การขยายพันธุ์แบบไมโครหรือการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเป็นการปฏิบัติในการขยายพันธุ์วัสดุตั้งต้นของพืชอย่างรวดเร็วเพื่อผลิต ลูก หลาน จำนวนมากโดยใช้ วิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสมัยใหม่^{[ 1 ]}

การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชใช้เพื่อขยายพันธุ์พืชหลากหลายชนิด เช่น พืชที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมหรือผสมพันธุ์ด้วย วิธี การผสมพันธุ์พืช แบบดั้งเดิม นอกจากนี้ยังใช้เพื่อให้ได้ต้นกล้า จำนวนมากพอ สำหรับการปลูกจากพืชที่ไม่มีเมล็ด พืชที่ไม่ตอบสนองต่อการขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ได้ดี หรือในกรณีที่การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเป็นวิธีการขยายพันธุ์ที่ถูกกว่า (เช่นกล้วยไม้^{[ 2 ]} ) เฟรเดอริค แคมเปียน สจ๊วร์ดนักพฤกษศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ค้นพบและบุกเบิกการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชในช่วงปลายทศวรรษ 1950 และต้นทศวรรษ 1960 ^{[ 3 ]}

โดยสรุป ขั้นตอนการขยายพันธุ์พืชขนาดเล็กสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ขั้นตอน:

1. การคัดเลือกต้นแม่
2. การคูณ
3. การหยั่งรากและการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม
4. ย้ายต้นกล้าใหม่ลงดิน

การขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเริ่มต้นด้วยการคัดเลือกวัสดุพืชที่จะขยายพันธุ์ เนื้อเยื่อพืชจะถูกแยกออกจากพืชที่สมบูรณ์ในสภาพปลอดเชื้อ วัสดุตั้งต้นที่สะอาดปราศจากไวรัสและเชื้อรามีความสำคัญต่อการผลิตพืชที่มีสุขภาพดีที่สุด เมื่อเลือกวัสดุพืชสำหรับการเพาะเลี้ยงแล้ว การเก็บชิ้นส่วนพืช (explant) จะเริ่มต้นขึ้น ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อที่จะใช้ รวมถึงปลายยอด อับเรณู กลีบดอก ละอองเรณู และเนื้อเยื่อพืชอื่นๆ จากนั้นชิ้นส่วนพืชจะถูกฆ่าเชื้อที่ผิว โดยปกติจะล้างด้วยสารฟอกขาวและแอลกอฮอล์หลายครั้ง และสุดท้ายล้างด้วยน้ำที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว ชิ้นส่วนเนื้อเยื่อพืชเล็กๆ นี้ บางครั้งอาจเป็นเพียงเซลล์เดียว จะถูกวางลงบนอาหารเลี้ยง เชื้อ ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรอง น้ำซูโครสเป็นแหล่งพลังงาน และสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช ( ฮอร์โมน พืช ) อย่างน้อยหนึ่งชนิด การขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อโดยไม่ใช้น้ำตาลในอาหารเลี้ยงเชื้อก็สามารถทำได้เช่นกันผ่านการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแบบสังเคราะห์แสง โดยปกติแล้ว อาหารเลี้ยงเชื้อจะถูกทำให้ข้นด้วยสารก่อเจล เช่นอะการ์เพื่อสร้างเจลที่ช่วยพยุงชิ้นส่วนพืชระหว่างการเจริญเติบโต พืชบางชนิดเจริญเติบโตได้ง่ายในอาหารเลี้ยงเชื้อแบบง่ายๆ แต่บางชนิดต้องการอาหารเลี้ยงเชื้อที่ซับซ้อนกว่าเพื่อการเจริญเติบโตที่ประสบความสำเร็จเนื้อเยื่อ พืช จะเจริญเติบโตและเปลี่ยนแปลงไปเป็นเนื้อเยื่อใหม่ๆ ขึ้นอยู่กับอาหารเลี้ยงเชื้อ ตัวอย่างเช่น อาหารเลี้ยงเชื้อที่มีไซโตไคนินใช้ในการสร้างหน่อแตกแขนงจากตาพืช

การขยายพันธุ์คือการนำตัวอย่างเนื้อเยื่อที่ผลิตได้ในขั้นตอนแรกมาเพิ่มจำนวน หลังจากที่นำเนื้อเยื่อพืชเข้ามาและเจริญเติบโตได้สำเร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการขยายพันธุ์ โดยผ่านกระบวนการนี้ซ้ำๆ ตัวอย่างเนื้อเยื่อหนึ่งชิ้นอาจเพิ่มจำนวนจากหนึ่งต้นเป็นหลายร้อยหรือหลายพันต้นได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อที่ปลูก การขยายพันธุ์อาจใช้วิธีการและอาหารเลี้ยงที่แตกต่างกัน หากเป็นเนื้อเยื่อแคลลัส สามารถนำไปปั่นในเครื่องปั่นและตัดเป็นชิ้นเล็กๆ แล้วนำไปเพาะเลี้ยงใหม่ในอาหารเลี้ยงชนิดเดียวกันเพื่อเพิ่มจำนวนแคลลัส หากปลูกเนื้อเยื่อเป็นต้นอ่อนขนาดเล็ก มักมีการเติมฮอร์โมนเพื่อให้ต้นอ่อนแตกหน่อเล็กๆ จำนวนมาก หลังจากที่หน่อแตกออกมาหลายหน่อแล้ว จะนำหน่อเหล่านั้นไปปลูกในอาหารเลี้ยงรากที่มีอัตราส่วนออกซิน/ไซโตไคนินสูง หลังจากที่รากเจริญเติบโตแล้ว ต้นอ่อนสามารถนำไปใช้ในการปรับสภาพให้แข็งแรงได้

ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการดูแลต้นกล้า/หน่อที่ผลิตขึ้นเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของรากและการ "เสริมความแข็งแรง" โดยดำเนินการในสภาพแวดล้อมปลอดเชื้อ เช่น ในหลอดทดลอง

"การปรับสภาพ" หมายถึงการเตรียมต้นกล้าให้พร้อมสำหรับการเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ ก่อนหน้านี้ ต้นกล้าถูกเลี้ยงในสภาวะ "เหมาะสม" ที่ออกแบบมาเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว แต่เนื่องจากกระบวนการเจริญเติบโตที่ถูกควบคุม ต้นกล้าจึงมักไม่มีเปลือกหุ้มที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้ต้นกล้าอ่อนแอต่อโรคและใช้ทรัพยากรน้ำและพลังงานได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ สภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการมีความชื้นสูง และพืชที่ปลูกในสภาวะเหล่านี้มักไม่มีคิวติเคิลและปากใบ ที่ใช้งานได้ ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้พืชแห้ง เมื่อนำออกจากห้องปฏิบัติการ ต้นกล้าต้องการเวลาในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติมากขึ้น การปรับสภาพโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการค่อยๆปรับสภาพต้นกล้าจากสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง แสงน้อย และอบอุ่น ไปสู่สภาพแวดล้อมที่ถือว่าเป็นสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตปกติของพืชชนิดนั้นๆ

ในขั้นตอนสุดท้ายของการขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ต้นกล้าจะถูกนำออกจากวัสดุเพาะเลี้ยงและย้ายไปยังดินหรือ (ที่พบได้บ่อยกว่า) ปุ๋ยหมักสำหรับปลูก เพื่อเจริญเติบโตต่อไปด้วยวิธีการทั่วไป

ขั้นตอนนี้มักจะรวมกับขั้นตอน "ก่อนการปลูกถ่าย"

มีวิธีการขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อหลายวิธี

ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเจริญเนื้อเยื่อเจริญ และ ใบอ่อนจำนวนเล็กน้อยจะถูกวางลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่เหมาะสม ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดเนื้อเยื่อเจริญใหม่ จากนั้นเนื้อเยื่อเจริญเหล่านี้จะถูกแบ่งและนำไปเพาะเลี้ยงและขยายพันธุ์ต่อไป เพื่อให้ได้ต้นกล้า เนื้อเยื่อเจริญจะถูกนำออกจากอาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับการขยายพันธุ์และวางลงบนอาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับการงอกใหม่ เมื่อต้นกล้าที่มีรากยาวงอกออกมาหลังจากผ่านไปหลายสัปดาห์ ก็สามารถย้ายลงดินได้ วิธีนี้สามารถผลิตพืชที่ปราศจากโรคได้ ผลการทดลองยังแสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้ในการขยายพันธุ์พืชหลายชนิดได้อย่างรวดเร็ว เช่น^{มะพร้าว [ 4 ]}สตรอ^{ว์เบอร์}รี [ ^{5 ]}อ้อย^{[ 6} ]

แคลลัสคือกลุ่มเซลล์พาเรนไคม่าที่ยังไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลง เมื่อเนื้อเยื่อพืชที่มีชีวิตถูกวางในอาหารเลี้ยงเชื้อเทียมที่มีสภาวะอื่นๆ ที่เหมาะสม แคลลัสก็จะเกิดขึ้น การเจริญเติบโตของแคลลัสจะแตกต่างกันไปตามระดับของฮอร์โมนออกซินและไซโตไคนิน และสามารถควบคุมได้โดยการเติมสารควบคุมการเจริญเติบโตเหล่านี้ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ การเจริญเติบโตของแคลลัสและการสร้างอวัยวะหรือเอ็มบริโอของมันสามารถแบ่งออกได้เป็นสามระยะที่แตกต่างกัน

