برهم‌کنش عناصر غذایی، ‏pH‏ و پتانسیل اسمزی محیط کشت بر کالوس‌زایی و جنین‌زایی درخت پائولونیا در شرایط درون شیشه‌ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران ، ایران. ‏

2 دانشیار، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران ، ایران. ‏

3 دانشیار، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران ، ایران.

چکیده

پائولونیا درختی تندرشد، صنعتی و زینتی با خواص دارویی است. این پژوهش برای بررسی پتانسیل اسمزی محیط کشت پایه MS تحت تأثیر عناصر درشت و ریز­مغذی انجام شد؛ همچنین تأثیر پتانسیل اسمزی روی القای کالوس، جنین سوماتیکی، باززایی، فعالیت آنتی‌اکسیدانتی و تنوع سوماکلونال انجام شد. آزمایش، به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی و شامل دو شاخص، ریزنمونه (برگ و دمبرگ) و 8 نوع محیط کشت حاوی ترکیبات مختلف عناصر محیط کشت همراه با ترکیبات مختلف تنظیم کننده‌های رشد گیاهی انجام شد. نتایج نشان داد بالاترین میران القای کالوس، جنین‌زایی ‌سوماتیکی و باززایی در محیط‌هایی با یک دوم و یک چهارم برابر عناصر درشت مغذی محیط کشت MS مشاهده شد. با کاهش عناصر درشت­مغذی به‌ویژه منابع نیترات در محیط کشت، فعالیت آنتوسیانین، کلروفیل، تعداد جنین و پتانسیل اسمزی افزایش یافت. با این حال سرعت رشد کالوس و تنوع سوماکلونال کاهش یافت. در محیط کشت 8، کالوس‌ها و کالوس‌های‌جنین‌زا بدون سوختگی، شفاف، گیاهچه‌های باززا­شده شاداب‌تر و در برگ‌های گیاهچه‌ها بیشترین رنگ‌دانه‌ها مشاهده شد. در محیط‌های کشت MS کامل، القای کالوس، جنین‌سوماتیکی، پتانسیل اسمزی، آنتوسیانین و محتوای کلروفیل کاهش یافت، در­حالی­که سرعت رشد کالوس و تنوع سوماکلونال افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Interaction of nutrients, pH and osmotic potential of culture medium on calli induction ‎‎and embryogenesis of Paulownia tree in vitro

نویسندگان [English]

  • Yasin Dumani 1
  • Seyed Mohammad Mahdi Mortazavian 2
  • Ali Izadi Darbandi 3
  • Hossaien Ramshini 3
1 M.Sc. of Genetics & Plant Breeding, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of ‎Aburaihan, University of Tehran, I.R.Iran.‎
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Aburihan, University of Tehran, ‎I.R. Iran. ‎
3 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Aburihan, University of Tehran, ‎I.R. Iran. ‎
چکیده [English]

Paulownia is a fast-growing, industrial and ornamental tree with medicinal properties. The present study was performed to investigate the osmotic potential of MS basal culture medium under the effect of macronutrients and micronutrients. Also, the effect of osmotic potential on callus induction, somatic embryo, regeneration, antioxidant activity and somaclonal variation were investigated. The present experiment was carried out factorial in a completely randomized design with two factors, explants (leaves and petioles) and eight types of culture media containing different combinations of culture medium elements with different combinations of plant growth regulators (PGR). The results showed that the highest level of callus induction, somatic embryogenesis and regeneration were observed in media with one-half and one-quarter times the macronutrients of MS culture medium. Anthocyanin activity, chlorophyll content, embryo number and osmotic potential increased with decreasing macronutrients, especially nitrate sources in culture medium. However, callus growth rate and somaclonal variation decreased. In culture medium, calluses and embryogenic calluses without burns, transparent, regenerated seedlings were more vibrant and the most pigments were observed in the leaves of seedlings. In complete MS media, callus induction, somatic embryo, osmotic potential, anthocyanin, chlorophyll decreased. While callus growth rate and somaclonal variation increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anthocyanin
  • Callus induction
  • Osmotic potential
  • Somatic embryo
  • Somaclonal variation

