Miglioramento della produttività in vitro di Artemisia …Miglioramento della produttività in...
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Miglioramento della produttività in vitro di Artemisia annua e A. pontica in assenza di ormoni nel substrato Mariateresa Cardarelli 1 , Alessandra Vitali 2 , Alessandra Trinchera 1 1 Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria, Consiglio per la ricerca in agricoltura e l'analis i dell'economia agraria, Centro di ricerca Agricoltura e Ambiente (CREA AA), Via della Navicella 2-4, 00184 Roma, Italia - [email protected] 2 Dipartimento di Scienze Agrarie e Forestali (DAFNE), Università degli Studi della Tuscia, via S. Camillo de Lellis, snc, 01100 Viterbo, Italia Artemisia pontica Artemisia annua Substrato con BA e NAA Le piante officinali sono da sempre utilizzate per il loro contenuto in metaboliti secondari ad elevata attività biologica e per questo la loro domanda di mercato è in continuo aumento. A fronte di tale richiesta si rende necessario garantire un costante approvvigionamento del materiale vegetale come nel caso di Artemisia annua e Artemisia pontica. Le colture in vitro rappresentano per queste specie un interessante sistema di produzione sia di germogli per la propagazione che di biomassa da destinare all’estrazione di biomolecole. L’obiettivo del presente lavoro è stato quello di valutare la risposta morfologica di germogli di Artemisia annua e Artemisia pontica dopo subcoltura su substrato solido (4,4 g/L MS, 30 g/L saccarosio, 0,7% agar) in presenza e in assenza di regolatori di crescita. I fitoregolatori utilizzati erano BA (2,5 μM) ed NAA (0,57 μM). Al termine della subcoltura sono stati anche misurati metaboliti (polifenoli e flavonoidi) e potere antiossidante dei tessuti vegetali. La superficie fogliare di germogli di A. pontica è stata inoltre osservata mediante microscopio a scansione elettronica in pressione variabile (SEM-VP), al fine di osservare il potenziale effetto del substrato utilizzato sui tricomi ghiandolari di artemisia, quali siti di accumulo dei metaboliti secondari, caratterizzandone la forma, la dimensione e la numerosità. Genotipo Ormoni nel substrato Altezza massima dei germogli (cm) Diametro massimo dei cluster di germogli (cm) N. germogli > 1cm Indice di crescita (IC) A. annua - 6,79 a 2,07 4,73 4,7 BA + NAA 3,35 b 1,97 8,78 1,8 A. pontica - 6,97 a 3,02 3,57 6,0 BA + NAA 2,39 b 2,90 6,66 2,8 Significatività Genotipo (G) ns *** * ns Substrato (S) *** ns *** * G x S * ns ns ns Artemisia annua e A. pontica su substrato in vitro in assenza o in presenza di fitoregolatori (2,5 μM BA e 0,57 μM NAA): valutazione dei parametri di crescita e di moltiplicazione Artemisia annua e A. pontica su substrato in vitro in assenza o in presenza di fitoregolatori (2,5 μM BA e 0,57 μM NAA): quantificazione dei polifenoli, dei flavonoidi e del potere antiossidante (FRAP) Genotipo Ormoni nel substrato Polifenoli totali (mg acido gallico/g pf) Flavonoidi (mg quercetina/g pf) FRAP (mmol FeSO4/g pf) A. annua - 2,61 2,26 25,50 a BA + NAA 1,96 1,90 27,20 a A. pontica - 2,52 1,38 19,87 b BA + NAA 2,11 1,05 13,66 c Significatività Genotipo (G) ns *** ** Substrato (S) ** *** ns G x S ns ns * La produzione di biomassa, misurata come incremento di peso fresco (IC, indice di crescita) e come altezza massima dei germogli, è più elevata su substrato ormone-free A. annua ha evidenziato un più elevato potere antiossidante (FRAP) rispetto ad A. pontica BA e NAA aumentano il numero di germogli idonei alla moltiplicazione (germogli di altezza >1 cm) Substrato ormone- free Substrato ormoni- free Substrato con BA e NAA La quantità di polifenoli totali e di flavonoidi sono superiori in assenza di ormoni nel substrato per entrambi i genotipi A. pontica si è caratterizzata