بهینه‌سازی کالوس‌زایی و ریشه‌زایی دو اکوتیپ سنبل‌الطیب (Valeriana officinalis L.) با استفاده از غلظت‌های مختلف BAP و IBA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 شهرک صنعتی علمی تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان، شرکت مبتکران شیمی اسپادان.اصفهان، ایران

10.22034/plant.2026.145471.1194

چکیده

مقدمه: سنبل‌الطیب (Valeriana officinalis L.) به‌دلیل خواص دارویی‌، به‌ویژه در طب سنتی، اهمیت زیادی دارد و افزایش تقاضا برای آن، نیاز به روش‌های تکثیر کارآمد را ضروری ساخته است. کشت بافت گیاهی با استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد مانند BAP و IBA می‌تواند راهکاری مؤثر باشد. این تحقیق با بررسی اثر غلظت‌های مختلف این هورمون‌ها بر روی دو اکوتیپ سنبل‌الطیب، به دنبال یافتن شرایط بهینه برای تولید انبوه کالوس و ریشه، و در نهایت ترکیبات دارویی این گیاه است.
مواد و روشها: در این مطالعه، تأثیر غلظت‌های مختلف BAP (1 و 2 میلی‌گرم در لیتر) در ترکیب با IBA (0، 5/0 و 1 میلی‌گرم در لیتر) بر روی کالوس‌زایی و تولید ریشه با استفاده از ریزنمونه‌های برگ و دمبرگ گیاهچه‌های درون‌ شیشه‌ای دو اکوتیپ (شیراز و مشهد) به‌صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار بررسی شد. بذرهای دو اکوتیپ سنبل‌الطیب، شامل اکوتیپ‌های شیراز و مشهد، برای تولید گیاهچه‌های درون ‌شیشه‌ای و ارزیابی تولید کالوس و ریشه در شرایط کشت بافت به کار گرفته شد. در این پژوهش، صفات مختلفی شامل درصد کالوس‌زایی، درصد ریشه‌زایی، قطر کالوس، تعداد ریشه، درصد ریشه‌های بزرگتر از دو سانتی‌متر، وزن کالوس و ریشه و وزن تر کل (شامل وزن ریشه و کالوس) برای ارزیابی تولید ریشه و کالوس در ریزنمونه‌های برگ و دمبرگ از دو اکوتیپ سنبل‌الطیب شیراز و مشهد اندازه‌گیری شدند. درنهایت تجزیه و تحلیل آماری انجام و بعد از معنی‌دار شدن تیمارها، مقایسه میانگین‌ داده‌ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد انجام شد. برای تجزیه‌ و تحلیل داده‌های آماری از نرم‌ افزارهای MSTAT-C و SPSS Ver. 18 و برای رسم نمودارها از نرم ‌افزار Excel استفاده شد.
نتایج: نتایج نشان داد که برای کالوس‌زایی و ریشه‌زایی، وجود اکسین خارجی ضروری است، زیرا تنها در محیط‌های کشت حاویIBA، تشکیل کالوس و ریشه مشاهده شد. با افزایش غلظت BAP به میزان دو میلی‌گرم در لیتر، درصد کالوس‌زایی به میزان 16/54 درصد در اکوتیپ مشهد افزایش یافت. در ریزنمونه‌های برگ، افزودن IBA به محیط کشت منجر به افزایش درصد کالوس‌زایی به 60/87 درصد گردید. تأثیر غلظت‌های مختلف IBA بر درصد ریشه‌زایی معنی‌دار بود و حداکثر درصد ریشه‌زایی در غلظت‌های 5/0 (77/77 درصد) و یک (35/80 درصد) میلی‌گرم در لیتر IBA به‌دست آمد. در اکوتیپ شیراز نسبت به مشهد و در ریزنمونه‌های برگ نسبت به دمبرگ، تعداد ریشه بیشتری تولید شد. حداکثر تعداد ریشه (21/8) بدون درنظر گرفتن غلظت IBA در محیط‌های کشت حاوی دو میلی‌گرم در لیتر BAP حاصل شد. درصد کالوس‌زایی در اکوتیپ شیراز در تمامی ترکیبات تیماری و در اکوتیپ مشهد بجز ریزنمونه برگ کشت شده در محیط کشت حاوی یک میلی‌گرم در لیتر BAP به‌همراه 5/0 میلی‌گرم در لیتر IBA، حداکثر بود.
نتیجهگیری: نتایج نشان داد که درصد کالوس‌زایی و ریشه‌زایی در دو اکوتیپ شیراز و مشهد با هم متفاوت و وابسته به‌نوع ترکیب هورمونی اعمال شده بود. به‌طورکلی، اکوتیپ شیراز عملکرد بهتری نسبت به مشهد داشت. علاوه بر این، ریزنمونه دمبرگ برای افزایش درصد کالوس‌زایی و قطر کالوس، عملکرد بیشتری داشت. نتایج نشان داد که مقادیر هورمون‌های درونی بین اکوتیپ‌ها و ریزنمونه‌ها متفاوت بوده و نیازهای هورمونی در مراحل مختلف نگهداری کالوس و ریشه با مراحل القای کالوس و ریشه از ریزنمونه‌ها تفاوت دارد. با توجه به اینکه ریزنمونه برگ درصد بیشتری ریشه با طول مورد نظر تولید نمود، این نوع ریزنمونه توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of callusogenesis and rooting of two valerian (Valeriana officinalis L.) ecotypes using different concentrations of BAP and IBA

