بهینه‌سازی رشد گیاهچه و بررسی تولید تاکسان در کشت درون‌شیشه‌ای سرخدار (Taxus baccata L.)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی کشاورزی، پردیس دانشگاهی دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

2 استاد گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

3 استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشیار گروه کشاورزی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

سرخدار (Taxus baccata L.) به‌علت دارا بودن ترکیبات دی­ترپنوئیدی با اثرات ضد سرطان، از مهم­ترین گیاهان دارویی شناخته شده در جهان است که در معرض انقراض قرار دارد. در این تحقیق که در پژوهشکده گیاهان دارویی دانشگاه شهید بهشتی صورت پذیرفت، ابتدا اثر نوع محیط کشت (MS٬ MS۲/۱ و NN)، جاذب‌های فنولی (زغال فعال و PVP) و تنظیم کننده­های رشد گیاهی (IBA، GA3 و BA) در قالب طرح فاکتوریل با سه تکرار، با هدف بهبود جوانه‌زنی و رشد گیاهچه‌های سرخدار در کشت درون­شیشه‌ای بررسی گردید. در ادامه تولید تاکسان در گیاهچه‌هایی که طی ده ماه در محیط انتخابی رشد کرده بودند، اندازه‌گیری شد. محیط کشت NN به­دلیل غلظت نمک‌های پایه کم­تر در محیط کشت تأثیر معنی‌داری بر درصد جوانه‌زنی نداشت، ولی منجر به افزایش طول ریشه و درصد رویش عادی گیاهچه گردید. همچنین استفاده از جاذب‌های فنولی موجب افزایش بیش­تر طول ریشه و ساقه و بهبود نرخ رویش عادی گیاهچه گردید. به­علاوه ترکیب هورمونی IBA × GA3 (۲/۰ میلی‌گرم بر لیتر جیبرلیک اسید × ۰۱/۰ میلی‌گرم بر لیتر ایندول بوتیریک اسید) بیش­ترین تأثیر را بر میزان رویش عادی گیاهچه‌ها داشته و بیش­ترین طول ریشه با ۱/۰ میلی‌گرم بر لیتر ایندول بوتیریک اسید و حداکثر ارتفاع ساقه از ترکیب هورمونی BA × GA3 (۲/۰ میلی‌گرم بر لیتر جیبرلیک اسید × ۲ میلی‌گرم بر لیتر بنزیل آدنین) به‌دست آمد. همچنین میزان تاکسان‌ها در اندام هوایی بیش­تر از ریشه بوده و بیش­ترین تاکسان در اندام هوایی ۱۰- دی استیل باکاتین III و در ریشه تاکسول و ۱۰- دی استیل تاکسول بود که حداکثر مقدار آن‌ها در هفته چهلم به‌دست آمد. در کل نتایج این تحقیق حاکی از تأثیر مثبت استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد، زغال فعال و کاهش غلظت نمک‌های محیط کشت بر رشد ریشه و توسعه عادی گیاهچه به‌منظور بهینه‌سازی تکثیر گیاهچه‌های سرخدار در کشت درون­شیشه‌ای بود. همچنین نشان داده شد کشت‌ سلولی حاصل از اندام‌ هوایی نسبت به کشت ریشه‌های مویین گزینه بهتری در جهت تولید تاکسان‌ها در شرایط آزمایشگاهی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Seedling growth optimization and investigation of taxane production in Taxus baccata L. via in vitro culture

نویسندگان [English]

