The effects of glucose and growth regulators on the organogenesis of Paeonia lactiflora Pall. in vitro

• Autorzy: Gabryszewska E

Warianty tytułu

PL

Wplyw glukozy i regulatorow wzrostu na organogeneze piwonii chinskiej [Paeonia lactiflora Pall.] in vitro

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Herbaceous peony plants successfully propagated in vitro do not survive the transfer to the ex vitro environment. For other species, storage organ formation in vitro can limit the loss of plants during acclimatization. In the natural conditions, the renewal buds for the following year originate on the underground crown (metamor­phosed underground shoot, rhizome) of herbaceous peony. A perennial crown and roots serve for the accumulation of the storage products and plant renewal. The aim of the experiment was to investigate the influence of glucose (30, 60 90 g l-1) and growth regulators (kinetin, IBA, GA3) on the shoot, renewal bud, root growth and development of Paeonia lactiflora 'Jadwiga' in vitro. Excision of all leaves from isolated explants inhibited production of new shoots and leaves, and evidently induced formation of renewal buds. Increasing the glucose supply, espe­cially in the absence of growth regulators, decreased production of shoots and out­growth of leaves. The stronger inhibition of shoot growth by glucose was observed on the explants without leaves. By contrast, the beneficial effect of glucose on renewal bud formation was observed. A single supply of kinetin, IBA or GA3 stimulated shoots and leaf growth and inhibited renewal bud formation, on the explants isolated with leaves. Interaction of kinetin, GA3 and IBA (added together) and the highest glucose level enhanced the growth of shoots on the explants containing leaves, and increased the number of renewal buds, on the explants without leaves. Increasing glucose level enhanced the number of roots in the absence of growth regulators on the explants containing leaves. The supply of IBA in the medium containing 30 g l-1 glucose, stimulated the root production on the explants without leaves. The addition of GA3 or kinetin (singly or simultaneously with IBA) to the medium with different concentrations of glucose, strongly inhibited rooting. Vol. 18(2) 2010: 309-320 The results presented here, show that a high level of glucose and exogenous growth regulators (kinetin, GA3, IBA) together stimulate shoot and renewal bud for­mation but the way of organogenesis depends on the presence or absence of leaves. The interaction between auxin (exogenous or endogenous) and glucose regulate root formation on the peony shoots but the final effect depends on the type of explants (with or without leaves). It is possible that leaves have a very important hormonal factors, which stimulate shoot growth or rooting and inhibit renewal bud formation.

PL

Sadzonki piwonii chińskiej pochodzące z rozmnażania in vitro bardzo słabo aklimatyzują się w szklarni i nie podejmują dalszego wzrostu. U innych gatunków roślin formowanie in vitro organów spoczynkowych, zawierających materiały zapasowe, wpfywa korzystnie na aklimatyzację roślin rozmnażanych in vitro. W warunkach naturalnych piwonia chińska wytwarza na kłączu pąki odnawiające, z których w następnym sezonie rozwijają się jednoroczne pędy nadziemne. Kacze i zgrubiałe korzenie gromadzą substancje zapasowe. Przeprowadzone badania miały na celu określenie wpłłwu glukozy i regulatorów wzrostu (kinetyna, IBA, GA3) oraz ich współdziałania w procesie formowania oraz wzrostu pędów, pąków odnawiających i korzeni u piwonii chińskiej odmiany 'Jadwiga' rosnącej in vitro. Do świadczenie przeprowadzono na fragmentach kłącza pochodzących z rozmnażania in vitro. Odcięcie liści z izolowanych eksplantatów wpfywało hamująco na powstawanie i wzrost pędów, natomiast stymulowało formowanie pąków odnawiaj ących. Wzrost stężenia glukozy w pożywce ograniczał formowanie pędów i wzrost liści, szczególnie u eksplantatów rosnących na pożywce bez regulatorów wzrostu. Glukoza silniej hamo­wał wzrost pędów u eksplantatów pozbawionych liści. Stymulujące działnie tego cukru obserwowano w procesie formowania pąków odnawiających. Pojedyncze zasto­sowanie regulatorów wzrostu (kinetyna, IBA, GA3) sprzyjało powstawaniu pędów oraz hamowało formowanie pąków odnawiających na eksplantatach zawierających li ście. Łączne zastosowanie wszystkich regulatorów wzrostu (kinetyna, IBA, GA3) i glukozy w najwyższym stężeniu (90 g l-1) stymulowało powstawanie i wzrost pędów na eksplan­tatach izolowanych z liśćmi, a pąków odnawiających na eksplantatach bez liści. Wzrost stężenia glukozy w pożywce zwiększał liczbę powstających korzeni na eksplantatach zawierających liście, rosnących na pożywce bez regulatorów wzrostu. Dodanie IBA do pożywki z najniższym stężeniem glukozy (30 g l-1) najsilniej stymulowało ukorzenianie eksplantatów z odciętymi liśćmi. Egzogenna giberelina i kinetyna, zastosowane łącznie lub odzielnie z IBA, silnie hamowały powstawanie korzeni. Uzyskane wyniki wskazują na współdziałanie glukozy w wysokim stężeniu i łącz­nego zastosowania egzogennych regulatorów wzrostu (kinetyna, IBA, GA3) w procesie formowania zarówno pędów, jak i pąków odnawiających, jednakże kierunek organoge- nezy uzależniony jest od obecności lub braku liści na izolowanych eksplantatach. Współdziałanie auksyn (egzogennych, endogennych) z glukozą reguluje powstawanie korzeni, ale ostateczny wynik ukorzeniania zależy również od zachowania lub odcięcia liści. Można przypuszczać, że liście zawieraj ą istotny hormonalny czynnik, który sty­muluje rozwój p ędów i korzeni oraz hamuje powstawanie pąków odnawiających.

Słowa kluczowe

EN

Paeonia lactiflora; peony plant; perennial plant; ornamental plant; tissue culture; glucose; growth regulator; organogenesis; renewal bud formation; gibberellic acid; indole-3-butyric acid; abscisic acid; methyl jasmonate; thidiazuron

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Fruit and Ornamental Plant Research
• Rocznik: 2010
• Tom: 18
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.309-320,fig.,ref.

Twórcy

autor

Gabryszewska E

• Research Institute of Pomology and Floriculture, Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice, Poland

Bibliografia

• Albers M.R.J., Kunneman B.P.A.M. 1992. Micropropagation of Paeonia. ACTA HORTIC. 314: 85-92.
• Ascough G.D., Erwin J.E., Van Staden J. 2008. Reduced temperature, elevated sucrose, continuous light and gibberellic acid promote corm formation in Watsonia vanderspuyiae. PLANT CELL TISSUE ORGAN CULT. 95: 275-283.
• Barzilay A., Zemah H., Kamenetsky R. 2002. Annual life cycle and floral development of ‘Sarah Bernhardt’ peony in Israel. HORTSCIENCE 37(2): 300-303.
• Calamar A., De Klerk G.J. 2002. Effect of sucrose on adventitious root regeneration in apple. PLANT CELL TISSUE ORGAN CULT. 70: 207-212.
• Cheesman L., Finnie J.F., Van Staden J. 2010. Eucomis zambesiaca baker: Factors affecting in vitro bulblet induction. SOUTH AFRIC. J. BOT. 76: 543-549.
• Czekalski M., Jerzy M. 2003. Rozmnażanie piwonii chińskiej (Paeonia lactiflora Pall.) za pomocąodkładów pionowych. ACTA SCI. POL. HORTORUM CULTUS 2: 73-83.
• Gabryszewska E. 1998. The influence of cytokinins, thidiazuron, paclobutrazol and red light on shoot proliferation of herbaceous peony cv. Jadwiga in vitro. J. FRUIT ORNAM. PLANT RES. 3-4: 157-168.
• Gabryszewska E. 2009. Rola regulatorów wzrostu, węglowodanów, soli mineralnych, glutationu i temperatury w rozmnażaniu in vitro piwonii chińskiej. ZESZ. NAUK. INST. SAD. KWIAC., Monografie i Rozprawy, 190 p.
• Gabryszewska E., Kawa-Miszczak L. 2010. Ukorzenianie in vitro i aklimatyzacja w szklarni mikrosadzonek piwonii chińskiej. BIOTECHNOLOGIA 2(89): 172-179.
• Gerrits M.M, De Klerk G.J. 1992. Drymatter partitioning between bulbs and leaves in plantlets of Lilium speciosum regenerated in vitro. ACTA BOT. NEERL. 41(4): 461-468.
• Gibson S.I. 2005. Control of plant development and gene expression by sugar signaling. CURR. OPIN. PLANT BIOL. 8: 93-102.
• Gopal J., Chamail A., Sarkar D. 2001. In vitro production of microtubers for conservation of potato germplasm: effect of genotype, abscisic acid, and sucrose. IN VITRO CELL. DEV. BIOL. – PLANT 40: 185-190.
• Hosoki T., Ando M., Kubara T., Hamada M., Itami M. 1989. In vitro propagation of herbaceous peony (Paeonia lactiflora Pall.) by longitudinal shootsplit method. PLANT CELL REP. 8: 243-246.
• Kapinos D.B., Dubrov V.M. 1993. Peonies in the garden. Minion, Tumen, Russia (In Russian).
• Kästner U., Klahr A., Keller E.R.J., Kahane R. 2001. Formation of onion bulblets in vitro and viability during medium-term storage. PLANT CELL REP. 20: 137-142.
• Keller E.R.J. 1993. Sucrose, cytokinin and ethylene influence formation of in vitro culture to onion and leek. GEN. RES. CROP EVOL. 40: 113-120.
• Koda Y., Kikuta Y., Tazaki H., Tsujino Y., Sakamura S., Yoshihara T. 1991. Potato tuber-inducing activities of jasmonic acid and related compounds. PHYTOCHEMISTRY 30: 1435-1438.
• Koda Y., Kikuta Y. 2001. Effects of jasmonates on in vitro tuberization in several potato cultivars that differ greatly in maturity. PLANT. PROD. SCI. 4(1): 66-70.
• Lauzer D., Laublih G., Vincent G., CappadoriaM. 1995. In vitro propagation and cytology of wild yams, Dioscorea abyssinica Hoch. and Dioscorea mangenotica Miege. PLANT CELL TISUES ORGAN CULT. 28: 215-223.
• Le Guen-Le Saos F., Hourmant A., Esnault F., Chauvin J.E. 2002. In vitro bulb development in shallot (Allium cepa L. aggregatum group): effects of anti-gibberellins, sucrose and light. ANN. BOT. 89: 419-425.
• Moore B., Zhou L., Rolland F., Hall Q., Cheng W.H., Liu Y.X., Hwang I., Jones T., Shenn J. 2003. Role of the Arabidopsis glucose sensor HXK in nutrient, light, and hormonal signaling. SCIENCE 300: 332-336.
• Murashige T., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. PHYSIOL. PLANT. 15: 473-497.
• Omokolo N.D., Boudjeko T., Tsafack Takadong J.J. 2003. In vitro tuberization of Xanthosoma sagittifolium L. Schott: effect of phytohormones, sucrose, nitrogen and photoperiod. SCI. HORT. 98: 337-345.
• Ovono P.O., Kevers C., Dommes J. 2009. Effects of reducing sugar concentration on in vitro tuber formation and sprouting in yam (Dioscorea cayenensis – D. rotundata complex). PLANT CELL TISSUE ORGAN CULT. 99: 55-59.
• Ravnikar M., Žel J., Plaper I., Špacapan A. 1993. Jasmonic acid stimulates shoot and bulb formation of garlic in vitro. J. PLANT GROWTH REGUL. 12: 73-77.
• Rolland F., Moore B., Sheen J. 2002. Sugar sensing and signaling in plants. PLANT CELL 14 (Suppl.): 185-205.
• Rolland F., Baena-Gonzalez E., Sheen J. 2006. Sugar sensing and signaling in plants: Conserved and novel mechanisms. ANNU. REV. PLANT BIOL. 57: 675-709.
• Shimasaki K., Fukumoto Y. 2000. In vitro bulbing in Lilium X formolongi Hort Seedlings. ACTA HORT. 520: 61-65.
• Smeekens S. 2000. Sugar-induced signal transduction in plants. ANNU. REV. PLANT PHYSIOL. PLANT MOL. BIOL. 51: 49-81.
• Takayama S., Misawa M. 1980. Differentiation in Lilium bulbscales grown in vitro. Effects of activated charcoal, physiological age of bulbs and sucrose concentration on differentiation and scale leaf formation in vitro. PHYSIOL. PLANT. 48: 121-125.
• Tampe P.A., Reid D.M. Thorpe T.A. 2001. Jasmonic acid inhibition of in vitro shoot organogenesis in Pinus radiata cotyledons. J. PLANT PHYSIOL. 158: 607-611.
• Tian D. 2008. Container production and post-harvest handling of lotus (Nelumbo) and micropropagation of herbaceous peony (Paeonia). Ph.D. DISSERTATION, Auburn University, Alabama, USA, Part II: 153-292.
• Walton E.F., McLaren G.F., Boldingh H.L. 2007. Seasonal patterns of starch and sugar accumulation in herbaceous peony (Paeonia lactiflora Pall.). J. HORT. SCI. BIOTECH. 82(3): 365-370.
• Xu X., Van Lammeren A.A.M., Vermeer E., Vreugdenhil D. 1998. The role of gibberellin, abscisic acid, and sucrose in the regulation of potato tuber formation in vitro. PLANT PHYSIOL. 117: 575-584.
• Zheng Y., Liu Y., Ma M., Xu K. 2008. Increasing in vitro microrhizome production of ginger (Zingiber officinale Roscoe). ACTA PHYSIOL. PLANT. 30: 513-519.