تولیدات گیاهی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

اخبار و اعلانات

راهنمای تهیه مقاله

فرم های نشریه

بررسی غلظت و ترکیب فیتوهورمون‏های مختلف در کارایی ریزازدیادی گیاهStevia rebaudiana Bertoni

نوع مقاله : علمی پژوهشی - کشت بافت

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه سلولی و بیولوژی مولکولی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استاد، گروه سلولی و بیولوژی مولکولی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

Stevia rebaudiana Bertoni گیاه دارویی است که به صورت تجاری به عنوان شیرین کننده بدون کالری برای بیماران دیابتی استفاده می‏شود. بذرهای استویا کوچک و نابارور هستند و نرخ جوانه‏زنی نسبتاً پایینی دارند. همچنین گرده‌افشانی در این گیاه به صورت دگرگرده افشانی است که این امر با توجه به محتوای استویول گلیکوزیدها و ویژگی‏های مورفولوژیکی (شکل و رنگ برگ‏ها) باعث بروز تنوع بالا در جمعیت گیاهان حاصل از بذر می‏شود، به همین دلیل است که تکثیر این گیاه از طریق روش‏های غیر جنسی اهمیت پیدا می‏کند. از آنجا که ریزازدیادی، ضمن افزایش سرعت رشد و تکثیر گیاه، سبب حفظ ذخیره ژنتیکی می‏شود و امکان ایجاد یک جمعیت ژنتیکی همگن با بازده بالایی از استویول‏ گلیکوزیدها را فراهم می‏کند، می‏تواند روش مناسبی برای تکثیر این گیاه و حفظ یکنواختی باشد. پژوهش حاضر با هدف دست‏یابی به روشی بهینه برای ریزازدیادی گیاه Stevia rebaudiana و بررسی اثر تنظیم کننده‏های مختلف رشدی بر این گیاه، در سال 1402 در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشکده علوم و فناوری زیستی دانشگاه شهید بهشتی انجام شد. در این پژوهش درصد جوانه‏زنی بذرها در چهار و هشت روز پس از کشت در محیط کشت MS محاسبه شد. شاخه‌زایی با سه نوع ترکیب هورمونی KIN، GA3 و BAP ارزیابی شد و پس از شاخه‏زایی، ریشه‏زایی ریزشاخه‌ها، تحت سه نوع ترکیب اکسینی شامل NAA، IAA و IBA مورد مقایسه قرار گرفت. سازگاری نمونه‏ها پس از ریشه‏زایی نیز انجام شد. نتایج نشان داد که میزان جوانه‏زنی بذرها 33/38 درصد بود و بیشترین تعداد برگ و تعداد ریزشاخه مربوط به تیمار 5/0 میلی‏گرم در لیتر BAP و 2 میلی‎گرم در لیتر KIN بود. بیشترین وزن تر (g29/437) و طول ریزنمونه ( cm38/15) در تیمار 5/1 میلی‏گرم در لیتر GA3 و 2 میلی‏گرم در لیتر KIN بدست آمد. بین صفات تعداد برگ و طول ریزنمونه (**61/0-)، تعداد برگ و وزن تر (**46/0-)، تعداد ریزشاخه و طول ریزنمونه (**81/0-) و تعداد ریزشاخه و وزن تر (**69/0-) در سطح احتمال یک درصد ارتباط منفی و معنی‏داری وجود داشت. بین صفات تعداد برگ و تعداد ریزشاخه (**95/0) و طول ریزنمونه و وزن تر (**98/0) ارتباط مثبت و معنی‏داری وجود داشت. بیشترین طول ریشه مربوط به تیمار 5/0 میلی‏گرم در لیتر NAA و بیشترین تعداد ریشه مربوط به تیمار 1 میلی‏گرم در لیتر IBA بود. پروتکل معرفی شده برای ریزازدیادی گیاه استویا در این پژوهش (تیمار 5/0 میلی‏گرم در لیتر BAP و 2 میلی‏گرم در لیتر KIN برای شاخه‏زایی و تیمار 5/0 میلی‏گرم در لیتر NAA برای ریشه‏زایی) در مقایسه با سایر پروتکل‏های ریزازدیادی، در زمان کوتاه‏تر با میزان و تنوع هورمونی کمتر، عملکرد بهتری را به همراه داشت که می‏تواند به عنوان یک پروتکل اقتصادی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of phytohormone concentration and composition on the micropropagation efficiency of Stevia rebaudiana Bertoni

نویسندگان [English]

  • Atefeh Amini Neisiani 1
  • Abbas Saidi 2
  • Masoud Tohidfar 2

1 Ph.D. Student, Department of Cell & Molecular Biology, Faculty of Life Sciences & Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

2 Professor, Department of Cell & Molecular Biology, Faculty of Life Sciences & Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Introduction
Stevia rebaudiana Bertoni is a medicinal plant commercially used as a non-caloric sweetener for diabetic patients. Stevia seeds are small and infertile, and exhibit a relatively low germination rate. Moreover, given the steviol glycoside content and morphological characteristics (such as leaf shape and color), cross-pollination in this plant, leads to a great deal of diversity among the plants grown from the seeds. Consequently, asexual propagation methods are vital for the effective cultivation of this plant. Micropropagation not only enhances growth and reproduction rates, it also preserves genetic resources. Furthermore, it allows for the creation of a genetically homogeneous population with high yields of steviol glycosides, which makes it a suitable method for the propagation of Stevia. The present study aims to evaluate the effects of various growth regulators on this plant, presenting an efficient protocol for commercial cultivation.
Materials and Methods
Stevia seed germination rates were calculated on MS medium at four and eight days post-sowing. Shoot induction was examined using combinations of kinetin (KIN), gibberellic acid (GA3), and benzylaminopurine (BAP). Subsequently, rooting experiments were conducted with three auxin hormones: naphthaleneacetic acid (NAA), indole-3-acetic acid (IAA), and indole-3-butyric acid (IBA). The acclimatization of the samples was conducted following successful rooting.
Results and Discussion
The germination rate of Stevia seeds was found to be 33.38%. The best shoot proliferation was achieved with 0.5 mg/L BAP and 2 mg/L KIN, producing the highest number of leaves and lateral branches. Optimal fresh weight (437.29 g) and shoot length (15.38 cm) were obtained in the treatment with 1.5 mg/L GA3 and 2 mg/L KIN. Significant negative correlations were observed at the 1% probability level between leaf number and shoot length (-0.61**), leaf number and fresh weight (-0.46**), lateral branch number and shoot length (-0.81**), and lateral branch number and fresh weight (-0.69**). Significant positive correlations were found between leaf and lateral branch numbers (0.95**) and between shoot length and fresh weight (0.98**). The longest root was observed in the treatment with 0.5 mg/L NAA, and the highest number of roots was found in the treatment with 1 mg/L IBA. The study reveal the effectiveness of specific combinations of growth regulators for the micropropagation of Stevia rebaudiana. The findings indicate that the hormonal treatments significantly affect various growth parameters, including leaf number, shoot length, fresh weight, and root development. The negative correlations between some traits suggest that optimizing one growth parameter might compromise. The positive correlations between other traits, such as  leaf and lateral branch number, suggest that some growth attributes can be simultaneously enhanced.
Conclusion
The optimized protocol for the micropropagation of Stevia rebaudiana (0.5 mg/L BAP and 2 mg/L KIN for shoot proliferation, and 0.5 mg/L NAA for root induction) demonstrated efficient and economical performance using fewer and less diverse hormones compared to existing micropropagation protocols. Therefore, it can be considered an optimum protocol for the propagation of Stevia, potentially benefiting commercial cultivation and research applications.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Growth regulators
  • Gibberellic acid
  • Kinetin
  • Stevia
  • Tissue culture
مراجع
Afshari, F., Nakhaei, F., Mosavi, S., & Seghatoleslami, M. (2022). Physiological and biochemical responses of Stevia rebaudiana Bertoni to nutri-priming and foliar nutrition under water supply restrictions. Industrial Crops and Products, 176, 114399.
Aghaye, R. N. M., & Yadollahi, A. (2012). Micropropagation of GF 677 rootstock. Journal of Agricultural Science, 4(5), 131-138.
Ahmadi Khoei, M., & Karamian, R. (2022). Effect of Priformospora indica inoculation on biological activity of Stevia rebaudiana plants treated with selenium nanoparticles. Plant Productions, 45(3), 361-373. [In Persian]
Ahmed, R., & Anis, M. (2014). Rapid in vitro propagation system through shoot tip cultures of Vitex trifolia L. an important multipurpose plant of the pacific traditional medicine. Physiology and Molecular Biology of Plants, 20, 385-392.
Amare, K., & Kassahun, A. (2021). Participatory variety selection for released white common bean varieties in south Gondar Zone Ethiopia. Heliyon, 7(12), 1-8.
Arumugam, B., Subramaniam, A., & Alagaraj, P. (2020). Stevia as a Natural Sweetener: A Review. Cardiovasc. Hematological Agents in Medicinal Chemistry, 18(2), 94-103.
Bagheri, M. S., Saidi, A., Jari, S. K., & Goodarzi, G. (2015). Effects of different hormonal concentrations on damask rose (Rosa damascena Mill.) micro-propagation in liquid tissue culture medium. International Journal of Biosciences, 6(6), 10-16.
Bhojwani, S.S., & Dantu, P.K. (2013). Micropropagation. In: Plant Tissue Culture: An Introductory Text. India: Springer.
Ebrahimi, M., Mokhtari, A., & Amirian, R. (2017). Effects of basal media and some physical parameters on micropropagation of stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 33(3), 373-385. [In Persian]
Galo, E. V. (2019). In Situ clonal propagation of Stevia (Stevia rebaudiana, Bertoni) using hormones. American Journal of Plant Sciences, 10(10), 1789-1796.
Gantait, S., Das, A., & Mandal, N. (2015). Stevia: A comprehensive review on ethnopharmacological properties and in vitro regeneration. Sugar Tech, 17(2), 95-106.
Huan, H., Xu, X., Liu, G., He, J., Yang, Y., & Huang, K. (2014). Effect of branch number on the growth and development of Morus alba saplings. Acta Ecologica Sinica, 34(4), 823-830.
Iapichino, G., & Airò, M. (2009). Multiplication of Crataegus monogyna by in vitro culture of nodal segments. Acta Horticulturae, 812, 135-140.
Jangid, V. K., Senthil-Kumar, M., Chandran, D., & Sinharoy, S. (2024). Callus induction and efficient in vitro plant regeneration protocol for Chickpea. Plant Cell, Tissue and Organ Culture,156(1), 21.
Kurepa, J., & Smalle, J. A. (2022). Auxin/cytokinin antagonistic control of the shoot/root growth ratio and its relevance for adaptation to drought and nutrient deficiency stresses. International journal of molecular sciences, 23(4), 1933.
Lukatkin, A. S., & Silva, J. A. T. (2007). Effects of cultivation parameters of Stevia rebaudiana Bertoni callus culture on callus proliferation. Medicinal and Aromatic Plant Science and Biotechnology, 107-111.
Medorio-García, H. P., Hernández-Domínguez, E., Andueza-Noh, R. H., López-Aguilar, D. R., & Ramírez-Mosqueda, M. A. (2024). Micropropagation Methods in Temporary Immersion Systems. New York: Springer.
Michalec-Warzecha, Ż., Pistelli, L., D’Angiolillo, F., & Libik-Konieczny, M. (2016). Establishment of highly efficient agrobacterium rhizogenes-mediated transformation for Stevia rebaudiana Bertoni explants. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 58(1), 113-118.
Moradi, F. (2017). Stevia and its trade in Iran and the world. Research Achievements for Field and Horticulture Crops, 6(1), 13-24. [In Persian]
Mthembu, Z. (2017). Development of a hairy root bioreactor from Stevia rebaudiana to produce steviol glycosides. Doctoral dissertation. Stellenbosch University, South Africa.
Omidi, H., Bostani, A., & Gorzi, A. (2019). Effects of chemical treatments (Iron, zinc and salicylic acid) and soil water potential on steviol glycosides of Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni.). Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 39(1), 297- 311. [In Persian]
Razak, U. N. A. A., Ong, C. B., Yu, T. S., & Lau, L. K. (2014). In vitro micropropagation of Stevia rebaudiana Bertoni in Malaysia. Brazilian Archives of Biology and Technology, 57, 23-28.
Röck-Okuyucu, B., Bayraktar, M., Akgun, I. H., & Gurel, A. (2016). Plant growth regulator effects on in vitro propagation and stevioside production in Stevia rebaudiana Bertoni. HortScience, 51(12), 1573-1580.
Rodriguéz-Páez, L. A., Pineda-Rodriguez, Y. Y., Pompelli, M. F., Jimenez-Ramirez, A. M., Genes-Avilez, O. J., Jaraba-Navas, J. D. D., & Rodríguez, N. V. (2024). Micropropagation protocols for three elite genotypes of Stevia rebaudiana Bertoni. Horticulturae, 10(4), 404.
Saini, H., Arya, I. D., Arya, S., & Sharma, R. (2016). In vitro micropropagation of Himalayan weeping bamboo, Drepanostachyum falcatum. American Journal of Plant Sciences, 7(9), 1317-1324.
Schiatti-Sisó, I. P., Quintana, S. E., & García-Zapateiro, L. A. (2023). Stevia (Stevia rebaudiana) as a common sugar substitute and its application in food matrices: an updated review. Journal of Food Science and Technology, 60(5), 1483-1492.
Shaafi, B., Mousavi, S. S., Bagheney, S. G. H., Abdollahi, M. R., & Sarikhani, H. (2018). Micropropagation drug plant Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) through cultivation two explants end buds and node with various concentrations activated charcoal and hormones BAP and Kn. Molecular Cell Research, 33(3), 289-301. [In Persian]
Shahverdi, M. A., Omidi, H., & Tabatabaei, S. J. (2017). Effect of nutri-priming on germination indices and physiological characteristics of stevia seedling under salinity stress. Journal of Seed Science, 39, 353-362. [In Persian]
Simlat, M., Skrzypek, E., Warchoł, M., Maciaszek, I., & Ptak, A. (2019). Evaluation on Stevia rebaudiana Bertoni seed germination and seedling development under phytohormones treatment. Scientia Horticulturae, 257, 1-13.
Simlat, M., Ślęzak, P., Moś, M., Warchoł, M., Skrzypek, E., & Ptak, A. (2016). The effect of light quality on seed germination, seedling growth and selected biochemical properties of Stevia rebaudiana Bertoni. Scientia Horticulturae, 211, 295-304.
Tadhani, M. B., Patel, V. H., & Subhash, R. (2007). In vitro antioxidant activities of Stevia rebaudiana leaves and callus. Journal of Food Composition and Analysis, 20(3), 323-329.
Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plant Physiology. Sunderland: Sinauer Associates.
Thiyagarajan, M., & Venkatachalam, P. (2012). Large scale in vitro propagation of Stevia rebaudiana (bert) for commercial application: Pharmaceutically important and antidiabetic medicinal herb. Industrial Crops and Products, 37(1), 111-117.
Ucar, E., Özyiğit, Y., & Turgut, K. (2016). The effects of light and temperature on germination of Stevia (Stevia rebaudiana Bert.). Journal of Agricultural Engineering Research, 3, 37-40.
Vilariño, S., Florido, M. D. C., García, J. L., & Cantos, M. (2023). Effects of culture system and substrate composition on micropropagated plantlets of two varieties of Stevia rebaudiana Bert. Physiologia, 3(1), 74-85.
Wang, Y., Luo, X., Chen, L., Mustapha, A., Yu, X., Zhou, C., & Okonkwo, C. E. (2023). Natural and low‐caloric rebaudioside A as a substitute for dietary sugars: A comprehensive review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 22(1), 615-642.
Wu, W., Du, K., Kang, X., & Wei, H. (2021). The diverse roles of cytokinins in regulating leaf development. Horticulture Research, 8: 118.
Zarei, M., Dezhsetan, S., & Behnamian, M. (2018). Micropropagation stevia medicinal plant (Stevia rebaudiana) using proliferation of shoot tip. Genetic Engineering and Biosafety Journal, 6(2), 245-256. [In Persian]
Zhang, Y., Wu, X., Wang, X., Dai, M., & Peng, Y. (2024). Crop root system architecture in drought response. Journal of Genetics and Genomics. 1-10.
Zuraida, A.R., Shukri, M., Sabrina, M.N., Nazreena, O.A., Zain, C.R., Pavallekoodi, G., & Sreeramanan, S. (2016). Micropropagation of ginger (Zingiber officinalevar. rubrum) using buds from microshoots. Pakistan Journal of Botany, 48(3), 1153-1158.
تولیدات گیاهی
دوره 47، شماره 4
دی 1403
صفحه 581-594
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار