تأثیر امواج فراصوت، دما، نور، کیتوسان و تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی بر کالوسزایی زعفران (Crocus sativus L.)

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی در کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

4 دانش آموخته دکتری علوم‎ علف‌های هرز، دانشگاه محقق اردبیلی

5 دانش آموخته دکتری بیوتکنولوژی در کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی

10.22048/jsat.2020.215454.1376

چکیده

زعفران به‌ عنوان گیاهی چندساله و تری‍‍‍‍‍‍‍پلوئید به­دلیل داشتن متابولیت‌های ثانویه ارزشمند، یکی از مهم‌ترین گیاهان دارویی دنیا محسوب می‌شود. مطالعه‌ی حاضر با هدف ارزیابی عوامل مختلف (نوع اکسین، امواج فراصوت، دما، نور و کیتوسان) بر کالوس‌زایی و رشد کالوس در ریزنمونه‎های بنه زعفران در قالب دو آزمایش انجام شد. در آزمایش اول تأثیر امواج فراصوت و نوع اکسین مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور بنه‎های زعفران پس از ضدعفونی به قسمت‌های مساوی تقسیم و پس از تیمار با امواج فراصوت، روی محیط کشت MS حاوی  mg.l-1 2 اکسین (NAA و 2,4-D) به همراه mg.l-1 2Kin  کشت شدند. در آزمایش دوم، تأثیر درجه حرارت، کیتوسان و روشنایی بطورجداگانه بر کالوس‌زایی و رشد کالوس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین تیمارها از نظر درصد کالوس‌زایی و وزن تر کالوس در ماه دوم و سوم پس از کشت تفاوت معنی‌داری وجود دارد. محیط کشت MS حاوی0.5 mg.l-1 Kin + 2 mg.l-1 NAA  از نظر درصد کالوس‌زایی و رشد کالوس ریزنمونه‌های بنه زعفران در مقایسه با  محیط کشت MS حاوی 0.5 mg.l-1 Kin + 2 mg.l-1 2,4-D  از کارایی بالاتری برخوردار بود. در محیط کشت MS حاوی 2,4-D که درصد کالوس‌زایی و رشد کالوس پایین بود، استفاده از تیمار زخم‌زنی با استفاده از تیمار امواج فراصوت باعث تقویت رشد کالوس گردید. در آزمایش دوم نیز درصد کالوس‌زایی و رشد ریزنمونه‌ها در محیط‌کشت حاوی NAA بطور معنی‌داری بیشتر از  2,4-Dبود. علاوه‌براین در آزمایش دوم، در محیط کشت MS حاوی  2,4-D استفاده از کیتوسان با غلظت g.l-1 25/0 باعث تحریک القای کالوس گردید و فراوانی کالوس‎زایی ریزنمونه‎های بنه زعفران در این محیط کشت را افزایش داد، ولی افزایش غلظت کیتوسان از  g.l-125/0 بهg.l-1 75/0 کالوس‌زایی و رشد کالوس را کاهش داد. در حالی که در محیط کشتMS  حاوی NAA که از کارایی کالوس‎زایی و رشد کالوس بالایی برخوردار بود، استفاده از استفاده از کیتوسان، کالوس‌زایی و رشد کالوس بنه زعفران را کاهش داده است. بطورکلی، بیشترین درصد کالوس‌زایی در محیط کشت MS حاوی NAA در دمای ºC 25 و تاریکی بدست آمد که برای مطالعات کشت درون‌شیشه‌ایی و مهندسی ژنتیک زعفران قابل توصیه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effects of ultrasound, temperature, light, chitosan and plant growth regulators on callus induction in saffron (Crocus sativus L.)

نویسندگان [English]

  • Fariba Afkhami 1
  • Nasser Zare 2
  • Rasool Asghari 3
  • Mohammad Mehdizadeh 4
  • Behnam Firoozi 5
1 M.Sc, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 PhD Graduated, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
5 PhD Graduated, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Saffron is one of the most important pharmaceutical plants in the world due to its valuable secondary metabolites. The aim of this study is to investigate the different factors on callus induction and growth in saffron corm explants. In the first experiment, saffron corms surface were sterilized and were excised to equal segments, then they were treated with ultrasound and then they were cultured on MS medium supplemented with 2 mg.L-1 auxin (NAA and 2,4-D) and 0.5 mg.L-1 Kinetin. In the second experiment, the effect of temperature, light and chitosan were evaluated. The results of analysis of variance showed that there were significant differences (P≤0.05) among temperature, light, chitosan as well as ultrasound treatments in terms of callus induction percentage and fresh weight of callus. Callus induction and growth on MS medium containing 2 mg.L-1 NAA + 0.5 mg.L-1 Kin was higher than those containing 2 mg.L-1 2,4­-D +0.5 mg.L-1 Kin. In MS medium containing 2,4-D which had low callus induction and callus growth rate, utilization of ultrasound stimulated callus induction and especially it stimulated callus growth from saffron corm explants. In addition, in MS medium containing 2,4-D, utilization of 0.25 g.L-1 chitosan stimulated callus induction and increased callus induction of saffron corm explants. However, increasing chitosan concentration from 0.25 mg.L-1 to 0.75 g.L-1 decreased callus induction and callus growth, while, in MS medium containing NAA, which had efficient callus induction and growth, utilization of these treatments reduced callus induction and callus growth from saffron corm explants. In other words, the effect of ultrasound and chitosan on response of saffron explants in vitro cultures was used, depending on the type of auxin used in composition of the culture medium. Generally, the highest percentage of callus induction occurred on MS medium supplemented with 2 mg.L-1 NAA + 0.5 mg.L-1 Kin and incubated at 25 ºC in the dark, which could be suitable for in vitro culture and gene transfer studies in saffron.   

کلیدواژه‌ها [English]

  • Callus Induction
  • Crocus sativus. L
  • Plant cell and tissue culture
  • Sonication
Abdirad, S., Rezanejad, F., and Kalantari, M.K. 2012. The effect of different light intensities on callogenesis and calli pigments content of shoot and floral explants of Rosa damascena Mill and Rosa miniature. Agricultural Biotechnology Journal 3 (1): 43-65.  (In Persian with English Summary).
Ananthakrishnan, G., Xia, X., Amutha, S., Singer, S., Muruganantham, M., Yablonsky, S., Fischer, E., and Gaba, V. 2007. Ultrasonic treatment stimulates multiple shoot regeneration and explant enlargement in recalcitrant squash cotyledon explants in vitro. Plant Cell Reports 26 (3): 267-276.
Bagheri, K., Azadi, P., Gholami, M., and Masoumi, M.M. 2017. Effect of some plant growth regulators and different explants types on callus induction in saffron (Crocus sativus L). Saffron Agronomy and Technology 5 (3): 231-239. (In Persian with English Summary).
Barka, E.A., Eullaffroy, P., Clement, C., and Vernet, G. 2004. Chitosan improves development, and protects Vitis vinifera L. against Botrytis cinerea. Plant Cell Reports 22 (8): 608-614.
Castellar, M.R., and Iborra, J.L. 1997. Callus induction from explants of Crocus sativus. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 6 (2): 97-100.
 Chien, P.J., Sheu, F., Huang, W.T., and Su, M.S. 2007. Effect of molecular weight of chitosans on their antioxidative activities in apple juice. Food Chemistry 102 (4): 1192-1198.‏
Daryani, P., Zare, N., Chamani. E., Sheikhzadeh Mossadeg, P., and Mojaddad, D.J. 2016. Eevaluation of the effects of different basal medium and plant growth regulators on in vitro growth of hazelnut. Journal of Horticultural Science 30 (3): 417-422. (In Persian with English Summary).
Dixon, R.A., and Gonzales, R.A. 1996. Plant Cell Culture: A Practical Approach. 2nd Ed. IRL Press, pp. 1-230.
Ebrahimi, M., Mokhtari, A., and 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 33: 373-385. (In Persian with English Summary).
 Farjaminezhad, R., Zare, N., Zakaria, R.A., and Farjaminezhad, M. 2013. Establishment and optimization of cell growth in suspension culture of Papaver bracteatum: a biotechnology approach for the thebaine production. Turkish Journal of Biology 37 (6): 689-697.
Ghanati, F., and Sobhannejad, S. 2016. Effect of low-intensity ultrasound on membrane integrity of suspension cultured parsley cells (Petroselinum crispum L.). Journal of Plant Process and Function 5 (16): 1415-1545.
Honarmand, L., Zare, N., Zakaria, R.A., Sheikhzadeh Mosadegh, P., and Askari, A.A. 2017. The effect of ultrasound on multiple shoot regeneration from Sainfoin (Onobrychis sativa) shoot apex. Journal of Crop Breeding 9 (22): 73-81. (In Persian with English Summary).
Joersbo, M., and Brunstedt, J. 1992. Sonication: a new method for gene transfer to plants. Physiologia Plantarum 85 (2): 230-234.
Kafi, M., Koocheki, A., Rashed, M.H., and Nassiri, M. 2006. Saffron (Crocus sativus): Production and Processing. Science Publishers. 249 p. (In Persian with English Summary).
Koohi, L., Zare, N., Asghari, Z.R., and Sheikhzadeh Mosadegh, P. 2014. Effect of plant growth regulators and different explants on tissue culture response and suspension cell cultures of German chamomilla (Matricaria chamomilla L.). Journal of Crop Ecophysiology 8 (2): 203-214. (In Persian with English Summary).
Kumar, R., Singh, V., Devi, K., Sharma, M., Singh, M.K., and Ahuja, P.S. 2008. State of of saffron (Crocus sativus L.) agronomy: a comprehensive review. Food Reviews International 25 (1): 44-85.
Liu, Y., Takatsuki, H., Yoshikoshi, A., Wang, B., and Sakanishi, A. 2003. Effects of ultrasound on the growth and vacuolar H+-ATPase activity of aloe arborescens callus cells. Colloids and surfaces B: Biointerfaces 32 (2): 105-116.‏
Liu, Y., Yoshikoshi, A., Wang, B., and Sakanishi, A. 2003. Influence of ultrasonic stimulation on the growth and proliferation of Oryza sativa Nipponbare callus cells. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 27 (4): 287-293.‏
Miller, D.L., Bao, S., Gies, R.A., and Thrall, B.D. 1999. Ultrasonic enhancement of gene transfection in murine melanoma tumors. Ultrasound in Medicine and Biology 25 (9): 1425-1430.
Mirjalili, S.A., and Poorazizi, E. 2015. Evaluation of callus formation and embryogenesis in saffron (Crocus sativus L.) for flower harvesting. Journal of Biodiversity and Environmental Sciences 6 (1): 127-131.‏
Rezanejad, F., and Tarrahi, R. 2013. The effect of light and plant growth regulators on callogenesis and anthocyanin accumulation in calli of different explants in Rosa gallica. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology) 26 (2): 184-195.
Rossing T.D. 2014. Introduction to Acoustics. In: Rossing T.D. (ed). Springer Handbook of Acoustics 1-6. Springer, New York.‏ pp. 1-7.
Sadeghpour, S., and Lotfali, N. 2017. Effect of chitosan on in vitro proliferation of Ghezel ouzum grape (Vitis vinifera L.) cultivar. Research in Pomology 2 (1): 75-88. (In Persian with English Summary).
Sajjadifard, M., and Pazhouhandeh, M. 2015. Study on effect of type of explant and hormone on callus induction and regeneration in Saffron (Crocus sativus L.). Saffron Agronomy and Technology 3 (3): 195-202. (In Persian with English Summary).
Schmidt, P., Rosenfeld, E., Millner, R., and Schellenberger, A. 1987. Effects of ultrasound on the catalytic activity of matrix-bound glucoamylase. Ultrasonics 25 (5): 295-299.‏
Srivastava, L.M. 2002. Plant Growth and Development: Hormones and Environment. Academic Press, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia. 772 p.
Verma, S.K., Das, A.K., Cingoz, G.S., Uslu, E., and Gurel, E. 2016. Influence of nutrient media on callus induction, somatic embryogenesis and plant regeneration in selected Turkish Crocus species. Biotechnology Reports 10: 66-74.
Zare, N., Valizadeh, M., Tohidfar, M., Mohammadi, S.A., Malboobi, M.A., and Habashi, A.A. 2009. Selection of regenerative genotypes from Iranian alfalfa cultivars. Journal of Food, Agriculture and Environment 7 (3-4): 567-572.‏