  • Mahsa Bamneshin 1
  • Abdolah Hatamzadeh 2
  • Mohammad Reza Naghavi 3
  • Mohammad Hossin Mirjalili 4
1 Ph.D. Student, Department of Biotechnology, Agricultural and Natural Resources College, Pardis of Guilan University, Guilan, Iran
2 Professor., Department of Horticultural Sciences, Agricultural College, Guilan University, Guilan, Iran
3 Professor., Department of Agronomy and Plant Breeding, Agricultural and Natural Resources College, Tehran University, Tehran, Iran
4 Associate Professor., Department of Agriculture, Medicinal Plant and Drugs Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Yew (Taxus baccata L.) has diterpenoid compounds with anti-cancer effects therefore it is one of the most well-known medicinal plants that is in danger of extinction. In this study, which was conducted at the Research Institute of Medicinal Plants of Shahid Beheshti University, the effect of culture medium (MS, 1/2MS and NN), phenolic absorbents (PVP and activated charcoal) and plant growth regulators (IBA, GA3 and BA) was investigated in a factorial design with three replications, with the aim of improving germination and growth of seedlings in in vitro culture. In the following, taxane production was measured in plantlets that were grown in select medium for ten months. According to our results, NN culture medium due to lower concentration of basal salts had no significant effect on germination percentage but increased root length and normal seedling growth percentage. Also supplementing the media with phenolic absorbent extended root length and shoot height as well as increasing normal seedling growth rate. In using PGRs, the highest normal seedling growth rate, shoot height and root length was obtained respectively from IBA × GA3 (0.2 mg/l gibberellic acid × 0.01 mg/l indole butyric acid), IBA × BA (0.2 mg/l gibberellic acid × 2 mg/l benzyl adenine) and 0.1 mg/l indole butyric acid, while PGRs had no significant differences in germination rate. Also, the amount of taxan in the aerial part was higher than the root and the highest taxan in the aerial part was 10-deacetylbaccatinIII  and in the root were taxol and 10-deacetyltaxol, the maximum of all was achieved at the end of the experiment. Overall, the results indicate the positive effect of activated charcoal, PGRs and reducing culture medium macronutrients on root length, shoot height and the normal growth process of Taxus baccata seedling, in order to increase the yeild of yew propagation under in vitro culture condition. The cell culture obtained from the aerial part is much better than the hairy root cell culture. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Culture medium
  • Taxan
  • Taxol
  • Yew

مراجع

Abbasin, Z., Zamani, S., Movahedi, S., Khaksar, G. and Sayed Tabatabaei, B.E. 2010. In Vitro Micropropagation of Yew (Taxus Baccata) and Production of Plantlets. Biotechnology, 9(1):45-48. (Journal)
Binet, M.N., Lemoine, C., Chambon, C. and Gianinazzi, S .2007. Micropropagation of olive (Olea europaea l) and application of mycorrhiza to improve plantlet establishment. In vitro cellular and development biology-plant, 43: 473-478. (Journal)
Chang, S.H. and Yang, J.C. 1996. Enhancement of plant formation from embryo cultures of Taxus maieri using suitable culture medium and PVP. Academia sinica, 37: 35–40. (Journal)
Chang, S.H., Ho, C.K., Chen, Z.Z. and Tsay, J.Y. 2001. Micropropagation of Taxus mairei from mature trees. Plant cell reports, 20: 496-502. (Journal)
Chee, P.P. 1994. In vitro culture of zygotic embryos of Taxus species. Horticultural science ,29: 695–697. (Journal)
Chee, P.P. 1995a. Organogenesis in Taxus brevifolia Tissue Cultures. Plant cell reports, 14: 560–565. (Journal)
Chee, P.P. 1995b. Stimulation of adventitionus rooting of Taxus species by thiamine. Plant cell reports, 14: 753–757. (Journal)
Chein, C.T., Kuo-Huang L.L. and Lin, T.P. 1997. Changes in Ultrastructure and Abscisic Acid Level, and Response to Applied Gibberellins in Taxus mairei Seeds Treated with Warm and Cold Stratification. Annals of botany, 81: 41-47. (Journal)
Choi, M.S. 2000. In vitro germination and propagation by embryo culture of Taxus cuspidata for the taxol production. Plant biotech, 2: 29-33. (Journal)
Cragg, G.M. and Newman, D.J. 2005. Plants as a source of anti-cancer agents. Ethnopharmacolojy,100:72–79. (Journal)
Datta, M.M. and Jha, S. 2004. Embryo culture of Taxus wallichiana. Plant biotechnology, 6(4): 213- 219. (Journal)
Davarpanah, S.J., Lahouti, M. and Karimian, R. 2014. Micropropagation of common yew using embryo culture. Applied biotechnology reports, 1(2): 77- 80. (Journal)
Flores, T., Wagner, L.J. and Flores, H.E. 1993. Embryo culture and taxane production in Taxus spp. In vitro cellular and development biology-plant, 29: 160– 165. (Journal)
 
Garcia, D., Zamora, R., Hodar, J.A., Jose, Gomez., J.M. and Castro, J. 2000. Yew (Taxus baccata L.) regeneration is facilitated by fleshy-fruited shrubs in mediterranean environments. Biological conservation, 95(1): 31– 38. (Journal)
 
