חזית המחקר
בחינת שיטות הדמיה מתקדמות להערכת איכות הזרעים של מינים בסכנת הכחדה בבנק הגנים הישראלי
אליה דוור בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקני
דקלה ליפשיץ בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקני
עינב מייזליש גתי בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקני ([email protected])
בחינת איכות הזרעים באמצעות מכשיר הרנטגן ביחידה לציוד בין-מכוני במכון וולקני | צילום: דקלה ליפשיץ, בנק הגנים הישראלי
מאת
סיון גולן
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקניאליה דוור
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקנידקלה ליפשיץ
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקניעינב מייזליש גתי
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקנימאת
סיון גולן
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקניאליה דוור
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקנידקלה ליפשיץ
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקניעינב מייזליש גתי
בנק הגֵנים הישראלי, מִנהל המחקר החקלאי – מכון וולקניהערכת האיכות והחיוניות של הזרעים בבנקי גנים הכרחית לתכנון ולניהול של האוספים השמורים בהם. בבנק הגנים הישראלי נמצאות בשימוש שתי שיטות עיקריות להערכת החיוניות והאיכות של הזרעים: בדיקת נביטה הכוללת יצירת פרוטוקולי הנבטה מותאמים לכל מין תוך התחשבות בתרדמת הזרעים ובתנאי הסביבה, ובדיקת חיתוך הכוללת חיתוך הזרעים ובדיקת הרקמות הפנימיות בסטריאומיקרוסקופ. שתי השיטות הרסניות לזרעים.
בנק הגנים הישראלי משתתף בפרויקטים לשימור מינים אנדמיים, מינים בסכנת הכחדה ומינים נדירים, ולכן מחפש שיטות שאינן הרסניות לבחינת חיוניות הזרעים טרם שימורם, כדי להימנע מפגיעה בזרעים יקרי הערך האלה. במחקר זה בחנו שתי שיטות בלתי הרסניות להערכת מצב הזרע: בדיקה באמצעות הדמיה בקרני רנטגן ובאמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (מיקרו CT).
ההלימה בין השיטות ההרסניות לבחינת החיוניות והאיכות של הזרעים לבין בדיקות ההדמיה נבדקה ב-21 מינים של צמחים בסכנת הכחדה ומינים נדירים. נמצאה הלימה גבוהה במרבית המינים בין הבדיקה ההרסנית לבין ההדמיה, כך שבמקרים שנאספו מעט זרעים מאותה הדוגמה, אפשר להשתמש בהדמיה כדי לחזות את איכות הזרעים לפני שימורם בבנק.
על קצה המזלג
- השיטות המקובלות לבדיקת חיוניותם ואיכותם של זרעים מצריכות הרס של הזרעים.
- ההרס בעייתי כאשר מדובר בזרעים של מינים נדירים ושל מינים בסכנת הכחדה, שדגימת הזרעים שלהם מצומצמת מאוד.
- חלופות מתקדמות ובלתי הרסניות להערכת זרעים כוללות הדמיה בקרני רנטגן ומיקרו CT.
- המאמר בחן שימוש בשיטות האלה לבדיקת חיוניותם ואיכותם של זרעי מינים נדירים ומינים בסכנת הכחדה, והן נמצאו אפקטיביות במידה גבוהה עבור 17 מתוך 21 המינים שנבדקו במחקר.
- שימוש בשיטות האלה מאפשר הערכה מדויקת של איכות זרעים לפני שימור, תוך שמירה על זרעים יקרי ערך ומניעת אובדן מיותר של חומר גנטי.
מערכת אקולוגיה וסביבה
הלכה למעשה
מבוא
בנק הגנים הישראלי שבמכון וולקני הוא מרכז לאומי לשימור המאגרים הגנטיים של צמחיית האזור, ומהווה תשתית פיזית (אוסף זרעים) לטובת פיתוח חקלאי ותעשייתי ושימור המגוון הביולוגי בהווה ובעתיד. בנק הגנים הישראלי הוא חלק מפרויקטים לאומיים ובין-לאומיים שאוספים, משמרים (ex-situ), מרבים ומחזירים לטבע (in-situ) מינים נדירים, מינים על סף איום ומינים בסכנת הכחדה (ENtR – Endangered, Near threatened and Rare). הבנק אמון על האיסוף והשמירה של צמחיית הבר ומקיים אוסף הולך וגדל של זרעים מבתי גידול ברחבי הארץ [3, 4, 5].
