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Rooting and acclimatization of populus hybrids under photoautotrophic conditions
Edith Trautenberger
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Diplomstudium Pharmazie
Betreuer*in
Christoph Wawrosch
DOI
10.25365/thesis.57084
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17278.13292.560374-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der photoautotrophen in vitro-Kultivierung der Pappel-Hybride Typ 741 [Populus alba x (P. davidiana + P. si-monii) x P. tomentosa].
Das Ziel der Studie war zu ermitteln, wie sich in vitro Kulturen der Pappel an bestimmte Kulturbedingungen adaptieren. Diese wurden durch eine Kombination der drei Parameter Lichtintensität (40, 100, 200 μM·m−2·s−1 PPF), Saccharose-Konzentration (0-3 %) und CO2-Konzentration (0 % oder 5 %) geschaffen. Unter anderem wurden der konventionelle (40 μM·m−2·s−1 PPF, 3% Saccharose, 0% CO2) und der photoautotrophe Ansatz (200 μM·m−2·s−1 PPF, 0% Saccharose, 5% CO2) untersucht. Der Einfluss jeder dieser Kombinationen (Be-handlungen) auf Wurzel- und Sprossbildung und -Entwicklung wurden eruiert. Dazu wurden die Länge, die Anzahl und die Bildungsrate (%) der Wurzeln als auch die anfängliche sowie die durchschnittliche Sprosslänge und die Sprossbildungsrate (%) evaluiert. Anschließend wurde die Pflanzenentwicklung über die auf das Experiment folgenden zehn Wochen beobachtet.
Alle Lichtintensitäten zeigten einen signifikanten Einfluss auf die erhobenen Parameter. Die höchste Lichtintensität von 200 μM·m−2·s−1 PPF führte zu längeren Wurzeln, jedoch insgesamt mit einer verminderten Anzahl an Wurzeln pro Explantat. Die Lichtintensitäten von 40 and 100 μM·m−2·s−1 PPF wiederum resultierten in längeren anfänglich gebildeten Sprossen und durchschnittlicher Sprosslänge. Bei einer Lichtintensität von 100 μM·m−2·s−1 PPF scheint der Effekt auf die durchschnittliche Sprosslänge stärker gewesen zu sein.
Die Konzentration von 0% Saccharose führte zu einer kürzeren Wurzellänge ohne Einfluss auf die Anzahl der Wurzeln. 0% und 1% Saccharose erhöhten die anfänglich gebildete sowie die durchschnittliche Sprosslänge. Der Einfluss auf die anfänglich gebildete Sprosslänge durch 1% Saccharose war stärker als jener durch 0%. 0% CO2 hatte auch einen positiven Einfluss auf beide Typen von Sprosslängen (die anfänglich gebildete und die durchschnittliche Sprosslänge), wohingegen keine Auswirkungen auf das Wurzelsystem zu beobachten waren. Generell wurde die Wurzel- und Sprossbildung von keinem der Kulturparameter beeinflusst.
Die Pflanzenentwicklung betreffend zeigte eine einfaktorielle Analyse ein signifikant höheres Pflanzenwachstum in der Woche 10, wenn die Pflanzen bei einer Lichtintensität von 40 μM·m−2·s−1 PPF als auch 100 μM·m−2·s−1 PPF kultiviert worden waren. Keiner der anderen Parameter (Saccharose und CO2 Kon-zentration) zeigte einzeln betrachtet einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung der Explantate. Eine Kombination mit 3% Saccharose führte zu den längsten Sprossen in der 10. Woche innerhalb der Gruppe, welche bei der Lichtintensität von 40 μM·m−2·s−1 PPF und 0% CO2 kultiviert worden war. In der Gruppe, die der Lichtintensität von 200 μM·m−2·s−1 PPF und 0% CO2 ausgesetzt wurde, regenerierten die Explantate, die auf Medien mit 0% oder 1% Saccharose kultiviert worden, die längsten Sprosse. Zwischen den anderen Behandlungskombinationen war kein signifikanter Effekt festzustellen. Daraus kann geschlossen werden, dass niedrige Zuckerkonzentrationen, die bei der photoautotrophen Methode verwendet werden, auf die Wurzel und Sprossentwicklung einen Einfluss haben. Jedoch beeinflussten niedrige CO2-Konzentrationen nur die Sprosslänge positiv. Photoautotrophe Bedingungen scheinen die Pflanzenentwicklung (Sprosslängenelongation im Zeitverlauf) zu fördern. Deshalb könnte der photoautotrophe Ansatz eine zuverlässige Methode für eine verbesserte Pflanzenentwicklung der Pappelhybride 741 sein. Abhängig davon, welcher Teil der Pflanze von Interesse ist, brachten bestimmte Kombinationen von Parametern bessere Ergebnisse als andere. In weiterführenden Untersuchungen könnte der Einfluss der Kulturparameter auf die Ethylenkonzentration eruiert werden. Nachdem höhere Ethylenkonzentrationen die Pflanzenentwicklung und die Bewurzelung beeinflussen und zu mor-phologischen und physiologischen Anomalien führen könnten, wäre es von Interesse, die Konzentration des Ethylen im Gasraum zu messen. Das Substrat stellt für das in vitro-Mikroklima und folgend für die Entwicklung der Wurzel einen wichtigen Parameter dar. Deshalb wären Untersuchungen zu einem Trägermaterial mit einer hohen Luftdurchlässigkeit von Interesse. Durch die Verwendung eines solchen Trägermaterials statt eines Gelbildners könnte die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb des Kulturgefäßes gesenkt werden. In unse-ren Versuchen wurde eine natürliche Belüftung verwendet, um die Luftzirkulation zu erhöhen. Jedoch könnte eine forcierte Belüftung sogar noch vorteil-hafter sein, um die gewünschten Konzentrationen an CO2 und/oder Ethylen zu erreichen. In diesem Fall müsste diese jedoch mit größeren Kulturgefäßen kombiniert werden. Dadurch wären die Gaskonzentrationen im Gefäß besser berechenbar und steuerbar. Abschließend lässt sich sagen, dass die photoautotrophe in vitro-Kultivierung eine geeignete Methode zur Vermehrung der Pappelhybride 741 zu sein scheint.
Abstract
(Englisch)
The present thesis dealt with the photoautotrophic in vitro micropropagation of the poplar hybrid 741 [Populus alba x (P. davidiana + P. simonii) x P. tomen-tosa]. The purpose of the study was to investigate how poplar in vitro cultures adapt to certain environmental conditions. These were created by factorial combination of three parameters: light intensity (40,100, or 200 μM·m−2·s−1 PPF), sucrose concentration (0-3%) and CO2 concentration (0% or 5%). The conventional (40 μM·m−2·s−1 PPF, 3% sucrose, 0% CO2) and photoautotrophic approach (200 μM·m−2·s−1 PPF, 0% sucrose, 5% CO2) were tested, among others. The impact of each of these combinations (treatments) on root and shoot formation as well as their development was investigated. To that end, length, number and formation (%) of roots as well as initially formed length, average length and formation (%) of shoots were evaluated. Subsequently, plant development was monitored over the next ten weeks following the experiment.
Regarding the results, all light intensities had a significant impact on the observed growth parameters. The highest light intensity of 200 μM·m−2·s−1 PPF led to the formation of longer roots but with a lower number of roots per explant overall. However, the light intensities of 40 and 100 μM·m−2·s−1 PPF led to longer initially formed shoots and average shoots. With a light intensity of 100 μM·m−2·s−1 PPF the effect on average shoot length seemed to be even stronger.
Lack of sucrose (0%) led to a shorter root length without an impact on the number of roots. 0% and 1% sucrose increased the initially formed shoot length and average shoot length. The impact of 1% sucrose on initially formed shoot length was even stronger than 0%.
0% CO2 also had a positive impact on both shoot length types (initially formed and average shoot length), whereas no effect on the root system could be observed. In general, the formation of roots and shoots has not been affected by any parameter.
In terms of plant development, a single factor analysis showed significant higher plant growth in week 10 when the cultures were kept at a light intensity of 40 μM·m−2·s−1 PPF or 100 μM·m−2·s−1 PPF. Each of the other parameters, sucrose and CO2 concentrations, observed on their own, did not seem to have any significant effect on the plant development. A combination of 3% sucrose led to the highest grown plants in week 10 within the group that was treated with a light intensity of 40 μM·m−2·s−1 PPF and 0% CO2. Within the group of 200 μM·m−2·s−1 PPF light intensity and 0% CO2 explants treated with 0% or 1% sucrose were the tallest in their growth. No significant effect could be detected between the other treatment combinations. It can therefore be concluded that lower sugar concentrations, as used in the photoautotrophic method, seemed to have an impact on root and shoot development. However, lower CO2 levels only affected shoot lengths positively. Photoautotrophic conditions seemed to promote plant development (shoot length elongation over time). Therefore, the photoautotrophic approach could be a reliable method for improved plant development of poplar hybrid 741. Depending on which part of the plant is of interest, certain combinations of parameters brought better results than others. For this experiment in general the photoautotrophic approach was a solution to improve outcomes in certain cases but did not lead to better outcomes overall. Further research could be conducted to investigate the impact of each treatment on ethylene concentrations. Since higher ethylene concentrations affect plant development and rooting, and might lead to aberration of morphology and physiology, it might be of interest to measure the concentration of ethylene gas in the headspace. The substrate represents an important part of in vitro microclimate and subsequently for root development. Therefore, the use of supporting material with high air porosity might be of further research interest. By using such a supporting material instead of a gelling agent, relative humidity inside the jar could be decreased. Natural ventilation was used in this experiment to increase the air flow. However, forced ventilation might be even more beneficial to reach the desired conditions. In that case it ought to be combined with large culture jars. In this way concentrations of CO2 and/or ethylene inside the jar would be more predictable and controllable. In conclusion, using a photoauto-trophic micropropagation system seems to be an appropriate method to propagate poplar hybrid 741.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Photoautotrophic conditions Rooting Acclimatization Populus Hybrids
Schlagwörter
(Deutsch)
Photoautotrophe Bedingungen Bewurzelung Akklimatisierung Pappel-Hybride
Autor*innen
Edith Trautenberger
Haupttitel (Englisch)
Rooting and acclimatization of populus hybrids under photoautotrophic conditions
Paralleltitel (Deutsch)
Bewurzelung und Akklimatisierung einer Pappel-Hybride unter photoautotrophen Bedingungen
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
83 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Wawrosch
AC Nummer
AC15372914
Utheses ID
50407
Studienkennzahl
UA | 449 | | |