materiale organico capace di stimolare una specifica produzione di metaboliti secondari chiamati in generale fitoalessine (deputati alla difesa della pianta da attacchi esterni).

Si usano:

- Elicitori biotici, come liofilizzati di batteri e funghi patogeni;

- Elicitori abiotici, come forti variazioni di temperatura, acidità, luce e metalli pesanti.

Ad esempio nelle colture di Papaver somniferum, l'utilizzo di Botrytis spp. (funghi parassiti) come elicitore biotico induce una produzione di sanguinarina 26 volte superiore al normale. La sanguinarina è un alcaoide fortemente tossico che distrugge le cellule animali, provocando lesioni e sanguinamenti. Induce l'apoptosi nelle cellule, ragione per la quale le sanguinarine sono soggette a studi per possibili applicazione a cellule tumorali.

Sanguinarina

In colture di  Dioscorea deltoidea, l'impiego del fungo Rhizopus arrhizus raddoppia la produzione di diosgenina, utilizzata nella produzione di ormoni.

Alcuni esempi di elicitori abiotici (sali)

In Catharanthus roseus 

il fosforo (ione fosfato) aumenta la sintesi di alcaloidi indolici, in Ipomea spp. decrementa la produzione di alcaloidi, mentre in Morinda citrifolia, i fosfati in concentrazione di 5 grammi/l inducono una maggior produzione di antrachinoni, sulla quale influisce anche il calcio. Questo induce M. citrifolia anche ad una maggior sintesi di pigmenti. Il calcio induce Lithospermum erythrorhizon ad una maggior produzione di acido scichimico, precursore di tutta una serie di metaboliti secondari.

Il magnesio nel terreno di coltura influenza il pH, mentre il ferro induce incrementa la sintesi di acido scichimico. In M. citrifolia il ferro è indispensabile per la produzione di antrachinoni.

Temperatura

Le temperature normali oscillano tra i 25°C e i 30°C, ma ogni pianta pretende la sua temperatura ottimale, come ad esempio Rosa spp. e Nicotiana spp. che si ambientano bene a 31-32 °C.

pH

Il pH ideale si assesta in genere tra 5 e 6. Ha importanza fondamentale sulla produzione di alcaloidi in quanto influenza in modo molto importante il metabolismo e la biosintesi di composti azotati.