לבדיקות הערכת איכות הזרעים בבנקי גנים יש חשיבות בתכנון ובניהול של האוספים השמורים בהם. אחד מהיעדים המרכזיים של בנקי הגנים הוא שימור הזרעים באיכות ובחיוניות גבוהות [8, 12]. בנק הגנים הישראלי יישם שתי שיטות מובילות להערכת החיוניות והאיכות של הזרעים: בדיקת נביטה ספציפית ובדיקת חיתוך (cut-test), שתיהן שיטות הרסניות לזרע.
בדיקות הנביטה מחייבות פיתוח פרוטוקולי הנבטה ספציפיים למין, שכן לזרעים של צמחי בר רבים יש מנגנוני תרדמה, ולכן הם אינם נובטים בתנאים נוחים, גם אם הם חיוניים. בבנק הגנים מתבצע תדיר פיתוח פרוטוקול נביטה מיטבי המבוסס על בדיקות נביטה בתנאי סביבה שונים וכן על טיפולים שונים, כגון סידוק קליפת הזרע או חשיפה להורמונים צמחיים [6, 15].
בדיקת יכולת הנביטה מספקת הבחנה ברורה וחד-משמעית של חיוניות הזרעים, אך היא אינה מספקת תשובה מהירה. לכן, בפעילות היום-יומית של בנק הגנים עורכים מיון זרעים באופן חזותי, המעריך נזקים חיצוניים, וחיתוך הזרע לבדיקת התפתחות רקמות פנימיות שלו (עובר ורקמת האגירה [endosperm]). בדיקת החיתוך היא בדיקה מהירה שבמהלכה הזרע נחצה, והרקמות הפנימיות וכן נגיעוּת חיצונית נבחנות בעזרת סטריאומיקרוסקופ [9]. הבדיקות החזותיות מאפשרות להעריך את מצב הזרע ואת פוטנציאל הנביטה שלו מבלי לספק מידע ישיר על חיוניותו. השיטות השגרתיות מתאימות לדגימות זרעים גדולות המאפשרות שימוש הרסני בזרעים עם השפעה מינימלית על סך הזרעים לשימור. לעומת זאת, מינים נדירים ומינים בסכנת הכחדה מאתגרים יותר בעת איסוף מהטבע, ולכן לעיתים מאגר הזרעים שלהם במתקני השימור מצומצם יחסית [14]. יתר על כן, מיעוט הזרעים מגביל את השימוש בשיטות הרסניות לבדיקת איכות הזרעים לשימור. לכן, בנק הגנים הישראלי מחפש שיטות שיכולות להפחית את השימוש בזרעים בעלי זמינות מוגבלת בפעילות השוטפת, ובכך לתרום לשימור זרעים יקרי ערך.
בבנק הגנים הישראלי אוספי הזרעים בטבע נדרשים לאסוף לפחות 3,000 זרעים לכל דוגמה לשימור, בתנאי שמספר זה קטן מ-20% מכלל הזרעים שבשטח האיסוף. השארת 80% מכלל הזרעים מבטיחה את המשך קיומה התקין של האוכלוסייה הטבעית באתר האיסוף. עקב הוראות האיסוף האלה כ-13% מכלל האיסופים שהגיעו לבנק הגנים בין השנים 2007–2024 הכילו פחות מ-1,000 זרעים בדוגמה, לעומת 10,000–100,000 זרעים בדוגמה ביתר המינים. באיסוף מיני ENtR הבעיה גדולה עוד יותר, וכ-30% מהדוגמאות שנאספו בשנים האלה כללו פחות מ-1,000 זרעים בדוגמה. מכיוון שרוב הדוגמאות של מיני ENtR מכילות כמויות נמוכות יחסית של זרעים, אנו נדרשים לבחינת שיטות נוספות שאינן הרסניות, לבדיקת איכות הזרעים ופוטנציאל נביטה שלהם.
במחקר הנוכחי בדקנו שתי שיטות הדמיה המאפשרות בחינת זרעים לא הרסנית. השיטה הראשונה מבוססת על שימוש במכשיר רנטגן (קרני X) לבדיקת איכות זרעים. בדומה לשיטת החיתוך, ניתן לבדוק דגימה אקראית לזיהוי זרעים ריקים, לא מפותחים או נגועים. שיטה זו אינה מספקת מידע על חיוניות הזרעים, אך היא מעריכה את פוטנציאל הנביטה על סמך מצב הרקמות הפנימיות של הזרע מבלי לפגוע בהן [7, 11]. שיטת ההדמיה השנייה שנבדקה מבוססת על טכנולוגיית מיקרו CT (להלן טומוגרפיה ממוחשבת – Computed Tomography) המשלבת הדמיות רנטגן יחד עם אלגוריתמים של עיבוד תמונה. איסוף סדרת תמונות דו-ממדיות מזוויות שונות של הזרע יוצר הדמיה תלת-ממדית המציגה את הזרע השלם מזוויות רבות, כולל שכבות רקמותיו הפנימיות.
בעוד שבשיטת הדמיית הרנטגן משתמשים מעת לעת בבנקי גנים בעולם, הרי ששיטת הטומוגרפיה הממוחשבת מקובלת יותר לשימוש בתעשיית הזרעים ולא בעולם שימור הזרעים של בנקי הגנים. בחנו את שתי השיטות כדי לבדוק את התאמתן לפעילות המקומית בבנק הגנים הישראלי.
שיטות ותיאור העבודה
21 המינים שנבחרו למחקר זה (טבלה 1) מייצגים מינים בסכנת הכחדה מאוכלוסיית הבר של ישראל [1, 2, 10]. הזרעים, שנלקחו מאוסף בנק הגנים, הוקצו בעבר למבחני הערכת איכות שונים ונשארו בעודף. הזרעים עברו את תהליך השימור האופייני בבנק הגנים (ייבוש הזרעים לכדי 15% לחות יחסית ולאחר מכן הקפאה בטמפרטורה של 20oC- באותם תנאי יובש) ונשמרו בתנאים האלה כעשור. מכל מין נבחרו אקראית 36 זרעים, והם חולקו לקבוצת ביקורת (12 זרעים) ולשתי קבוצות סריקה בקרני רנטגן, עבור השוואה בשתי שיטות הרסניות שונות להערכת איכות זרעים (12X2). קבוצת הביקורת שימשה לבחינת חיוניות הזרעים ופוטנציאל הנביטה לאחר תקופת האחסון במתקני הבנק כדי לשלול עיכוב נביטה שנגרם מתרדמה. הסריקה בקרני הרנטגן התבצעה באמצעות מכשיר הדמיה מדגם Bruker Skyscan 1172. כל זרע שנסרק מוספר ונשמר בכלי נפרד לאחר הצילום, והתמונה שהתקבלה פוענחה להערכה איכותנית על פי הדמיית מראה הרקמות הפנימיות בסקאלה של 1–5. דירוג של 1–2 מציין זרע מלא או כמעט מלא עם רקמה תקינה, בעוד שדירוג של 3–5 מייצג זרעים שהם ריקים למחצה עד ריקים או בעלי רקמה בלתי תקינה (איור 1). קבוצה אחת מהזרעים שעברו הדמיה הועברה לזריעה לבחינת חיוניותם באמצעות מבחני הנבטה. הקבוצה השנייה של הזרעים הסרוקים הועברה להערכת איכות באמצעות מבחני חיתוך. נבחנה הלימה עבור כל זרע בנפרד בין הערכת איכותו בהדמיית רנטגן לבין החיוניות שנמצאה במבחן הנביטה או הערכת האיכות במבחן החיתוך.
עבור המינים אגרוסטמת השדות (.Agrostemma githago L) וגִלדָן מוארך (Elytrigia elongata) בוצעה סריקת הדמיה גם באמצעות מכשיר מיקרו CT מדגם SKYSCAN 1172, Bruker (Kontich, Belgium) בטכנולוגיית תלת-ממד לבחינת יתרונות השיטה בהשוואה להדמיית הרנטגן.
טבלה 1
רשימת המינים שנבדקו במחקר
לכל מין בפרויקט הערכת הסיכון למגוון הביולוגי של צמחי ישראל, שנערך מטעם רשות הטבע והגנים [10] הוקצה מספר אדום. המספר מצביע על רמת הסיכון המוערכת: בסכנת הכחדה (Endangered) – 3.2 ומעלה, על סף איום (Near threatened) – 2.6, נדירים מאוד (Extremely rare) – פחות מ-2.6, נכחד – (1-).
בטבלה מוצגים עבור כל מין אחוז ההתאמה בין תוצאות הדמיית הרנטגן כפי שהוערכו על ידינו לבין המבחנים ההרסניים הנהוגים בבנק הגנים – מבחן הנביטה ומבחן החיתוך. גודל הדגימה 12 זרעים.
איור 1
דוגמאות למערכת הדירוג ששימשה להערכת דימות רנטגן עבור המינים שנבדקו במחקר זה
עבור כל מין מוצגת דוגמה לדירוג 1, המייצג זרע באיכות גבוהה, ולדירוג נמוך יותר, המייצג זרע באיכות נמוכה יותר.
תוצאות
21 המינים שנבדקו שייכים ל-12 משפחות בוטניות (טבלה 1), וב-20 מתוכם שיעור נביטת הזרעים לבחינת פוטנציאל נביטת הדוגמה (קבוצת הביקורת) הגיע ל-100%. החריג היה המין מסרק ארץ-ישראלי (Scandix palaestina) ששיעור הנביטה בו הגיע ל-45% בלבד.
בהשוואה בין ההערכה האיכותנית באמצעות סולם הדירוג שבוצעה לזרעים שנסרקו בקרני רנטגן לבין בחינת איכותם באמצעות מבחני הנביטה (האם נבט והתפתח נבט נורמלי?) ומבחני החיתוך (האם הזרע כלל את כל איברי הזרע?), נמצאה הלימה מלאה בין ההערכה לבין תוצאות הבדיקה ב-17 מתוך 21 המינים שנבדקו (טבלה 1).
בכל 17 המינים הללו זרעים שסווגו כתקינים בציון 1 בסולם הדירוג האיכותני, הציגו בהדמיית הרנטגן חלל פנימי כהה ואחיד, הממלא את כל נפח הזרע, מראה המעיד על מבנה מלא ושלם. לאחר חיתוכם במבחני החיתוך נמצאו בהם כל האיברים הצפויים: עובר מפותח ורקמת תשמורת. יתרה מכך, גם מבחני הנביטה, שמעריכים את איכות הזרע באופן עקיף ללא בדיקת מבנהו הפנימי, הצביעו על הלימה ברורה: זרעים שסווגו כתקינים לפי הדירוג, נבטו בהתאם לפרוטוקול המומלץ לכל מין.
התאמה גבוהה זו ניכרה גם בזרעים שסווגו כלא תקינים, בציונים 3–5 בסולם האיכותני. זרעים שקיבלו ציון 3 הציגו בהדמיית הרנטגן אזורים בהירים בהיקף החלל הפנימי, בציון 4 כל החלל הפנימי נראה בהיר, ובציון 5 נצפתה הדמיה בלתי סדירה. כאשר הזרעים האלה נחתכו, נמצאה רקמה ריקה באופן חלקי או מלא (בהתאם לציונים 3–4) או נזק לרקמה הפנימית כגון פגיעות חרקים (ציון 5).
מבחני הנביטה בכל 17 המינים הראו באופן עקבי כי זרעים שסווגו בציונים 3–5 סבלו מפגיעה ביכולת הנביטה, מה שמחזק את הקשר בין ממצאי ההדמיה לבין איכות הזרע בפועל.