نویسندگان [English]

  • Somayeh Najafi 1
  • Alireza Motallebi-Azar 2
  • Samaneh Kazemiani Najafabadi 3
  • Mina Amani 2
  • Mostafa Valizadeh 1
1 Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Horticultural Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Scientific and Research Industrial Town of Isfahan University of Technology, Mobtakeran Shimi Espadan Company.Isfahan, Iran
چکیده [English]

Introduction: Valerian (Valeriana officinalis L.) holds significant importance due to its medicinal properties, especially in traditional medicine. The increasing demand for it necessitates efficient propagation methods. Plant tissue culture, using growth regulators like BAP and IBA, can be an effective solution. This research, by examining the effects of different concentrations of these hormones on two ecotypes of valerian, aims to find optimal conditions for mass production of callus and roots, and ultimately, for the medicinal compounds of this plant.
Materials and Methods: In this study, the effect of different concentrations of BAP (1 and 2 mg/L) in combination with IBA (0, 0.5, and 1 mg/L) on callus formation and root production using leaf and petiole explants of in vitro seedlings from two ecotypes (Shiraz and Mashhad) was investigated in a factorial experiment under a completely randomized design with three replications. Seeds of the two valerian ecotypes, Shiraz and Mashhad, were used to produce in vitro seedlings and to evaluate callus and root production under tissue culture conditions. Various traits, including callus formation percentage, rooting percentage, callus diameter, number of roots, percentage of roots larger than 2 cm, callus and root fresh weight, and total fresh weight (including root and callus weight) were measured to assess root and callus production in leaf and petiole explants from the two valerian ecotypes of Shiraz and Mashhad. Finally, statistical analysis was performed, and after the treatments became significant, mean comparison of the data was done using Duncan’s test at a 5% probability level. MSTAT-C and SPSS Ver. 18 software were used for statistical analysis, and Excel software was used for drawing graphs.
Results: The results showed that for callus and root induction, the presence of exogenous auxin is essential, as callus and root formation were only observed in culture media containing IBA. With an increase in BAP concentration to 2 mg/L, the callus formation percentage increased by 54.16% in the Mashhad ecotype. In leaf explants, adding IBA to the culture medium led to an increase in callus formation percentage to 87.60%. The effect of different IBA concentrations on rooting percentage was significant, with the maximum rooting percentage achieved at concentrations of 0.5 mg/L (77.77%) and 1 mg/L (80.35%) of IBA. In the Shiraz ecotype compared to Mashhad, and in leaf explants compared to petioles, a greater number of roots were produced. The maximum number of roots (8.21), irrespective of IBA concentration, was obtained in culture media containing 2 mg/L BAP. Callus formation percentage was maximal in the Shiraz ecotype across all treatment combinations and in the Mashhad ecotype, except for leaf explants cultured in a medium containing 1 mg/L BAP combined with 0.5 mg/L IBA.
Conclusion: The results showed that the percentage of callus formation and rooting in the two ecotypes of Shiraz and Mashhad were different and depended on the type of hormonal combination applied. In general, the Shiraz ecotype performed better than Mashhad. In addition, petiole explants performed better in increasing the percentage of callus formation and callus diameter. Given that the leaf explant produced a higher percentage of roots with the desired length, this type of explant is recommended. The results showed that the amounts of endogenous hormones were different between ecotypes and explants, and the hormonal requirements at different stages of callus and root maintenance differed from the stages of callus and root induction from explants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Callus formation
  • Micropropagation
  • Plant Growth Regulators
  • Rooting
Akaneme, F. I., & Eneobong, E. E. (2008). Tissue culture in Pinus caribaea Mor. var. Hondurensis barr. and golf. II: Effects of two auxins and two cytokinins on callus growth habits and subsequent organogenesis. African Journal of Biotechnology,7(6). 757-765 .https://doi.org/10.5897/AJB07.681
Dhar, U., & Joshi, M. (2005). Efficient plant regeneration protocol through callus for Saussurea obvallata (DC.) Edgew. (Asteraceae): effect of explant type, age and plant growth regulators. Plant Cell Reports, 24(4), 195-200. https://doi.org/10.1007/s00299-005-0932-1
Farhadi, N., Panahandeh, J., Azar, A. M., & Salte, S. A. (2017). Effects of explant type, growth regulators and light intensity on callus induction and plant regeneration in four ecotypes of Persian shallot (Allium hirtifolium). Scientia Horticulturae, 218, 80-86. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.03.040
Frick, E. M. & Strader, L. C. (2018). Roles for IBA-derived auxin in plant development. Journal of Experimental Botany, 69(2), 169-177. https://doi.org/0.1093/jxb/erx298
Galavi, M., Karimian, M. A., & Mousavi, S. R. (2013). Effects of different auxin (IBA) concentrations and planting-beds on rooting grape cuttings (Vitis vinifera). Annual Research & Review in Biology, 3(4), 517-523. https://doi.org/10.2478/v10014-007-0005-y
Jamil, S., Shahzad, R., Talha, G. M., Sakhawat, G., Sultana, R., & Iqbal, M. Z. (2017). Optimization of protocols for in vitro regeneration of sugarcane (Saccharum officinarum). International Journal of Agronomy, 217(1), 2089381. https://doi.org/10.1155/2017/2089381
Kawochar, M. A., Ahmed, N. U., Hossain, M. I., & Ferdois, J. (2017). Role of explants and NAA on callus induction of potato (Solanum tuberosum). American Journal of Life Sciences, 5(5), 140-144. https://doi.org/10.11648/j.ajls.20170505.14
Ludwig-Müller, J., Vertocnik, A., & Town, C. D. (2005). Analysis of indole-3-butyric acid-induced adventitious root formation on Arabidopsis stem segments. Journal of Experimental Botany, 56(418), 2095-2105. https://doi.org/10.1093/jxb/eri208
Márquez, G., Alarcón, M. V., & Salguero, J. (2016). Differential responses of primary and lateral roots to indole-3-acetic acid, indole-3-butyric acid, and 1-naphthaleneacetic acid in maize seedlings. Biologia Plantarum, 60(2), 367-375. https://doi.org/10.1017/S174275841200035X
Mathur, J., Ahuja, P. S., Mathur, A., Kukreja, A. K., & Shah, N. C. (1988). In vitro propagation of Valeriana wallichii. Planta Medica, 54(01), 82-83. https://doi.org/10.1055/s-2006-962346
Mirani, A. A., Abul-Soad, A. A., & Markhand, G. S. (2017). In vitro rooting of Dendrobium nobile orchid: multiple responses to auxin combinations. Notulae Scientia Biologicae, 9(1), 84-88. https://doi.org/10.15835/nsb919894
Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15, 473-497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
Nazir, U., Gul, Z., Shah, G. M., & Khan, N. I. (2022). Interaction effect of auxin and cytokinin on in vitro shoot regeneration and rooting of endangered medicinal plant Valeriana jatamansi Jones through tissue culture. American Journal of Plant Sciences, 13(2), 223-240. https://doi.org/10.4236/ajps.2022.132014
Ngomuo, M., Mneney, E., & Ndakidemi, P. (2013). The effects of auxins and cytokinin on growth and development of (Musa sp.) var. “Yangambi” explants in tissue culture. American Journal of Plant Sciences, 4(11), 2174-2180. https://doi.org/10.4236/ajps.2013.411269
Prakash, S., Shah, D., Jangpangi, D., & Patni, B. (2023). Exploring regenerative mechanisms: comparative analysis of callus induction and shoot regeneration in Valeriana jatamansi Jones through In-vitro and In-vivo Cultivation. International Journal of Plant & Soil Science, 35(19), 1495-1502. https://doi.org/10.9734/ijpss/2023/v35i193693
Sidik, N. J., Agha, H. M., Alkamil, A. A., Alsayadi, M. M. S., & Mohammed, A. A. (2024). A mini review of plant tissue culture: the role of media optimization, growth regulators in modern agriculture, callus induction and the applications. AUIQ Complementary Biological System, 1(2), 96-109. https://doi.org/10.70176/3007-973X.1019
Vahdati, K., Leslie, C., Zamani, Z., & McGranahan, G. (2004). Rooting and acclimatization of in vitro-grown shoots from mature trees of three Persian walnut cultivars. HortScience, 39(2), 324-327. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.39.2.324
Vennapusa, A. R., Vemanna, R.S., Reddy, B. R., Babitha, K. C., Kiranmai, K., Nareshkumar, A., & Sudhakar, C. (2015). An efficient callus induction and regeneration protocol for a drought tolerant rice indica genotype AC39020. Journal of Plant Sciences, 3(5), 248-254. https://doi.org/10.11648/j.jps.20150305.11
Zamini, A., Mokhtari, A., Tansaz, M., & Zarei, M. (2016). Callus induction and plant regeneration of Valeriana officinalis are affected by different leaf explants and various concentrations of plant growth regulators. BioTechnologia. Journal of Biotechnology Computational Biology and Bionanotechnology, 97(4). 261-269. https://doi.org/10.5114/bta.2016.64543