• ขั้นตอนที่ 1: การสร้างแคลลัสอย่างรวดเร็วหลังจากวางชิ้นส่วนพืชลงในอาหารเลี้ยงเซลล์
• ขั้นตอนที่ 2: ย้ายแคลลัสไปยังอาหารเลี้ยงเชื้ออื่นที่มีสารควบคุมการเจริญเติบโตเพื่อกระตุ้นการสร้างอวัยวะใหม่
• ขั้นตอนที่ 3: จากนั้นต้นกล้าใหม่จะถูกค่อยๆ ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทีละน้อย

ในการเพาะเลี้ยงเอ็มบริโอ จะทำการตัดเอ็มบริโอออกมาแล้ววางลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีสารอาหารที่เหมาะสม ภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ จากนั้นจึงย้ายเอ็มบริโอลงดินเพื่อให้เจริญเติบโตเป็นต้นกล้าได้อย่างรวดเร็วและเหมาะสม วิธีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตลูกผสมระหว่างสายพันธุ์และสกุลต่างๆ รวมถึงการเอาชนะอุปสรรคของเอ็มบริโอด้วย

ในการเพาะเลี้ยงโปรโตพลาสต์ เซลล์พืชสามารถแยกได้ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ย่อยสลายผนังเซลล์ และเจริญเติบโตในอาหารเลี้ยงเชื้อที่เหมาะสมภายใต้สภาวะควบคุมเพื่อสร้างต้นกล้าใหม่ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม โปรโตพลาสต์จะสร้างผนังเซลล์ ตามด้วยการเพิ่มขึ้นของการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และเจริญเติบโตเป็นพืชใหม่ โปรโตพลาสต์จะถูกเพาะเลี้ยงในอาหารเหลวที่อุณหภูมิ 25 ถึง 28 องศาเซลเซียส โดยมีความเข้มแสง 100 ถึง 500 ลักซ์ หรือในที่มืด และหลังจากมีการแบ่งเซลล์อย่างมากแล้ว จะถูกย้ายไปยังอาหารแข็งที่เหมาะสมหรือการสร้างรูปร่างในพืชสวนหลายชนิดตอบสนองได้ดีต่อการเพาะเลี้ยงโปรโตพลาสต์

การขยายพันธุ์พืชด้วยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเทคนิคการขยายพันธุ์พืชแบบดั้งเดิม:

• ข้อดีหลักของการขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ คือการผลิตพืชจำนวนมากที่เป็นโคลนของกันและกัน
• การขยายพันธุ์โดยใช้เนื้อเยื่อขนาดเล็กสามารถนำไปใช้ในการผลิตพืชปลอดโรคได้
• มันสามารถมี อัตรา การสืบพันธุ์ สูงเป็นพิเศษ โดยผลิตต้นกล้า ได้หลายพันต้น ในขณะที่เทคนิคแบบดั้งเดิมอาจผลิตได้เพียงเศษเสี้ยวของจำนวนนี้เท่านั้น
• นี่เป็นวิธีการเดียวที่ใช้ได้ผลในการสร้าง เซลล์ ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมหรือเซลล์หลังจากการรวมตัวของโปรโตพลาสต์ ขึ้นมาใหม่
• วิธีนี้มีประโยชน์ในการขยายพันธุ์พืชที่ผลิตเมล็ดในปริมาณที่ไม่คุ้มค่า หรือเมื่อพืชเป็นหมันและไม่ผลิตเมล็ดที่สามารถงอกได้ หรือเมื่อไม่สามารถเก็บรักษาเมล็ดไว้ได้ (ดูเมล็ดที่เก็บรักษายาก )
• การขยายพันธุ์ด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อมักได้ต้นกล้าที่แข็งแรงกว่าและเจริญเติบโตเร็วกว่าเมื่อเทียบกับต้นกล้าที่ได้จากวิธีการทั่วไป เช่น การเพาะเมล็ดหรือการปักชำ
• พืชบางชนิดที่มีเมล็ดขนาดเล็กมาก รวมถึงกล้วยไม้ส่วนใหญ่ สามารถเพาะเลี้ยงจากเมล็ดในสภาพแวดล้อมที่ปลอดเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด
• สามารถปลูกพืชได้จำนวนมากขึ้นต่อตารางเมตร และสามารถเก็บรักษาต้นกล้าได้นานขึ้นในพื้นที่ที่เล็กลง