במין עדעד הגליל (Limonium galilaeum Domina) נמצאה הלימה נמוכה יחסית בין ההדמיה למבחני החיתוך – 66.6%. למין זה זרעים קטנים, רכים ודקים. גודלם ומרקמם הרך הופכים אותם ללא מתאימים לבדיקת החיתוך. הזרעים נמעכו בעת החיתוך, ולא היה ניתן להבחין באופן מדויק בשלמות רקמות הזרע. קושי טכני זה מסביר את ההלימה הנמוכה לסריקות ההדמיה שאפשרו לזהות אזורים פגומים זעירים ברקמת הזרעים. לעומת זאת, בזרעים של עדעד הגליל שעברו מבחני נביטה לאחר סריקות ההדמיה הייתה הלימה של 100% בין תוצאות ההדמיה לנביטה, כך שההדמיה ניבאה טוב יותר את איכות הזרע יחסית למבחן חיתוך הזרע.
במין גלדן מוארך נמצאה הלימה נמוכה בין ההערכה האיכותנית של הדמיית הרנטגן לבין תוצאות מבחן הנביטה (50%) ותוצאות מבחני החיתוך (33%). מין זה נשמר בבנק הגנים יחד עם המוצים והגלומות, ונסרק בצילומי ההדמיה בצורה זו. נראה כי נוכחות המוצים והגלומות הפריעה לקבלת הדמיות איכותיות שמאפשרות פענוח נכון של התמונה (איור 2). בעקבות ההלימה הנמוכה שהתקבלה בגלדן מוארך, החלטנו לבחון את איכות זרעיו גם באמצעות הטומוגרפיה הממוחשבת. בשיטה זו התקבלה הדמיה מפורטת מאוד של הזרע שמאפשרת בחינה לעומק של איכותו ופוטנציאל הנביטה שלו למרות נוכחות המוצים והגלומות (ראו סרטון הדמיה עליון).
בזרע של אגרוסטמת השדות ניתן היה לראות בסריקות רנטגן בפגיעה כלשהי בהתפתחות הזרע, אך לא ניתן היה לקבוע את מהות הפגיעה. כאשר הזרע נחתך נמצא שעובר הזרע חסר (איור 2). בשל הפער במידע שנמצא בין שתי השיטות, החלטנו לבחון גם את הזרעים של אגרוסטמת השדות בשיטת הטומוגרפיה הממוחשבת. הדמיה זו אפשרה הבחנה ברורה יותר בעובר וברקמת האגירה, כפי שנמצא במבחן החיתוך (ראו סרטון הדמיה תחתון).
איור 2
הדמיית רנטגן וצילומי חיתוך של שני זרעי אגרוסטמת השדות (א, ב) ושני זרעי גלדן מוארך (ג, ד)
זרע א1 נראה בהדמיה כזרע מלא המכיל את כל חלקי הזרע, ובמבחן החיתוך (א2) נמצא מבנה רקמות נורמלי – עובר ורקמת האגירה של הזרע. זרע ב1 נראה בהדמיה מצומק בחלקו הפנימי, ולאחר החיתוך (ב2) נמצא כי הוא מכיל את רקמת האגירה בלבד ללא העובר.
זרע ג1 נראה בהדמיה כזרע מלא המכיל את כל חלקי הזרע, ומבחן החיתוך (ג2) אישש את ההערכה. זרע ד1 נראה בהדמיה כזרע ריק ללא רקמות פנימיות, אך לאחר החיתוך (ד2) ניתן לראות את מרבית הרקמות הפנימיות של הזרע.
זרע בודד של גלדן מוארך בהדמיה תלת-ממדית באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת. ניתן לראות בהדמיה את היקף הזרע החיצוני ואת פנים הזרע עם מבנה מלא ושלם | צילום: ד"ר אחמד נאסר, מנהל היחידה לציוד בין-מכוני במכון וולקני
זרע בודד של אגרוסטמת השדות בהדמיה תלת-ממדית באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת. ניתן לראות את היקף הזרע החיצוני ובפנים עובר מפותח ורקמת אגירה | צילום: ד"ר אחמד נאסר, מנהל היחידה לציוד בין-מכוני במכון וולקני
דיון
בנק הגנים הישראלי משקיע מאמצים רבים בהערכת איכות הזרעים שנבחרים לשימור במתקניו, וכן בבחינת פוטנציאל השימוש בהם בטווח הארוך. ברוב המקרים קיימת העדפה לביצוע מבחני נביטה, שכן פרוטוקול ההנבטה משמש את בנק הגנים גם למחקרים ולסיוע בשימוש באוספים הקיימים. עם זאת, ישנם מקרים שהשיטות המקובלות אינן מתאימות – למשל כאשר פענוח פרוטוקול ההנבטה דורש זמן רב, או כאשר מספר הזרעים הזמין לבחינה אינו מספק.
שיטת ההדמיה באמצעות קרני רנטגן נמצאה מתאימה לשימוש שגרתי בבנק הגנים לצורך הערכת איכות זרעים, בייחוד בדגימות שלא ניתן לבצע בהן מבחנים הרסניים כמו מבחני נביטה או חיתוך. השיטה יעילה במיוחד עבור זרעים של מינים נדירים או בסכנת הכחדה, ומהווה כלי בלתי הרסני ובעל פוטנציאל אמין לחיזוי חיוניות הזרע במגוון רחב של מינים.
בנק הגנים Millennium Seed Bank שבקיו גארדנס (Kew Gardens, לונדון) משתמש באופן קבוע בהדמיית רנטגן להערכת איכות הזרעים, בשילוב עם מבחני חיתוך [12]. בבנק הגנים הישראלי אנו מתמודדים עם מספר רב של מינים בעלי רגישות סביבתית וחשיבות לשמירה על כמות הזרעים לשימור [14], ולכן שילוב שיטת ההדמיה בארגז הכלים לבחינת איכות האוספים יאפשר גמישות בין מבחנים הרסניים שמספקים ידע מעמיק, כמו פענוח פרוטוקולי נביטה, לבין מבחנים בלתי הרסניים כמו אלה שתוארו כאן.
יתרון נוסף לשיטת ההדמיה טמון ביכולתה להעריך את איכותם של זרעים שקשה לבדוק אותם בחיתוך או במבחני נביטה. מדובר בעיקר בזרעים בעלי קשיות גבוהה או מבנה מורכב, כמו זרעים דקים ורכים או כאלה בעלי קליפה קשה ועבה, שיוצרים קושי טכני בביצוע הבדיקות המקובלות. במקרים האלה שיטת ההדמיה באמצעות קרני רנטגן מהווה פתרון יעיל ולא הרסני, המאפשר הערכה אמינה של איכות הזרעים. עם זאת, כדי להפיק תמונות באיכות גבוהה וברורה עבור מגוון מינים לשם הערכת איכות זרעים באמצעות תמונות הדמיה בקרני רנטגן, יש לרכוש מיומנות ושליטה בעבודה עם מכשיר ההדמיה. נוסף על כך, נדרש ידע מקצועי בפענוח המידע המתקבל מהסריקות, תוך תשומת לב לפרטים והבנת משמעותם. אף על פי שהניתוח מבוסס על הערכה חזותית, הוא ניתן לביצוע באופן עקבי ואמין כאשר הוא מבוצע על-ידי אנשי מקצוע מיומנים.
בשל חשש מפגיעה מוּטָגנית אפשרית בזרעים בעת החשיפה לקרינה, השימוש בזרעים שעברו הדמיה בקרני רנטגן מיועד לצרכים שאינם כוללים השבה לטבע או ריבוי [9, 13]. עם זאת, ניתן להשתמש בהם בבנק הגנים לצרכים חשובים אחרים, כגון ביצוע מבחני נביטה לצורך פיתוח פרוטוקול הנבטה, הערכת חיוניות, לימוד מאפייני הגידול של המין וזיהוי והגדרה מדעית.
במחקר נבדקו שתי שיטות להדמיית זרעים באמצעות קרני רנטגן, הדמיית רנטגן והדמיה בטומוגרפיה ממוחשבת. אומנם טומוגרפיה ממוחשבת מאפשרת תצפית מעמיקה יותר על מבנה הזרע, בעיקר במקרים שהדמיה רגילה אינה מספקת זאת, אך היא לא נמצאה פרקטית לשימוש שגרתי בבנק הגנים מכמה סיבות. השימוש בטומוגרפיה ממוחשבת נפוץ בשנים האחרונות בחברות זרעים מסחריות, שם נבדק מספר מצומצם של מינים. לעומת זאת, בבנקי גנים יש להתמודד עם מגוון ביולוגי רחב. במהלך הסריקות נמצא כי יש לבצע התאמה של שיטת הסריקה לכל מין בנפרד ולייצב כל זרע כך שתתאפשר תצפית מלאה על היקפו החיצוני. דרישה זו מחייבת התאמות טכניות בהתאם למורפולוגיה הייחודית של מיני הבר, ונראה שככל שייבדקו מינים נוספים, האתגר הטכני יגדל. נוסף על כך, עלותה הגבוהה של הטומוגרפיה, העובדה שניתן לסרוק בכל פעם זרע אחד בלבד, וזמן ההפקה הארוך של הדמיה זו – כל אלה מהווים מגבלות משמעותיות לשימוש שוטף בשיטה זו בבנק הגנים.
בהתבסס על ממצאי המחקר ניתן להמליץ על שילוב שיטת ההדמיה בקרני רנטגן ככלי שגרתי להערכת איכות זרעים בבנק הגנים הישראלי. השיטה יעילה במיוחד עבור מינים נדירים או כאלה שהזרעים שלהם בעיתיים לבדיקה באמצעים הרסניים. כאשר ההדמיה הרגילה אינה מספקת תמונה ברורה או מלאה, ניתן לשלב גם טומוגרפיה ממוחשבת ככלי משלים, ובכך לשפר את דיוק ההערכה ולהרחיב את היכולת לזהות זרעים תקינים ולא תקינים בצורה לא הרסנית. יישום משולב של השיטות להערכת איכות זרעים בבנק הגנים יתרום לשיפור תהליכי השימור של מיני בר בישראל, בייחוד אלה המצויים בסכנת הכחדה, וישמש כלי חשוב בניהול משאבי טבע.
- השיטות המקובלות לבדיקת חיוניותם ואיכותם של זרעים מצריכות הרס של הזרעים.
- ההרס בעייתי כאשר מדובר בזרעים של מינים נדירים ושל מינים בסכנת הכחדה, שדגימת הזרעים שלהם מצומצמת מאוד.
- חלופות מתקדמות ובלתי הרסניות להערכת זרעים כוללות הדמיה בקרני רנטגן ומיקרו CT.
- המאמר בחן שימוש בשיטות האלה לבדיקת חיוניותם ואיכותם של זרעי מינים נדירים ומינים בסכנת הכחדה, והן נמצאו אפקטיביות במידה גבוהה עבור 17 מתוך 21 המינים שנבדקו במחקר.
- שימוש בשיטות האלה מאפשר הערכה מדויקת של איכות זרעים לפני שימור, תוך שמירה על זרעים יקרי ערך ומניעת אובדן מיותר של חומר גנטי.
מערכת אקולוגיה וסביבה
Evaluation of Advanced Imaging Methods for Assessing Seed Quality of Endangered Species in the Israeli Gene Bank
Sivan Golan, Elya Davar, Dikla Lifshitz and Einav Mayzlish-Gati
Israel Gene Bank, Agricultural Research Organization, Volcani Institute (Israel)
The Israel Gene Bank (IGB), a national initiative for preserving the genetic resources of regional vegetation, serves as a repository for collected seeds. Assessing seed quality and viability is critical for managing and maintaining conserved collections. Traditionally, IGB employs two destructive methods: germination testing, which requires species-specific protocols and accounts for dormancy and environmental conditions, and cut testing, which involves examining internal seed tissues under a stereo microscope. While effective, these methods consume valuable seeds, posing challenges for projects aimed at conserving Endangered, Near-threatened, and Rare (ENtR) species.
To address this, we evaluated two non-destructive imaging techniques: X-ray imaging and micro-CT technology, as alternatives for assessing seed condition prior to conservation. Twenty-one ENtR plant species were tested to determine the correlation between imaging results and traditional destructive methods. A strong correlation was observed for most species, indicating that imaging can reliably predict seed quality and viability. These findings highlight the potential of non-destructive approaches to improve conservation practices while safeguarding irreplaceable genetic resources.
מקורות
- שמידע א, פולק ג ופרגמן-ספיר א. 2007. הספר האדום – צמחים בסכנת הכחדה בישראל: חלק א.
- שמידע א, פולק ג ופרגמן-ספיר א. 2011. הספר האדום – צמחים בסכנת הכחדה בישראל: חלק ב.
- Barazani O, Lifshitz D, and Mayzlish-Gati E. 2024. Conservation of plant genetic resources in the southern Levant. Scientia Horticulturae 331: 113124.
- Barazani O, Mayzlish-Gati E, Lifshitz D, et al. 2017. Strategies and priorities in field collections for ex situ conservation: The case of the Israel Plant Gene Bank. Genetic Resources and Crop Evolution 64: 1–5.
- Barazani O, Perevolotsky A, and Hadas R. 2008. A problem of the rich: Prioritizing local plant genetic resources for ex situ conservation in Israel. Biological Conservation 141(2): 596–600.
- Baskin CC and Baskin JM. 2014. Seeds: Ecology, biogeography, and evolution of dormancy and germination (2nd ed.).
- Bruggink H and Van Duijn B. 2017. X-ray based seed analysis. Seed Testing International 153: 45–50.
- Chapman T, Miles S, and Trivedi C. 2019. Capturing, protecting and restoring plant diversity in the UK: RBG Kew and the Millennium Seed Bank. Plant Diversity 41: 124–131.
- ENSCONET. 2009. ENSCONET Curation Protocols and Recommendations. Royal Botanic Gardens, Kew (UK). ISBN: 978-84-692-5964-1.
- Israel Nature and Parks Authority. Israeli nature risk assessment project – Endangered plants. Viewed 15 Sept 2025.
- Kavelenova L, Roguleva N, Yankov N, et al. 2021. Assessment of the quality of seeds formed in situ and ex situ as a mandatory element of maintaining seed banks of rare plants. E3S Web of Conferences 265: 05012 APEEM.
- Liu U, Breman E, Cossu TA, and Kenney S. 2018. The conservation value of germplasm stored at the Millennium Seed Bank, Royal Botanic Gardens, Kew, UK. Biodiversity and Conservation 27: 1347–1386.
- Martín C, Martínez-Laborde JB, and Pérez C. 1998. The use of X-ray radiography in the assessment of conserved seeds of six halophytic species of Limonium. Journal of Arid Environments 38(2): 245–253.
- Mayzlish-Gati E, Walczak M, Singer A, et al. 2018. Ex-situ conservation strategies for endangered plants in the Israel Gene Bank. Israel Journal of Plant Sciences 65(3–4): 121–128.
- Wilkinson KM, Landis TD, Haase DL, et al. 2014. Tropical nursery manual: A guide to starting and operating a nursery for native and traditional plants. Agriculture Handbook 732, April.
קריאה נוספת
ספר העוסק באקולוגיה של זרעים, בהשפעות סביבתיות על נביטת זרעים, בסוגי תרדמה ובמחקרים שונים מתחום נביטת הזרעים.
Baskin CC and Baskin JM. 2014. Seeds: Ecology, biogeography, and evolution of dormancy and germination. Elsevier.
אתר המכיל מידע אקולוגי על מיני הצומח של ישראל ומסייע בבניית פרוטוקול ההנבטה. האתר מספק מידע על הפלורה הישראלית, נתוני התפוצה של מיני הצמחים בישראל ומאפיינים פנולוגיים ומורפולוגיים שלהם.
צמחיית ישראל וסביבתה – מאת פרופ’ אבינעם דנין וד"ר אוֹרי פרגמן-ספיר.