per una dimensione media dei tricomi ghiandolari maggiore in presenza di BA ed NAA ( 55mm) rispetto al controllo ( 48 mm) Nelle condizioni ambientali standard (25°C, fotoperiodo 16:8), i germogli di entrambe le specie hanno evidenziato una buona adattabilità al vitro, senza fenomeni di vitrificazione o necrosi. I fitoregolatori all’interno del substrato sono importanti quando l’obiettivo è la moltiplicazione (Hailu et al., 2013), ma possono essere eliminati (od eventualmente ridotti) nella produzione di biomassa per l’estrazione di metaboliti secondari (Nguyen et al., 2013). Le osservazioni al microscopio a scansione elettronica di foglie di A. pontica, cresciute in presenza di BA e NAA, hanno mostrato un maggior numero di tricomi ghiandolari per unità di superficie fogliare ed un incremento del loro diametro medio rispetto al controllo, anche se tali risultati morfo-anatomici non sono correlabili alla produzione di metaboliti (polifenoli e flavonoidi), che risultano invece più elevati in assenza di ormoni nel substrato (Nguyen et al., 2013). → probabile maggior contenuto di acqua nei tricomi in presenza di ormoni. Il numero medio di tricomi ghiandolari sulla superficie fogliare di A. pontica è più basso in assenza di ormoni nel substrato. Bibliografia L.K.T. Nguyen, M.J. Towler, P.J. Weathers (2013). The effect of roots and media constituents on trichomes and artemisinin production in Artemisia annua. Plant Cell report 32: 207-218. Hailu, T., Abera, B., Mariam, E.G. (2013). In vitro mass propagation of Artemisia (Artemisia annua L.). Plant Tissue Culture and Biotechnology 23 (2): 165-176. Tricomi ghiandolari Tricomi ghiandolari Tricoma ghiandolare (Mag: 1.0 kX) Tricoma ghiandolare (Mag: 1.0 kX)
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Miglioramento della produttività in vitro di
Artemisia annua e A. pontica
in assenza di ormoni nel substrato Mariateresa Cardarelli
1, Alessandra Vitali
2, Alessandra Trinchera
1
1 Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria, Consiglio per la ricerca in agricoltura e l'analisi dell'economia agraria,
Centro di ricerca Agricoltura e Ambiente (CREA AA), Via della Navicella 2-4, 00184 Roma, Italia - [email protected]
2 Dipartimento di Scienze Agrarie e Forestali (DAFNE), Università degli Studi della Tuscia, via S. Camillo de Lellis, snc, 01100 Viterbo, Italia
Artemisia pontica
Artemisia annua
Substrato
con
BA e NAA
Le piante officinali sono da sempre utilizzate per il loro contenuto in metaboliti secondari ad
elevata attività biologica e per questo la loro domanda di mercato è in continuo aumento. A
fronte di tale richiesta si rende necessario garantire un costante approvvigionamento del
materiale vegetale come nel caso di Artemisia annua e Artemisia pontica. Le colture in
vitro rappresentano per queste specie un interessante sistema di produzione sia di germogli
per la propagazione che di biomassa da destinare all’estrazione di biomolecole. L’obiettivo del
presente lavoro è stato quello di valutare la risposta morfologica di germogli di Artemisia
annua e Artemisia pontica dopo subcoltura su substrato solido (4,4 g/L MS, 30 g/L
saccarosio, 0,7% agar) in presenza e in assenza di regolatori di crescita. I fitoregolatori
utilizzati erano BA (2,5 μM) ed NAA (0,57 μM). Al termine della subcoltura sono stati anche
misurati metaboliti (polifenoli e flavonoidi) e potere antiossidante dei tessuti vegetali. La
superficie fogliare di germogli di A. pontica è stata inoltre osservata mediante microscopio a
scansione elettronica in pressione variabile (SEM-VP), al fine di osservare il potenziale effetto
del substrato utilizzato sui tricomi ghiandolari di artemisia, quali siti di accumulo dei
metaboliti secondari, caratterizzandone la forma, la dimensione e la numerosità.
Genotipo Ormoni
nel substrato
Altezza
massima
dei germogli
(cm)
Diametro
massimo dei
cluster di
germogli (cm)
N. germogli
> 1cm
Indice di
crescita
(IC)
A. annua - 6,79 a 2,07 4,73 4,7
BA + NAA 3,35 b 1,97 8,78 1,8
A. pontica - 6,97 a 3,02 3,57 6,0
BA + NAA 2,39 b 2,90 6,66 2,8
Significatività
Genotipo (G) ns *** * ns
Substrato (S) *** ns *** *
G x S * ns ns ns
Artemisia annua e A. pontica su substrato in vitro in assenza o in presenza di fitoregolatori
(2,5 μM BA e 0,57 μM NAA): valutazione dei parametri di crescita e di moltiplicazione
Artemisia annua e A. pontica su substrato in vitro in assenza o in presenza di fitoregolatori
(2,5 μM BA e 0,57 μM NAA): quantificazione dei polifenoli, dei flavonoidi e del potere
antiossidante (FRAP)
Genotipo Ormoni
nel substrato
Polifenoli totali
(mg acido
gallico/g pf)
Flavonoidi
(mg quercetina/g pf)
FRAP
(mmol FeSO4/g pf)
A. annua - 2,61 2,26 25,50 a
BA + NAA 1,96 1,90 27,20 a
A. pontica - 2,52 1,38 19,87 b
BA + NAA 2,11 1,05 13,66 c
Significatività
Genotipo (G) ns *** **
Substrato (S) ** *** ns
G x S ns ns *
La produzione di biomassa,
misurata come incremento di
peso fresco (IC, indice di
crescita) e come altezza
massima dei germogli,
è più elevata su substrato
ormone-free
A. annua
ha evidenziato un più
elevato potere
antiossidante (FRAP)
rispetto
ad A. pontica
BA e NAA
aumentano il
numero di germogli
idonei alla
moltiplicazione
(germogli di altezza
>1 cm)
Substrato
ormone-
free
Substrato
ormoni-
free
Substrato
con BA e
NAA
La quantità di
polifenoli totali
e di flavonoidi
sono superiori in assenza
di ormoni nel
substrato per
entrambi i genotipi
A. pontica si è
caratterizzata per una
dimensione media dei
tricomi ghiandolari
maggiore in presenza di
BA ed NAA
( 55mm) rispetto
al controllo
( 48 mm)
Nelle condizioni ambientali standard (25°C,
fotoperiodo 16:8), i germogli di entrambe le specie
hanno evidenziato una buona adattabilità al
vitro, senza fenomeni di vitrificazione o necrosi.
I fitoregolatori all’interno del substrato sono
importanti quando l’obiettivo è la moltiplicazione
(Hailu et al., 2013), ma possono essere eliminati
(od eventualmente ridotti) nella produzione di
biomassa per l’estrazione di metaboliti secondari
(Nguyen et al., 2013).
Le osservazioni al microscopio a scansione
elettronica di foglie di A. pontica, cresciute in
presenza di BA e NAA, hanno mostrato un
maggior numero di tricomi ghiandolari per unità
di superficie fogliare ed un incremento del loro
diametro medio rispetto al controllo, anche se tali
risultati morfo-anatomici non sono correlabili
alla produzione di metaboliti (polifenoli e
flavonoidi), che risultano invece più elevati in
assenza di ormoni nel substrato (Nguyen et al.,
2013). → probabile maggior contenuto di acqua
nei tricomi in presenza di ormoni.
Il numero medio di
tricomi ghiandolari sulla
superficie fogliare di A.
pontica è più basso in
assenza di ormoni nel
substrato.
Bibliografia L.K.T. Nguyen, M.J. Towler, P.J. Weathers (2013). The effect of roots and media constituents on trichomes and artemisinin
production in Artemisia annua. Plant Cell report 32: 207-218.
Hailu, T., Abera, B., Mariam, E.G. (2013). In vitro mass propagation of Artemisia (Artemisia annua L.). Plant Tissue
Culture and Biotechnology 23 (2): 165-176.
Tricomi ghiandolari
Tricomi ghiandolari
Tricoma ghiandolare
(Mag: 1.0 kX)
Tricoma ghiandolare
(Mag: 1.0 kX)