การขยายพันธุ์พืชด้วยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อไม่ใช่หนทางที่สมบูรณ์แบบเสมอไป มีเงื่อนไขหลายประการที่จำกัดการใช้งาน ได้แก่:

• ค่าแรงอาจคิดเป็น 50–69% ของต้นทุนการดำเนินงาน^{[ 7 ]}
• พืชทุกต้นที่ผลิตผ่านการขยายพันธุ์ด้วยเนื้อเยื่อขนาดเล็กจะมีพันธุกรรม เหมือนกัน ทุกประการ ส่งผลให้ขาดความต้านทานต่อโรคโดยรวม เนื่องจากพืชลูกหลานทุกต้นอาจมีความเสี่ยงต่อการติดเชื้อชนิดเดียวกัน
• ตัวอย่างพืชที่ติดเชื้อสามารถให้กำเนิดลูกหลานที่ติดเชื้อได้ อย่างไรก็ตาม กรณีนี้เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก เนื่องจากต้นแม่พันธุ์ได้รับการคัดกรองและตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนเพื่อป้องกันการเพาะเลี้ยงพืชที่ติดเชื้อไวรัสหรือเชื้อรา
• ไม่ใช่ว่าพืชทุกชนิดจะสามารถเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อได้สำเร็จเสมอไป บ่อยครั้งเป็นเพราะไม่ทราบว่าควรใช้สารอาหารชนิดใดในการเจริญเติบโต หรือพืชผลิตสารเคมีเมตาบอลิซึมรองที่ทำให้การเจริญเติบโตชะงักงันหรือตายได้
• บางครั้งพืชหรือพันธุ์ปลูกอาจไม่ตรงตามลักษณะดั้งเดิมหลังจากเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ซึ่งมักขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุต้นกำเนิดที่ใช้ในขั้นตอนเริ่มต้น หรือเป็นผลมาจากอายุของเซลล์หรือสายพันธุ์ที่ขยายพันธุ์
• พืชบางชนิดกำจัดเชื้อราได้ยากมาก

ข้อจำกัดสำคัญในการใช้การขยายพันธุ์พืชด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ คือ ต้นทุนการผลิต สำหรับพืชหลายชนิด การใช้เมล็ดซึ่งโดยปกติแล้วปราศจากโรคและมีจำนวนมาก สามารถผลิตต้นกล้า (ดูเมล็ดแบบดั้งเดิม ) ได้จำนวนมากในราคาที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ นักปรับปรุงพันธุ์พืชหลายคนจึงไม่ใช้วิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ เนื่องจากต้นทุนสูงเกินไป ในขณะที่นักปรับปรุงพันธุ์บางรายใช้วิธีนี้เพื่อผลิตต้นแม่พันธุ์ที่จะนำไปใช้ในการขยายพันธุ์ด้วยเมล็ดต่อไป

การนำเครื่องจักรมาใช้ในกระบวนการผลิตอาจช่วยลดต้นทุนแรงงานได้ แต่ก็พิสูจน์แล้วว่าทำได้ยาก แม้ว่าจะมีการพยายามพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องก็ตาม

การขยายพันธุ์แบบไมโครช่วยให้สามารถเจริญเติบโต เก็บรักษา และบำรุงรักษาพืชจำนวนมากในพื้นที่ขนาดเล็ก ซึ่งทำให้เป็นกระบวนการที่คุ้มค่า การขยายพันธุ์แบบไมโครใช้สำหรับการเก็บรักษาเชื้อพันธุ์และการปกป้องพันธุ์พืชที่ใกล้สูญพันธุ์ การขยายพันธุ์แบบไมโครถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในไม้ประดับเพื่อผลิตตัวอย่างที่สม่ำเสมอและปราศจากโรคจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานด้านพืชสวนเชิงพาณิชย์อย่างมาก^{[ 8 ] ในบรรดาสายพันธุ์ที่ขยายพันธุ์ในหลอดทดลองอย่างกว้างขวาง สามารถกล่าวถึงเบญจมาศ [ 9 ] กุหลาบ}ดามัส^ก์[ 10 ] ^{เซนต์พอลเลียไอ}โอแนนธา^{[ 11 ]}ซามิโอคูลคัส ซามิอิโฟเลีย^{[ 12 ]}และหัวใจเลือด [ ^{13 ] การ}ขยายพันธุ์แบบไมโครยังสามารถใช้กับไม้ผล เช่นไพรัส คอมมูนิส [ ^{14 ] เพื่อ}ลดค่าใช้จ่าย สามารถใช้สารสกัดจากพืชธรรมชาติเพื่อทดแทนสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชแบบดั้งเดิมได้^{[ 15 ]}