ریزازدیادی و روش کپسوله‌کردن-آب‌گیری برای حفاظت فراسرد گیاه لاله‌ی واژگون Fritillaria imperialis

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه باغبانی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

2 دانشیار علوم باغبانی، گروه باغبانی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

3 دانشیار، گروه باغبانی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

چکیده

هدف: لاله­‌‌ی واژگون (Fritillaria imperialis) از خانواده­‌ی سوسنیان (Liliaceae)، یک گونه‌ی زینتی در معرض خطر انقراض است. تکثیر این گیاه در شرایط طبیعی، کارایی بالایی ندارد و زمان­بر است. ریزازدیادی، یک فن مناسب برای تکثیر لاله­‌ی واژگون در شرایط درون‌شیشه‌ای است. برای حفظ خزانه‌ی ژنتیکی این گیاه تهدیدشده، استفاده از فن حفاظت انجمادی ضروری است. برای حفاظت انجمادی، حضور پیش‌تیمارهای مناسب ضروری است. مهم‌ترین و پر استفاده‌ترین پیش‌تیمار، کپسوله‌کردن-آب‌گیری است. هدف از پژوهش حاضر، تکثیر درون‌شیشه‌ای لاله­‌ی واژگون با استفاده از تنظیم­‌کننده­های رشد گیاهی و حفاظت انجمادی آن با استفاده از پیش‌تیمار کپسوله­‌کردن-آب‌گیری بود.
مواد و روش‌ها: فلس‌های سوخ به‌عنوان ریزنمونه و محیط کشت MS به­‌عنوان محیط کشت پایه استفاده شدند. برای ریزازدیادی، کینتین (Kin) و نفتالین استیک اسید (NAA) در غلظت‌های صفر (به­‌عنوان شاهد)، 5/0، 1 و 2 میلی‌گرم در لیتر مورد استفاده قرار گرفتند. برای حفاظت انجمادی، ریزنمونه­‌ها بعد از پیش‌تیمار با روش کپسوله‌کردن-آب­‌گیری، در ازت مایع نگهداری شدند. کپسوله­‌کردن با استفاده از آلژینات سدیم انجام شد. آب‌گیری در هوا و با استفاده از غلظت بالای سوکروز انجام گرفت.
نتایج: نتایج ریزازدیادی نشان داد که بیشترین تعداد برگ (5/3) و تعداد ریشه (7/5) در ریزنمونه­های تیمارشده با 5/0 میلی‌گرم در لیتر Kin همراه با یک میلی­‌گرم در لیتر NAA به‌دست آمد. نتایج حفاظت انجمادی نشان داد که کپسوله‌کردن-آب‌گیری در هوا به‌عنوان یک پیش‌تیمار، نقش مؤثری در بقا و قدرت جوانه‌زنی ریزنمونه‌ها (5/70 درصد) بعد از نگهداری در ازت مایع داشت. کمترین بقای ریزنمونه مربوط به ریزنمونه­‌های شاهد (بدون پیش‌تیمار) بود. گیاهچه‌های باززایی‌شده در شرایط درون‌شیشه­‌ای، درون گلدان‌های حاوی پیت موس و پرلایت (به نسبت 1:1) کاشته شدند و با شرایط محیطی سازگار گردیدند. نرخ زنده‌مانی در گیاهچه‌های ریزازدیادی‌شده، 90 درصد و الگوی رشد گیاهان باززایی‌شده شبیه گیاهان مادری بود.
نتیجه‌گیری: پژوهش حاضر، استفاده از 5/0 میلی‌گرم در لیتر Kin همراه با یک میلی‌گرم در لیتر NAA را برای ریزازدیادی و کپسوله‌کردن-آب‌گیری را برای حفاظت انجمادی ژرم­‌پلاسم لاله‌ی واژگون پیشنهاد می‌کند. ریزازدیادی توسط اندام‌زایی و جنین‌زایی مستقیم و غیر مستقیم یک رویکرد مناسب برای تکثیر گونه‌های زینتی در حال انقراض است. موفقیت این روش‌ها به نوع و غلظت اکسین‌ها و سیتوکینین‌های به­‌کار برده شده در محیط کشت، انفرادی یا در ترکیب با یکدیگر، بستگی دارد. به‌دلیل حفاظت از گیاهان زینتی در معرض خطر انقراض، نیاز است که روش‌های زیست­‌فناوری نوین به کار برده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Micropropagation and encapsulation-dehydration method for cryopreservation of Fritillaria imperialis

نویسندگان [English]

  • Shima Seydi 1
  • Shahram Sedaghathoor 2
  • Behzad Kavyani 3
1 PhD Student, Department of Horticultural Science, Rasht Branch, Islamic Azad University, Rasht, Iran.
2 Associate Professor, Department of Horticultural Science, Rasht Branch, Islamic Azad University, Rasht, Iran.
3 Associate Professor, Department of Horticultural Science, Rasht Branch, Islamic Azad University, Rasht, Iran.
چکیده [English]

Objective
Fritillaria imperialis from the Liliaceae family is an ornamental species in danger of extinction. Therefore, it is nessessary to conserve the plant genetic pool. Two proper methods to access this goal are micropropagation and germplasm conservation in in vitro freezing conditions. The presence of suitable pre-treatments is necessary for cryopreservation. The most important and the most application of pre-treatment is encapsulation-dehydration. The purpose of current research was in vitro proliferation of F. imperialis using plant growth regulators and its cryopreservation using encapsulation-dehydration pre-treatment. 
Materials and methods
Bulb scales as explants and MS medium as basic culture medium were used. For micropropagation, kinetin (Kin) and α_naphthaleneacetic acid in concentrations of 0 (as control), 0.5, 1 and 2 mg l–1 were applied. For cryopreservation, explants were pretreated with encapsulation-dehydration followed by conservation in liquid nitrogen. Encapsulation was done using sodium alginate. Dehydration was carried out in air and using high level of sucrose.
Results
The results of micropropagation showed that the maximum number of leaf (3.5) and root number (5.7) was obtained in explants treated with 0.5 mg l–1 Kin along with 1 mg l–1 NAA. The results of cryopreservation showed that encapsulation-dehydration in air as a pre-treatment had effective role on the survival and regeneration of explants (70.5%) after conservation in liquid nitrogen. Least explant survival was obtained in control (without pre-treatment). In vitro regenerated plantlets were cultivated in plastic pots containing peat moss and perlite (in ration of 1:1) and acclimatized with environmental conditions. The survival rate was 90% and the growth pattern of regenerated plants was similar to that of mother plants.
Conclusions
Present research proposes the use of 0.5 mg l–1 Kin together with 1 mg l–1 NAA for micropropagation and encapsulation-dehydration for germplam cryopreservation of F. imperialis. Micropropagation by direct and indirect organogenesis and embryogenesis is a proper approach for proliferation of ornamentals in danger of extiction. The success of these methods depends on type and concentrations of auxins and cytokinins applied in culture medium, singular or in combination. In order to protect rare and endangered ornamental species, modern biotechnological tools need to be utilized.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Growth regulators
  • Liliaceae family
  • Endengered Plants
  • Germplasm conservation
  • In vitro culture

