Nurashikin Kemat;Richard G.F. Visser;Frans A. Krens
Journal of Plant Biotechnology
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v.50
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pp.255-266
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2023
Hyperhydricity is a physiological anomaly that significantly affects the growth and proliferation rate of crops cultivated by tissue culture techniques. To better understand the mechanisms that govern hyperhydricity incidence, we examined the effects of several media components, particularly cytokinin and gelling agents. These elements were found to be influential in both in vitro propagation and the development of hyperhydricity. Our study revealed that Arabidopsis thaliana seedlings had a greater manifestation of hyperhydricity symptoms when exposed to high cytokinin concentrations compared with the control. The presence of gelrite led to the manifestation of hyperhydric symptoms by elevated water build-up in the apoplast. The phenomenon of stomata closure was observed in the hyperhydric leaves, resulting in an increased ability to retain water and a decrease in the transpiration rates when compared to their respective control leaves. Additionally, histological examinations of the cross sections of hyperhydric leaves revealed an irregular cellular arrangement and large intercellular spaces. Furthermore, hyperhydric seedlings displayed impaired cuticular development in comparison to their normal seedlings.
In vitro shoot regeneration of gladiolus in three different culture systems, viz., semi-solid agar (AS), membrane raft (MR), and duroplast foam liquid (DF) cultures was evaluated following the kinetics of shoot multiplication and hyperhydricity at optimized growth regulator combinations. Compared to the AS system, matrixsupported liquid cultures enhanced shoot multiplication. The peak of shoot multiplication rate was attained at 18 days of incubation in the MR and DF systems, whereas the maximum rate in the AS system was attained at 21 days. An early decline in acceleration trend was observed in liquid cultures than the AS culture. The hyperhydric status of the regenerated shoots in the different culture systems was assessed in terms of stomatal attributes and antioxidative status. Stomatal behavior appeared to be normal in the AS and MR systems. However, structural anomaly of stomata such as large, round shaped guard cells with damage in bordering regions of stomatal pores was pronounced in the DF system along with a relatively higher $K^+$ ion concentration than in the AS and MR systems. Antioxidative status of regenerated shoots was comparable in the AS and MR systems, while a higher incidence of oxidative damages of lipid membrane as evidenced from malondialdehyde and ascorbate content was observed in the DF system. Higher oxidative stress in the DF system was also apparent by elevated activities of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, and catalase. Among the three culture systems, liquid culture with MR resulted in maximum shoot multiplication with little or no symptoms of hyperhydricity. Shoots in the DF system were more prone to hyperhydricity than those in the AS and MR systems. The use of matrix support such as membrane raft as an interface between liquid medium and propagating tissue could be an effective means for rapid and efficient mass propagation with little or no symptoms of hyperhydricity.
Multiple shoots of garlic (Allium sativum L.) were propagated in bioreactors containing MS medium supplemented with 2% sucrose for 3 weeks. Microbulbs were induced on MS medium supplemented with 0.1mg/L NAA and 11% sucrose for 9 weeks. For multiple shoot proliferation, leaves in the shoot must be removed before cultures. When the multiple shoots were cultured without removal of leaves, more than 90% of hyperhydricity and no microbulb formation were observed. Histological observation also indicated irregular size and shape of the cells in hyperhydricity of the shoot. Microbulbs were strarted to form from the shoot after 7 weeks of culture by protuberance of adventitious shoot buds followed by inner periclinal divisions and simultaneous anticlinical division in the epidermis of meristematic bulge. Analysis of ploidy level indicated no phenotypic variations in both multiple shoots and microbulbs induced from the mother plant, suggesting genetic homogeneity among the regenerants.
Nguyen, Quan Hoang;Thi, Luc The;Park, Yoo Gyeong;Jeong, Byoung Ryong
FLOWER RESEARCH JOURNAL
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v.26
no.4
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pp.166-178
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2018
In this study, the principal objective was to investigate the effect of light quality and vessel ventilation on the growth and development, physiology, activities of antioxidant enzymes, and contents of mineral nutrients of carnation (Dianthus caryophyllus L.) 'Marble Beauty'. Single node cuttings stuck into the plant growth regulator (PGR)-free MS medium in containers covered with caps with or without a ventilation filter were cultured first four weeks under white and then additional four weeks under either white (control), blue, red, or red + blue light emitting diodes (LEDs) for 56 days. Interestingly, a ventilated culture condition not only reduced the percentage of the hyperhydricity, but also increased the total chlorophyll content (Chl a + Chl b) of the plantlets as compared to the non-ventilated condition. In addition, blue LEDs produced plantlets with the greatest number of shoots and red LEDs produced plantlets with the greatest shoot length. The quality of plantlets was improved under a ventilation condition. Besides, under a ventilated condition, red + blue LEDs raised APX activity, and blue LEDs not only raised the activity of the CAT, but also increased tissue contents of such elements as K, Ca, Mg, Zn, Mn and Fe. The red LEDs increased contents of B and Si under a ventilated condition, and Na accumulation under a non-ventilated condition. Thus, including blue or red LEDs as the light source in a ventilated culture condition will produce plantlets of carnation 'Marble Beauty' in vitro with improved quality.
The genotypic (2n, 3n, 4n) response of watermelon in vitro shoot tip culture was evaluated. Different genotypes had similar response in terms of shoot formation and growth. Shoot formation was better at lower concentration of 0.3 mg/L BA and higher concentration of 5-10.0 mg/L 2iP and kinetin, but growth of newly formed shoot was inhibited. With further subculture, kinetin did not promote shoot formation Better shoot formation was observed at 0.3-0.5 mg/L BA. Combination of 0.3 mg/L BA and 0.3-0.5 mg/L BA was effective in shoot multiplication, growth and induction of more internodes. Varrying levels of light intensity and agar concentration did not affect the performance of tetraploid plants. Higher light intensity and agar concentrations decreased the number of shoot formed in triploid plane. Growth in both genotype, however was inhibited. Higher light intensity was found to promote leaf senescence in all genotypes. All growth inhibitors decreased the number of shoots formed and slowed plant growth there by prolonging duration of cultures. Growth inhibitors were to observed to decrease incidence of hyperhydricity in culture. No difference in shoot formation was observed in each of the concentrations used in Ancymidol, TIBA, CCC and PP333. Shoot formation and growth was more inhibited in ABA treatments. Leaf expansion and growth was poor in all treatments.
Based on the results in this study, here we propose a systematic micropropagation process for 'Gisela 5' that is one of the important dwarfing cherry rootstocks. When the apical tips detached from newly developed shoot in spring season were cultured on the half strength MS media with 0.5 mg/L IBA and 0.5 ~ 1.0 mg/L BA, the cultures scored the highest acquisition rate at 90% for normal shoot with vigorous growth and without hyperhydricity. As next step, the young shoots maintained in vitro well multiplied on the full strength MS medium supplemented with 0.5 mg/L IBA and 0.5 mg/L BA, in which multiplication rate was approximately nine-fold. Given the half strength MS medium containing 2.0 mg/L IBA, each transplanted shoot further developed robust roots. Finally, the plantlets were easily acclimatized in the compost consisted of vermiculite, perlite, and peatmoss in the proportion of 1:1:1. We expect that the results are useful for cherry cultivation and its rootstock production.
For the micropropagation, node explants of cassava were cultured in liquid MS medium with various concentrations of cytokinins on a rotary shaker (100 rpm) for 2 weeks. The adventitious roots and shoots from the explants were differentiated more efficiently in liquid medium than in solid. But root formation was not inhibited in medium with BAP and kinetin at low concentration (>0.05 mg 1/sup -1/), while in medium added with BAP and zeatin at high level (<0.25 mg 1/sup -1/), it was inhibited by callus forming on cut end of the cuttings. However, all of plantlets grown in liquid medium for more than 2 weeks showed symptoms of hyperhydricity. The plantlets grown in liquid medium were transferred into culture bottles filled with fine sand or artificial soil (pitmoss:perlite:vermiculite, 1:1:1 v/v) wetted with half strength of Knop's solution. After transplanted to culture bottles, some of vitriscent leaves were defoliated and new leaves were normally formed from shoot apex. Most of plantlets (>95%) were hardened-off successfully only in culture bottles with fine sand, and grew into 3-5 cm seedlings possessing 4-6 nodes after 4 weeks. Thus, the mass propagation of cassava on medium containing cytokinin could be established based on the suspension culture using node explants.
Combinations of plant growth regulators, darkness treatments, and the order of expanding leaves for explants were evaluated for optimizing in vitro shoot regeneration rate of 'Whangkeumbae' pear. In a MS medium, supplemented with $8.88{\mu}M$ 6-benzylaminopurine (BA) and $0.49{\mu}M$ indole-3-butyric acid (IBA), green foci were observed on the surface of the callus 8 days after culture initiation. Some adventitious buds were later induced from those green foci, resulting in the appearance of normal shoots. In a medium containing $22.20{\mu}M\;BA$, the surface of the callus became compact and greenish, and many adventitious buds were formed over the entire area of the callus surface. When comparing BA concentration via histological observation, the section which had been treated with $22.20{\mu}M\;BA$ exhibited closer cell aggregation than those with $8.88{\mu}M\;BA$. The darkness treatment enhanced the formation of adventitious shoots for up to 3 weeks. The youngest two expanding leaves, proximal to the shoot apex, were proved to be the most regenerative, and yielded the highest shoot number per regenerating leaf. A fourth strength MS medium, which was supplemented with $0.54{\mu}M\;NAA$, yielded good quality plantlets, with regard to root number and root length.
To establish the system of in uitro plant regeneration, the leaf segments of Sedum sarmentosum were cultured on MS media supplemented with different levels of 2,4-D, NAA and BA. The callus induction and growth showed a good response on MS medium supplemented with 3.0mg/L 2,4-D and 1.0mg/L BA, but a few callus induced on medium containing NAA and BA. In plant regeneration, combination of BA and NAA promoted shoot organogenesis from callus, and the highest frequency was obtained on MS medium supplemented with 0.2mg/L NAA and 3.0mg/L BA. When calli were transferred to the plant regeneration medium containing 0.2mg/L NAA and 3.0mg/L BA, healthy shoots without hyperhydricity were continuously induced (17.2 plantlets per callus) after 50 days of culture. When regenerated plantlets were transferred onto hormone-free MS medium, rooting was easily achieved from all of them.
In bioreactor cultures of plants, inoculum density is an important factor affecting growth and proliferation of the plantlets. To maximize shoot growth and proliferation of grape rootstock '5BB' in bioreactors, inoculum density varied at 15, 30, 45 and 60 single nodes in a 3-liter scale balloon type bioreactor, respectively and cultured for 40 days. Results suggested that the growth and the photosynthesis of the plantlet were greatly affected by inoculum density in the bioreactor. The inoculum density of 45 nodes resulted in the greatest growth (910.4 mg/shoot FW, 764.4 mg/root FW) followed by 30 nodes. $CO_2$ assimilation rate, stomatal conductance, transpiration rate of the plantlet were also highest at the inoculum density of 45 nodes. Significant reduces in shoot and root growth (426.5 mg/shoot FW, 248.4 mg/root FW) were observed at the inoculum density of 60 nodes. When the inoculum density decreased by 15 nodes, plantlets were malformed due to hyperhydricity, resulting in the highest transpiration rate and the lowest $CO_2$ assimilation rate. The plantlets stressed by the inoculum density at 15 nodes and 60 nodes showed larger number and irregular shape of stomata compared to the plantlets inoculated with 45 nodes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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