Hu, C.Y., Wang, L. and Wu, B. 1992. In vitro culture of immature Taxus embryos. Horticultural science, 27(6):210-214. (Journal)
ISTA, M. 2003. International Rules for Seed Testing. Working sheets on tetrazolium testing. Seed science and technology, 2:149 pp. (Journal)
ISTA, M. 1999. International Seed Testing Association. International Rules for Seed Testing, seed science and technology, 27:180 pp. (Handbook)
Jiaru, L., Manxi, C.H. Zhenbin., W. and Junjian, W. 1999. Callus initation and subculture of Taxus chinensis. Plant cell reports, 10:11-14. (Journal)
Le Page-Degivry, M.T. 1973. An embryo-culture study of embryo dormancy in Taxus baccata. Biologia plantarum, 15: 264–269. (Journal)
Liao, Z., Gong, Y., Pi, Y., Chen, M. and Tan, Q. 2006. Rapid and efficient in vitro germination of embryos from Taxus media Rehender. Assian journal of plant sciences, 5(1):139-141. (Journal)
Liguo, F., Nan, L., Mill, R.R. and Raven, P.H. 1999. Taxaceae in Zhengyi Flora China. Science press and missouri botanical garden, 14: 89-96. (Journal)
Majda, J.P., Sierra, M.I. and Sanchez-Tames, R. 2000. One step more towards taxane production through enhanced Taxus propagation. Plant cell reports, 19: 825–830. (Journal)
Mysterud, A. and Østbye, E. 2004. Roe Deer (Capreolus capreolus) Browsing pressure affects yew (Taxus baccata) recruitment within nature reserves in Norway. Biological conservation, 120: 545–548. (Journal)
Murashige, T. and Skoog F.A. 1962. Revised medium for rapid growth and bioassays with Tobacco cultures. Physiologia plantarum, 15: 473–497. (Journal)
Nasiri, J., Naghavi, M.R., Alizadeh, H., Moghadam, M.R.F., Mashouf, A. and Nabizadeh, M. 2015a. Modified AHP-based decision-making model toward accurate selection of eligible maintenance media for production of taxanes in Taxus baccata callus culture. Acta physiologia plantarum, 37:1–15. (Journal)
Patil, R.A., Lenka, S.K., Normanly, J., Walker, E.L. and Roberts, S.C. 2014. Methyl jasmonate represses growth and affects cell cycle progression in cultured Taxus cells. Plant cell reports, 33:1479–1492. (Journal)
Song, L.L., Zhang, H.N., Zhao, H.Q., Jiang, Y.L. and Hou, M.F. 2014. In vitro germination and seedling development of Taxus chinensis var. mairei by embryo culture. Agricultural science and technology, 16: 1355-1363. (Journal)
Tafreshi, S.A., Shariati. M., Mofid, M. and Nekui, M.K. 2011. Rapid germination and development of Taxus baccata L. by in vitro embryo culture and hydroponic growth of seedlings. In vitro cellular and developmental biology-plant, 47:561–568. (Journal)
Thomas, P.A. and Polwart, A. 2003. Taxus baccata L. Journal of ecology, 91:489-524. (Journal)
Wang, Y.F., Shi, Q.W., Dong, M., Kiyota, H., Gu, Y.C. and Cong, B. 2011. Natural taxanes: developments since 1828. Chemical reviews, 111:7652–7709. (Journal)
Zarek, M. 2007. A practical method for overcoming the dormancy of Taxus baccata isolated embryos under in vitro conditions. In vitro cellular and developmental biology-plant, 43: 623-630. (Journal)
Zhao, C., Song, G., Fu, C., Dong, Y., Xu, H., Zhang, H. and YuL, J. 2015. A systematic approach to expound the variations in taxane production under different dissolved oxygen conditions in Taxus chinensis cells. Plant cell reports, 29: 1–19. (Journal)
Zhiri, A., Jaziri, M., Homes, J., Vanhaelen, M. and Shimomura, K. 1994. Factors affecting the in vitro rapid germination of Taxus embryos and the evaluation of taxol content in the plantlets. Plant cell tissue organ culture, 39: 261–263. (Journal)
علوم و تحقیقات بذر ایران
دوره 8، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 77-89

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار