Influência das trocas gasosas e do enriquecimento com CO 2 na propagação in vitro de fáfia [Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen]

Abstract

O objetivo geral do presente estudo foi verificar a influência das trocas gasosas e do enriquecimento com CO 2 na propagação in vitro de Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen (Amaranthaceae). Neste estudo foram utilizados como explantes segmentos nodais, a partir de culturas-estoque de vitroplantas de fáfia, mantidas sob subcultivos mensais. Foram avaliadas características relacionadas ao crescimento, aspectos anatômicos da folha, pigmentos fotossintéticos, teor de β-ecdisona (20E), atividade da Rubisco, amido, fenóis e açúcares. O primeiro capítulo teve como objetivo avaliar a influência da atmosfera ambiente e enriquecida com CO 2 (360 ou 720 μmol mol -1 de CO 2 ), vedação do recipiente de cultura e presença ou não de sacarose no meio de cultura durante o crescimento e desenvolvimento de explantes nodais de P. glomerata. Todas as características de crescimento das vitroplantas de fáfia aumentaram em condições de elevação de CO 2 . Nessas condições de atmosfera enriquecida com CO 2 foram produzidas vitroplantas de P. glomerata com características desejáveis para produção clonal massal, sendo uma alternativa para o estabelecimento de plantios comerciais que visem uniformidade e objetivem a produção de 20E para suprir a demanda industrial. A menor perda relativa de água das folhas oriundas de vitroplantas cultivadas em meio de cultura com ou sem sacarose e em condição de elevação de CO 2, mostra que um sistema fotoautotrófico ou fotomixotrófico com enriquecimento de CO 2 é atrativo para a aplicação na produção comercial massal de mudas dessa espécie, possivelmente reduzindo as perdas que ocorrem durante a aclimatização ex vitro, devido à desidratação das vitroplantas. O segundo capítulo teve como objetivo comparar a eficiência de novos tipos alternativos de membranas para vedação com as membranas MilliSeal ® , sobre a morfogênese e crescimento in vitro de fáfia. Dentre as membranas testadas, foi possível selecionar uma que mostrou características desejáveis para um sistema de propagação in vitro de plantas em larga escala, pois, aumentou o crescimento das vitroplantas de fáfia e apresenta custo unitário reduzido em comparação com membranas comercializadas atualmente. No terceiro capítulo é relatado o uso de substrato poroso combinado com o enriquecimento da atmosfera com CO 2 . Todas as características de crescimento das vitroplantas cultivadas em condições de elevação de CO 2 e em Florialite ® aumentaram. Em atmosfera enriquecida com CO 2 foram produzidas plantas de P. glomerata com alto acúmulo de biomassa e de 20E e apresentando alterações ultraestruturais. O presente estudo mostra que um sistema fotoautotrófico com enriquecimento de CO 2 pode ser atrativo para a aplicação na produção massal de mudas de fáfia ou ainda, para a produção de biomassa de fáfia com teor elevado de β-ecdisona.

The overall objective of this study was to investigate the influence of gas exchange and CO 2 enrichment on the in vitro propagation of Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen (Amaranthaceae). Nodal segments from Pfaffia vitroplants maintained by monthly subculture were used as explants. Characteristics related to growth, leaf anatomy, photosynthetic pigments, β-ecdysone (20E) content, Rubisco activity, starch, phenols and sugars were evaluated. The objective of the first chapter was to evaluate the influence of the ambient atmosphere and the atmosphere enriched with CO 2 (360 or 720 μmol mol -1 CO 2 ), the closure system of culture vessels and presence or absence of sucrose in the culture medium during growth and development of Pfaffia nodal explants. All growth characteristics of Pfaffia vitroplants increased under high CO 2 . Under conditions of CO 2 -enriched atmosphere, P. glomerata vitroplants were produced with good characteristics for clonal mass production, which is an alternative for the establishment of homogeneous commercial plantations aiming to the production of 20E to meet the industrial demands. The low relative water loss from leaves of vitroplants grown in culture medium with or without sucrose and high CO 2 , shows that a photoautotrophic or photomixotrophic system with CO 2 enrichment is beneficial for mass production of seedlings of this species, possibly reducing losses during acclimatization due to dehydration of vitroplants. The second chapter aimed to compare the effectiveness of new alternative types of membranes for closure with the MilliSeal ® membrane on the growth and morphogenesis in vitro of Pfaffia. Among the membranes tested, the M3 showed the desirable characteristics for a system of large-scale in vitro propagation of plants, because it increased the growth of Pfaffia vitroplants and has reduced unit cost compared with currently marketed membranes. The third chapter reports on results obtained using porous substrates combined with atmosphere CO 2 enrichment. Vitroplants grown under high CO 2 and Florialite ® had all growth characteristics increased. Seedlings of P. glomerata produced in CO 2 -enriched atmosphere had high accumulation of biomass and 20E and showed ultrastructural alterations. The present study shows that a photoautotrophic system with CO 2 enrichment can be beneficial for either mass production of Pfaffia seedlings or the production of Pfaffia biomass with high 20E content.