مراجع

 
Çakmak D, Karaoğlu C, Aasim M et al. (2016) Advancement in protocol for in vitro seed germination, regeneration, bulblet maturation, and acclimatization of Fritillaria persica. Turk J Biol 40, 878–888.
Cruz-Cruz CA, González-Arnao MT, Engelmann F (2013) Biotechnology and conservation of plant biodiversity.Resources 2, 73–95.
De Hertogh AA, Le Nard M (1993) General chapter on summer flowering bulbs. pp. 741–774. In: De Hertogh AA, Le Nard M (eds.). The Physiology of Flowering Bulbs. Elsevier Amsterdam, London, New York, Tokyo.
Engelmann F (2011) Use of biotechnologies for the conservation of plant biodiversity. In VitroCell Dev–Biol Plant 47, 5–16.
Gao S, Zhu D, Cai Z et al. (1999). Organ culture of a precious Chinese medicinal plant – Fritillaria unibracteata. Plant Cell Tiss Org Cult 59, 197–201.
González-Arnao MT, Martinez-Montero ME, Cruz-Cruz CA, Engelmann F (2014) Advances in cryogenic techniques for the long-term preservation of plant biodiversity Maria Teresa. In: Ahuja MR, Ramawat KG (eds). Biotechnology and Biodiversity, Sustainable Development and Biodiversity, Springer International Publishing Switzerland, 129–170.
Hamidoghli S, Chamani E, Hamidoghli Y, Talei N (2015) Effect of different plant growth regulators on direct bulblet regeneration from scale expalnts of Fritillaria imperialis. J Crop Prod Proc 5 (16), 211–218.
IUCN (2016) The IUCN Red List of Threatened Species. International Union for Conservation of Nature and Natural Resources.
Joshi SK, Dhar U, Andola HC (2007) In vitro bulblet regeneration and evaluation of Fritillaria roylei Hook. A high value medicinal herb of the Himalaya. Acta Hortic 756, 75–84.
Kaviani B (2020) Conservation of Ornamental Plants in Danger of Extinction by Biotechnology Methods. Islamic Azad Univ Press, Rasht Branch p. 178 (In Persian).
Kaviani B (2010) Cryopreservation by encapsulation–dehydration for long–term storage of some important germplasm: Seed of lily [Lilium ledebourii (Baker) Bioss.], embryonic axes of Persian lilac (Melia azedarach L.) and tea (Camellia sinensis). Plant Omics J 3 (6), 177–182.
Kaviani B (2011) Conservation of plant genetic resources by cryopreservation. Aus J Crop Sci 5 (6), 778–800.
Kaviani B (2021) Cryobiomics in tropical and subtropical horticultural crops. In: Rout GR, Peter KV (eds). Omics in Horticultural Crops. Elsevier Publication (In Press).
Kaviani B, Safari-Motlagh MR, Padasht-Dehkaei MN et al. 2008 Cryopreservation of lily [Lilium ledebourii (Baker) Bioss.] germplasm by encapsulation-dehydration. Intl J Bot 4 (4), 491–493.
Kaviani B, Negahdar N (2017) Propagation, micropropagation and cryopreservation of Buxus hyrcana Pojark., an endangered ornamental shrub. South Afr J Bot 111, 326–335.
Khoddamzadeh AA, Sinniah UR, Lynch P et al. 2011 Cryopreservation of protocorm-like bodies (PLBs) of Phalaenopsis bellina (Rchb. f.) Christenson by encapsulation-dehydration. Plant Cell Tiss Org Cult 107 (3), 471–481.
Kizil S, Khawar KM (2014) The effects of plant growth regulators and incubation temperatures on germination and bulb formation of Fritillaria persica L. Propag Ornam Plants 14, 133–138.
Kizil S, Sogut T, Sesiz U et al. (2016) Accelerated micropropagation of endemic Fritillaria aurea Schott. Sci Bull Series F Biotechnologies 20, 99–104.
Kulkhanova DS, Erst AA, Novikova TI (2015) In vitro regeneration from bulbous scales of Fritillaria sonnikovae, an endemic species. Russ J Dev Biol 46 (4), 215–221.
Kulus D, Zalewska M (2014) Cryopreservation as a tool used in long-term storage of ornamental species – A review. Sci Hortic 168, 88–107.
Lurswijidjarus W, Thammasiri K (2004) Cryopreservation of shoot tips of Dendrobium Walter Oumae by encapsulation/dehydration. Sci Asia 30, 293–299.
Matsumoto, T., 2017. Cryopreservation of plant genetic resources: conventional and new methods. Rev. Agric. Sci. 5, 13–20.
Mohammadi-dehcheshmeh M, Khalighi A, Ebrahimie E et al. (2006) Direct bulblet regeneration from mature embryo: a rapid, efficient and genotype-independent in vitro morphogenesis pathway for preservation of endangered wild populations of Fritillaria imperialis and Fritillaria persica. HortSci 41, 1066–1066.
Mohanty P, Das MC, Kumaria S, Tandon P (2012) High-efficiency cryopreservation of the medicinal orchid Dendrobium nobile Lindl. Plant Cell Tiss Org Cult 109, 297–305.
Mohebodini M, Fathi R (2020) The effect of medium compounds on hairy root induction in chicory (Cichorium intybus L.) and enhancement of secondary metabolites. Agric Biotechnol J 12 (3), 67–90 (in Persian with abstract in English).
Murashige T, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant 15, 473–479.
Negahdar N, Hashemabadi D, Kaviani B (2021) In vitro conservation of Buxus sempervirens L., a critically endangered ornamental shrub. Rus J Plant Physiol (In Press).
Okawa M, Nishino K (2000) Effect of sucrose and polyethylene glycol on leaf emergence, rooting and bulblet growth of Fritillaria camtschatcensis Ker-Gawl. In vitro culture. Environ Control Biol 38 (2), 99–103.
Ozden-Tokatli Y, De Carlo A, Gumusel F, Pignattelli S, Lambardi M (2008) Development of encapsulation techniques for the production and conservation of synthetic seeds in ornamental species. Propag Ornam Plants 8 (1), 17–22.
Paek KY (1994) Micropropagation of Fritillaria thunbergii. Research Report of Ministry of Science and Technology in Korea p 1–123.
Paek KY, Murthy HN (2002). High frequency of bulblet regeneration from bulb scale sections of Fritillaria thunbergii. Plant Cell Tiss Org Cult 68, 247–252.
Panis B (2019) Sixty years of plant cryopreservation: from freezing hardy mulberry twigs to establishing reference crop collections for future generations. Acta Hortic 1234, 1–7.
Panis B, Lambardi M (2005) Status of cryopreservation technologies in plants (crops and forest trees). In: The role of biotechnology. Villa Gualino, 5-7 March. 2005, Turin, Italy, 43–54.
Petrić M, Jevremović S, Trifunović M et al. (2013) The effect of low temperature and GA3 treatments on dormancy breaking and activity of antioxidant enzymes in Fritillaria meleagris bulblets cultured in vitro. Acta Physiol Plant 35, 3223–3236.
Pimda W, Bunnag S (2010) Cryopreservation of Dendrobium heterocarpum Lindl. via encapsulation-dehydration method. Elba Bioflux 2 (1), 7–14.
Rahimi M, Daneshvar MH, Heidari M et al. (2014) Propagation and bulb formation of Fritillaria (Fritillaria imperialis) via in vitro culture. Intl J Plant Animal Environ Sci 4, 707–710.
Rahimi M, Daneshvar MH, Heigari M et al. (2013) In vitro micropropagation of Fritillaria imperialis L. through induction of indirect organogenesis. Intl J Agron Plant Prod 4 (3), 418–424.
Sakai A, Matsumoto T, Hirai D et al. (2000) Newly development encapsulation-dehydration protocol for plant cryopreservation. CryoLett 21 (1), 53–62.
Soltanpour M, Mahna N, Farsad Akhtar N (2019) Effects of different concentrations of plant growth regulators on callus induction and shoot regeneration in St. John’s Wort (Hypericum perforatum). Agric Biotechnol J 10 (4), 75–92 (in Persian with abstract in English).
Subramaniam S, Sinniah UR, Khoddamzadeh A et al. (2011) Fundamental concept of cryopreservation using Dendrobium Sonia-17 protocorm-like bodies by encapsulation-dehydration technique. Afr J Biotechnol 10 (19), 3902–3907.
Surenciski MR, Flachsland ED, Terada G, Mroginski LA, Rey HY (2012) Cryopreservation of Cyrtopodium hatschbachii Pabst (Orchidaceae) immature seeds by encapsulation-dehydration. Biocell 36 (1), 31–36.
Teixeira da Silva JA, Zeng S, Galdiano RF, Dobránszki J, Cardoso JC, Vendrame WA (2014) In vitro conservation of Dendrobium germplasm. Plant Cell Rep 33, 1413–1423.
Thammasiri K (2008) Cryopreservation of some Thai orchid species. Acta Hort 788, 53–62.
Wang MR, Lambardi M, Engelmann F, Pathirana R, Panis B, Volk GM, Wang QC (2020) Advances in cryopreservation of in vitro-derived propagules: technologies and explant sources. Plant Cell Tiss Org Cult, Published online 19 February.
Wesley-Smith J, Walters C, Berjak P et al. (1998) A method for the cryopreservation of embryonic axes at ultra-rapid cooling rates. pp. 132-139. In: Marzalina M, Khoo K, Jayanthi N et al. (eds.). Recalcitrant seeds. Proceedings of the IUFRO Seed Symposium, 12–15 October 1998. Kuala Lampur, Malaysia. Intl Plant Germplasm Ins.
Witomska M (2000) The effect of the bulb storage temperature on the levels of soluble sugars, ABA and cytokinins and the in vitro regeneration of Fritillaria imperialis L. Problem Papers Progress Agric Sci 473, 335–341 (in Polish with abstract in English).
Witomska M, Lukaszewska A (1997) Bulblet regeneration in vitro from different explants of Fritillaria imperialis. Acta Hortic 430, 331–338.
Yamamoto S, Fukui K, Niino T (2011) A new cryopreservation method for vegetatively propagated plant genetic resources using aluminum cryo-plates. Dev Technol 10, 10–11.
Xue JP, Zhang AM, Geng ML et al. (2008). Study on bulblet induction of Fritillaria anhuiensis in vitro. China J Chinese Materia Medica 33 (22), 2603–2606.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 13، شماره 2
تیر 1400
صفحه 125-146

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار