Zwei Gruppen von Phytohormonen, die Auxine und Cytokinine, sind maßgeblich an der Regulierung von Wachstum und Differenzierung beteiligt. So haben unter anderem Untersuchungen an Tabakpflanzen belegt, dass das Konzentrationsverhältnis von Indolessigsäure (IES), einem Auxin, zu Kinetin, einem Cytokinin, entscheidend für den jeweilig realisierten Differenzierungsprozess ist. Dabei entnimmt man einer Pflanze ein steriles Explantat, das nach Möglichkeit noch meristematisches Gewebe (z. B. Kambium) enthalten sollte.
Dieses Explantat überträgt man auf einen ebenfalls sterilen
Nährboden, der durch Agar verfestigt wurde und die jeweiligen Phytohormon-Konzentrationen
enthält. Die in der Abbildung angeführten Konzentrationsverhältnisse
haben keine generelle Gültigkeit, da sie artspezifisch sind. Bevor
man mit der gezielten Reproduktion von Pflanzen
beginnen kann, müssen die konkreten Werte experimentell ermittelt
werden.
Will man erbgleiche Pflanzen in großer Stückzahl reproduzieren,
wendet man heute Sterilarbeitstechniken an. Dabei wird das Explantat nach
Desinfektion auf einen Nährboden gegeben, der lebhafte Zellteilung
initiiert, ohne Differenzierung zuzulassen. Es entsteht ein undifferenzierter
Zellhaufen - ein Kallus. Dieser
Kallus wird in eine Suspensionskultur
gegeben, deren Phytohormone ebenfalls Zellteilung induzieren. Da diese
Kultur ständig geschüttelt wird, lösen sich die neu gebildeten
Zellen ab, und es entsteht eine Ein-Zell-Suspension. Nach entsprechender
Zellvermehrung, werden jeweils wenige Milliliter der Lösung erneut
auf Nährböden ausplattiert, die Kalluswachstum auslösen.
Sind die Kalli hinreichend groß, werden sie auf Nährboden zur
Sprossdifferenzierung übertragen. Anschließend erfolgt eine
Umsetzung auf Nährboden, der Wurzelbildung auslöst. Auf diese
Art und Weise kann man aus einer Pflanze, die die vom Züchter
gewünschten Eigenschaften trägt, Millionen genetisch gleichartiger
Pflanzen erzeugen. Diesen Prozess bezeichnet man als Klonieren.
Normalerweise lassen sich artfremde Pflanzen nicht problemlos kreuzen.
Auch hier bietet die sterile Kultur eine neue Möglichkeit. Entfernt
man bei Zellen einer Suspensionskultur durch Zugabe von Cellulase die
Zellwand, erhält man "nackte" Pflanzenzellen - Protoplasten.
Diese Protoplasten kann man unter dem Einfluss eines elektrischen Felds
oder von Ethylenglykol zur Fusionierung bringen. Bei der Protoplastenfusion
von Zellen verschiedener Arten entstehen somatische
Hybride. Tomoffel ist
beispielsweise eine solche somatische Hybride aus Tomate und Kartoffel.
Sie wurde jedoch kein wirtschaftlicher Erfolg.
Somit ergibt sich die prinzipielle Möglichkeit, Eigenschaften zweier
Pflanzenarten zu kombinieren. In der Praxis gelingt dies jedoch nur zwischen
näher verwandten Arten. Heute ist es auch möglich, Pollen oder
Eizellen zum Wachstum in Sterilkultur anzuregen. Dadurch erhält der
Züchter haploide Pflanzen, bei denen alle Allele im Phänotyp
repräsentiert sind. Nach Verdoppelung der Erbinformation erhält
er reinerbige Linien, die er dann gezielt miteinander kombinieren kann.
Isolierte Pflanzenzellen in Sterilkulturen können gentechnisch verändert
werden. Über Kalluskulturen können aus diesen Zellen dann wieder
vollständige Pflanzen mit gezielt eingebauten neuen Genen gewonnen
werden (transgene
Pflanzen).