CULTIVO FOTOAUTOTRÓFICO E FOTOMIXOTRÓFICO DE PLANTAS IN VITRO: UMA REVISÃO SISTEMÁTICA SOBRE O USO DA TÉCNICA E SUAS IMPLICAÇÕES NA PRODUÇÃO DE MUDAS DE ESPÉCIES ARBÓREAS
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https://doi.org/10.54038/ms.v3i3.42Palavras-chave:
Cultivo in vitro. Sacarose. LEDs. Trocas gasosas. Aclimatação.Resumo
No cultivo in vitro convencional os recipientes utilizados favorecem e caracterizam um ambiente interno de alta umidade, baixa concentração de CO2 e acúmulo de etileno. Essas características podem alterar os aspectos os morfoanatômicos, bioquímicos e fisiológicos dos propágulos cultivados, podendo resultar em células com cutículas finas, estômatos não funcionais e sistema fotossintético pouco desenvolvido, comprometendo a produção das mudas, gerando perdas, especialmente durante a aclimatização. Ademais, esse tipo de cultivo é responsável pelos altos custos provenientes das técnicas de produção de mudas in vitro. Considerando uma das técnicas utilizadas no cultivo in vitro de plantas, o fotoautotrofismo, é uma tecnologia bastante promissora, o que tem despertado o interesse de muitos grupos de pesquisa, pois permite trocas gasosas entre o ambiente externo e o microambiente in vitro, sendo desejável sua aplicação para o maior número de espécies possíveis. Esta revisão faz um resgate dos conhecimentos científicos que embasam os fundamentos da técnica, trazendo um compilado de trabalhos que obtiveram sucesso com o uso da técnica na produção de mudas de espécies arbóreas. Foram selecionadas publicações de acordo com a ordem de relevância sobre o uso da técnica do fotoautotrofismo. As informações compiladas nesta revisão auxiliam no desenvolvimento de novas pesquisas no âmbito do cultivo in vitro de plantas, trazendo importantes reflexões sobre o uso dessa técnica na produção de mudas de espécies arbóreas em larga escala considerando as particularidades de diferentes espécies.
Referências
DE Paula Alves J, Pinheiro MVM, Corrêa TR, Alves GL, Marinho TRS, Batista DS et al. Morfofisiologia de Ananas comosus durante o crescimento fotomixotrófico in vitro e aclimatação ex vitro. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant 2022. 1-15.
Kozai T. Photoautotrophic micropropagation - environmental control for promoting photosynthesis. Propagation of Ornamental Plants, 2010. 10: 188–204.
Kozai T. Micropropagation under photoautotrophic conditions. In: Debergh PC, Zimmerman TH organizadores. Micropropagtion tecnology and application. Kluwer Academic Publishers, 1991. p. 447–469. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-009-2075-0_26
Evans JR. Mesophyll conductance: walls, membranes and spatial complexity. New Phytologist 2020. 229: 1864 –1876. DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16968
Winter K, Garcia M, Holtum JAM. Canopy CO2 exchange of two neotropical tree species exhibiting constitutive and facultative CAM photosynthesis, Clusia rosea and Clusia cylindrica. Journal of Experimental Botany 2009. 60 (11): 3167–3177. DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erp149
Zhou J, Guo F, Qi C, Fu J, Xiao Y, Wu J. Optimizing Photoautotrophic Micropropagation Conditions for Ginger. Research Square 2022. p. 1-12. DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-911031/v2
Santana JRF, Paiva R, Resende RKS, Castro EM, Pereira FD, Oliveira LM. Estímulo do comportamento fotoautotrófico durante o enraizamento in vitro de Annona glabra L., II. Aspectos da anatomia da folha antes da aclimatização. Ciência e Agrotecnologia 2008. 32 (2): 640-644. DOI: https://doi.org/10.1590/S1413-70542008000200046
Erig AC, Schuch MW. Micropropagação fotoautotrófica e uso da luz natural. Ciência Rural 2005. 35 (4): 961-965. DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-84782005000400039
Martins JPR, Pasqual M, Martins AD, Ribeira SF. Effects of salts and sucrose concentrations on in vitro propagation of Billbergia zebrina (Herbert) Lindley (Bromeliaceae). Australian Journal of Crop Science 2015. 9: 85-91.
Souza LM, Barbosa MR, Zarate-Salazar JR, Lozano-Isla F, Camara TR. Use of meta-Topolin, an unconventional cytokinin in the in vitro multiplication of Opuntia stricta Haw. Biotecnología Vegetal 2019. 19: 85-96.
Santos GC, Cardoso FP, Martins AD, Pasqua M, Ossani PC, Queiroz RJM et al. Effect of light and sucrose on photoautotrophic and photomixotrophic micropropagation of Physalis angulata. Biosci. J. 2020. 36 (4): 1353-1367. DOI: https://doi.org/10.14393/BJ-v36n4a2020-47738
Silva KB, Reiniger LRS, Rabaiolli SMS, Ziegler ACF, Stefanel CM. Efeito de diferentes períodos de cultivo na micropropagação de brotações de Luehea divaricata. Pesquisa Florestal Brasileira 2021. 41(e201901921): 1-6. DOI: https://doi.org/10.4336/2021.pfb.41e201901921
Ashrafzadeh S, Leung DWM. Photoautotrophic micropropagation system (PAM): A novel approach deserving increased uptake for commercial plant production. Vegetos 2021. 34 (1): 13-18. DOI: https://doi.org/10.1007/s42535-020-00182-x
Martins JPR, Verdoodt V, Pasqual M, DE Proft M. Impacts of photoautotrophic and photomixotrophic conditions on in vitro propagated Billbergia zebrina (Bromeliaceae). Plant Cell, Tissue and Organ Culture 2015. 123: 121–132. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-015-0820-5
Chandran H, Meena M, Barupal T, Sharma K. Plant tissue culture as a perpetual source for production of industrially important bioactive compounds. Biotechnology Reports 2020. 26 (450): p. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.btre.2020.e00450
Taiz L, Zeiger E, Møller IM, Murphy A. Fisiologia e desenvolvimento vegetal. 6 ed. Porto Alegre: ARTMED, 2017. 857 p.
Abdelhakim LOA, Zhou R, Ottosen C. Physiological Responses of Plants to Combined Drought and Heat under Elevated CO2. Agronomy 2022. 12 (2526): 1-12. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy12102526
Duyen NTP, Van TT, Minh NLT, Quynh NT. Effects of micro-environmental factors on the photoautotrophic growth of Hibiscus sagittifolius. Tap Chi Sinh Hoc 2017. 39 (4): 496-506. DOI: https://doi.org/10.15625/0866-7160/v39n4.11030
Carvalho MJS, Souza AS, Santos EB, Soares-filho WS, Ledo CAS, Costa EMR, Souza FVD. In vitro conservation of ‘Florida Rough’ lemon plants. Ciência Rural 2022. 52 (12): 1-9. DOI: https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20210276
Silveira AAC, Lopes FJF, Sibov ST. Micropropagation of Bambusa oldhamii Munro in heterotrophic, mixotrophic and photomixotrophic systems. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 2020. 141: 315-326. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-020-01788-4
Yen H, Liou S, Hsieh Y. Tissue culture of Anaoectochilus Formonasus Hayata by combining fluorescent lamp R-LEDs as light source. 2011, Conference on Industrial Electronics and Applications. 312-315. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIEA.2011.5975600
Miranda NA, Xavier A, Otoni WC, Gallo R, Gatti KC, Moura, LC et al. Quality and intensity of light in the in vitro development of microstumps of Eucalyptus urophylla in a photoautotrophic system. Forest Science 2020. 66 (6): 754–760. DOI: https://doi.org/10.1093/forsci/fxaa027
Krisantini NMAW. Photoautotrophic system: A review and potential applications in plant micro propagation. Journal of Tropical Crop Science 2018. 5 (2): 73-77. DOI: https://doi.org/10.29244/jtcs.5.2.73-78
Silva AB, Pasqual M, Castro EM, Miyata LY, Melo LA, Braga FT. Luz natural na micropropagação do abacaxizeiro. Interciencia 2008, 33 (11): 839-843.
Xiao Y, Niu G, Kozai T. Development and application of photoautotrophic micropropagation plant system. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 2011. 105:149-158. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-010-9863-9
Lembrechts AR, Ceustersb N, Profta MP, Ceustersb J. Sugar and starch dynamics in the medium-root-leaf system indicate possibilities to optimize plant tissue culture. Scientia Horticulturae 2017. 224: 226–23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.06.015
Nguyen QT, Kozai T. Photoautotrophic micropropagation of woody species. In: Kozai T, Afreen F, Zobayed SMA, organizadores. Photoautotrophic (sugar-free medium) micropropagation as a new propagation and transplant production system. Dodrecht: SPRINGER, 2005. 316p. DOI: https://doi.org/10.1007/1-4020-3126-2
Souza LM, Barbosa M. R, Souza RA, Nascimento TMMP, Houllou LM. Morphoanatomical and biochemical responses of Myracrodruon urundeuva under photomyxotrophic culture, a native species with priority for local conservation. International Journal of Botany Studies 2020. 5 (3): 387-397.
Arencibia AD, Gómez A, Poblete MA, Orellana F, Alarcón JE, Cortez N, Valenzuela MA. Establishment of photomixotrophic cultures for high-scale micropropagation by temporary immersion bioreactors (TIBs) in plant commercial species. Acta Horticulturae 2018. 1224: 203–208. DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2018.1224.27
Gago D, Bernal MÁ, Sánchez C, Aldrey A, Cuenca B, Christie CB, Vidal N. Effect of sucrose on growth and stress status of Castanea sativa x C. crenata shoots cultured in liquid medium. Plants 2022. 11 (965): 1-18. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11070965
Shin KS, Murthy HN, Heo JW, Hahn EJ, Paek KY. The effect of light quality on the growth and development of in vitro cultured Doritaenopsis plants. Acta Physiol Plant 2008. 30: 339–343. DOI: https://doi.org/10.1007/s11738-007-0128-0
Macedo AF, Costa MVL, Tavares ES, Lage CLS, Esquibel MA. The effect of light quality on leaf production and development of in vitro-cultured plants of Alternanthera brasiliana Kuntze. Environmental and Experimental Botany 2011. 70: 43–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2010.05.012
Souza LM, Barbosa MR, Souza RA, Bussmeyer EC, Houllou LM. Influência da sacarose no crescimento e no perfil de pigmentos fotossintéticos em duas espécies arbóreas cultivadas in vitro. Brazilian Journal of Development 2020. 6 (1): 1916-1926. DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv6n1-135
Silva TD, Chagas K, Batista DS, Felipe SHS, Louback E, Machado LT et al. Morphophysiological in vitro performance of Brazilian Ginseng (Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen) based on culture medium formulations. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant 2019. 55 (4): 454-467. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-019-10003-9
Hazarika BN. Morpho-phisiological disorders in in vitro culture of plants. Scientia Horticulturae 2006. 108:105-120. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2006.01.038
Oliveira LS, Dias PC, Brondani GE. Micropropagação de espécies florestais brasileiras. Pesquisa florestal brasileira 2013. 33 (76): 439-453. DOI: https://doi.org/10.4336/2013.pfb.33.76.481
Souza LM, Barbosa MR, Palhares Neto L, Ulisses C. Produção de mudas de Myracrodruon urundeuva Allemão via micropropagação: uma alternativa para conservação da espécie. In: Sousa CM, Costa CJS, Silva EH, Lima RA, organizadores. Produção científica e alternativas para o Meio Ambiente: Diálogos. 21 ed. Campina Grande: REALIZE, 2020. p. 49-65.
DE Deus DA, Zaú AS, Muniz GIB, Nisgoski S, Abreu HS, Gama DC. Lignina: uma importante tecnologia química da madeira. e-Acadêmica 2022. 3 (3): e7233391. DOI: https://doi.org/10.52076/eacad-v3i3.391
Oliveira NP, Ribeiro SAP, Souza MM. Controle de contaminação e oxidação no cultivo in vitro de oliveira (Olea europaea L.) cv. “Koroneiki”. Research. Society and Development 2021. 10 (5): e30710514929. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v10i5.14929
Nunes NSP, Ansilago M, Carvalho EM. Uso da micropropagação para prospecção de espécies endêmicas do Cerrado. In: Silva CDD, santos DB. A Estruturação e reconhecimento das ciências biológicas na contemporaneidade. Ponta Grossa - PR: ATENA, 2021. p. 17-38. DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.5852106043
Vasconcelos AGV, Tomas LF, Camara TR, Willadino L. Hiperidricidade: uma desordem metabólica. Ciência Rural 2012. 42 (5): 837-844. DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-84782012000500013
Ševčíková H, Lhotáková Z, Hamet J, Lipavská H. Mixotrophic in vitro cultivations: the way to go astray in plant physiology. Physiologia Plantarum 2018.167: 365-377. DOI: https://doi.org/10.1111/ppl.12893
Cardoso MN, Araujo AG, Silva AVC, Oliveira LAR, Lédo AS. Influência de luz e sacarose no crescimento in vitro de mandioca. Nucleus 2018. 15 (1): 85-92. DOI: https://doi.org/10.3738/1982.2278.2710
Ribeiro JM, Bastos DC. Biorreatores: aspectos gerais e sua utilização para cultura de tecidos vegetais. Documentos, 2008. Petrolina: EMBRAPA SEMIÁRIDO INFOTECA-E, 26 p.
García-ramírez Y, Temporary immersion system for in vitro propagation via organogenesis of forest plant species. Tree 2023. 291: 1-16.
Mcalister B, Finnie J, Watt MP, Blakeway F. Use of the temporary immersion bioreactor system (RITA®) for production of commercial Eucalyptus clones in Mondi Forests (SA). Plant Cell, Tissue and Organ Culture 2005. 81 (3): 347–358. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-004-6658-x
Quiala E, Cañal MJ, Meijón M, Rodríguez R, Chávez M, Valledor L et al. Morphological and physiological responses of proliferating shoots of teak to temporary immersion and BA treatments. Plant Cell Tissue Organ Culture 2012. 109: 223–234. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-011-0088-3
Murch SJ, Liu C, Romero RM, Saxena PK. In vitro culture and temporary immersion bioreactor production of Crescentia cujete. Plant Cell Tissue Organ Culture 2004. 78: 63–68. DOI: https://doi.org/10.1023/B:TICU.0000020397.01895.3e
Aguilar ME, Garita K, Kim YW, Kim J, Moon HK. Simple protocol for the micropropagation of Teak (Tectona grandis Linn.) in semi-solid and liquid media in RITA® bioreactors and ex vitro rooting. American Journal of Plant Sciences 2019. 10: 1121-1141. DOI: https://doi.org/10.4236/ajps.2019.107081
Gago D, Vilavert S, Bernal MÁ, Sánchez C, Aldrey A, Vidal N. The Effect of sucrose supplementation on the micropropagation of Salix viminalis L. shoots in semisolid medium and temporary immersion bioreactors. Forests 2021. 12 (1408): 1-15. DOI: https://doi.org/10.3390/f12101408
Oliveira ML, Xavier A, Penchel RM, Santos AF. Multiplicação in vitro de Eucalyptus grandis x E. urophylla cultivado em meio semissólido e em biorreator de imersão temporária. Scientia Forestalis 2011. 39 (91): 309-315.
Godoy S, Tapia E, Seit P, Andrade D, Sánchez E, Andrade P et al. Temporary immersion systems for the mass propagation of sweet cherry cultivars and cherry rootstocks: development of a micropropagation procedure and effect of culture conditions on plant quality. In Vitro Cellular & Developmental Biology Plant 2017. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-017-9856-z
Barbosa MR, Souza LM, Souza RA, Houllou LM. Aspectos do estabelecimento in vitro de Handroanthus chrysotrichus (Bignoniaceae) para a produção de mudas. Brazilian Journal of Development 2020. 6: 2830-2840. DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv6n1-202
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Accepted 2023-07-04
Published 2023-08-01