مراجع

Bao, Y.; Liu, G.; Shi, X.; Xing, W.; Ning, G.; Liu, J.; Bao, M., Primary and repetitive secondary somatic embryogenesis in Rosa hybrida ‘Samantha’. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 2012, 109 (3), 411-418.
Bosak, H.; Daneshvar, M.; Salehi Salmi, M.; Lotfi Jalal-Abadi, A., In vitro plant regeneration through direct organogenesis in Cordia myxa L. Journal of Forest Research and Development 2019, 5 (4), 657-672.
Chen, A. H.; Yang, J. L.; Niu, Y. D.; Yang, C. P.; Liu, G. F.; Yu, C. Y.; Li, C. H., High-frequency somatic embryogenesis from germinated zygotic embryos of Schisandra chinensis and evaluation of the effects of medium strength, sucrose, GA3, and BA on somatic embryo development. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 2010, 102 (3), 357-364.
Clapa, D.; Fira, A.; Simu, M.; Vasu, L. B.; Buduroi, D., Improved in vitro propagation of Paulownia elongata, P. fortuneii and its interspecific hybrid P. elongata x P. fortuneii. Bulletin UASVM Horticulture 2014, 71 (1), 6-14.
de Paiva Neto, V. B.; Otoni, W. C., Carbon sources and their osmotic potential in plant tissue culture: does it matter? Scientia Horticulturae 2003, 97 (3-4), 193-202.
Domínguez‐Valdivia, M. D.; Aparicio‐Tejo, P. M.; Lamsfus, C.; Cruz, C.; Martins‐Loução, M. A.; Moran, J. F., Nitrogen nutrition and antioxidant metabolism in ammonium‐tolerant and‐sensitive plants. Physiologia Plantarum 2008, 132 (3), 359-369.
Du, Y.-p.; Bi, Y.; Zhang, M.-f.; Yang, F.-p.; Jia, G.-x.; Zhang, X.-h., Genome size diversity in Lilium (Liliaceae) is correlated with karyotype and environmental traits. Frontiers in plant science 2017, 8, 1303.
Dumani, Y.; Mortazavian, S. M. M.; Izadi-Darbandi, A.; Ramshini, H.; Bahmankar, M., The Study of effective factors in callus induction, somatic vegetative and regeneration in Paulownia ShanTong. Journal of Forest Research and Development 2020, 6 (2), 347-366.
George, E. F.; Hall, M. A.; De Klerk, G. J., Plant propagation by tissue culture 3rd Edition. The Background. Exegetic Basingstone: 2007.
Jain, S. M.; Gupta, P. K., Step wise protocols for somatic embryogenesis of important woody plants. Springer: 2018.
Jiang, Y.; Huang, B., Drought and heat stress injury to two cool‐season turfgrasses in relation to antioxidant metabolism and lipid peroxidation. Crop science 2001, 41 (2), 436-442.
Leva, A.; Petruccelli, R.; Rinaldi, L., Somaclonal variation in tissue culture: a case study with olive. Recent advances in plant in vitro culture 2012, 7, 123-150.
Lichtenthaler, H. K., [34] Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. In Methods in enzymology, Elsevier: 1987; Vol. 148, pp 350-382.
Moosavi, S.; Jalalifar, S.; Abdollahi, M. R.; Chaichi, M., Evaluation of diversity and heritability of some morphological traits in bread wheat under stress and normal conditions. Daneshe Zeraat 2014, 5 (9), 37-54.
Ramarosandratana, A.; Harvengt, L.; Bouvet, A.; Calvayrac, R.; Pâques, M., Effects of carbohydrate source, polyethylene glycol and gellan gum concentration on embryonal-suspensor mass (ESM) proliferation and maturation of maritime pine somatic embryos. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant 2001, 37 (1), 29-34.
Romani, F., Origin of TAA genes in charophytes: new insights into the controversy over the origin of auxin biosynthesis. Frontiers in Plant Science 2017, 8, 1616.
Shani, E.; Ben-Gera, H.; Shleizer-Burko, S.; Burko, Y.; Weiss, D.; Ori, N., Cytokinin regulates compound leaf development in tomato. The Plant Cell 2010, 22 (10), 3206-3217.
Shi, X.; Dai, X.; Liu, G.; Bao, M., Enhancement of somatic embryogenesis in camphor tree (Cinnamomum camphora L.): osmotic stress and other factors affecting somatic embryo formation on hormone-free medium. Trees 2009, 23 (5), 1033-1042.
Skalák, J.; Vercruyssen, L.; Claeys, H.; Hradilová, J.; Černý, M.; Novák, O.; Plačková, L.; Saiz‐Fernández, I.; Skaláková, P.; Coppens, F., Multifaceted activity of cytokinin in leaf development shapes its size and structure in Arabidopsis. The Plant Journal 2019, 97 (5), 805-824.
Skopelitis, D. S.; Paranychianakis, N. V.; Paschalidis, K. A.; Pliakonis, E. D.; Delis, I. D.; Yakoumakis, D. I.; Kouvarakis, A.; Papadakis, A. K.; Stephanou, E. G.; Roubelakis-Angelakis, K. A., Abiotic stress generates ROS that signal expression of anionic glutamate dehydrogenases to form glutamate for proline synthesis in tobacco and grapevine. The Plant Cell 2006, 18 (10), 2767-2781.
Wagner, G. J., Content and vacuole/extravacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanin in protoplasts. Plant physiology 1979, 64 (1), 88-93.
Wan, H.; Zhang, J.; Song, T.; Tian, J.; Yao, Y., Promotion of flavonoid biosynthesis in leaves and calli of ornamental crabapple (Malus sp.) by high carbon to nitrogen ratios. Frontiers in plant science 2015, 6, 673.
Woods, V., Paulownia as a novel biomass crop for Northern Ireland?: a review of current knowledge. Agri-Food and Biosciences Institute, Global Research Unit: 2008.
Yadav, N. K.; Vaidya, B. N.; Henderson, K.; Lee, J. F.; Stewart, W. M.; Dhekney, S. A.; Joshee, N., A review of Paulownia biotechnology: a short rotation, fast growing multipurpose bioenergy tree. American Journal of Plant Sciences 2013, 4 (11), 2070.
Zuazo, V. H. D.; Torres, F. P.; Pleguezuelo, C. R. R., Biomass yield potential of paulownia trees in a semi-arid Mediterranean environment (S Spain). International Journal of Renewable Energy Research (IJRER) 2013, 3 (4), 789-793.
پژوهش و توسعه جنگل
دوره 8، شماره 1
خرداد 1401
صفحه 59-79

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار