Melhoramento vegetal em Lavandula multifida e Lavandula pedunculata: indução de poliploidia e análise morfológica e fisiológica

Abstract

O género Lavandula, pertencente à família Lamiaceae, compreende 39 espécies com características aromático-medicinais, muitas delas de grande interesse económico devido à produção de óleos essenciais. Os desafios atuais no que diz respeito à procura de produtos naturais exigem a criação de métodos eficazes que previnam a contínua colheita de material selvagem. A otimização de técnicas de propagação in vitro e de melhoramento vegetal são essenciais para a exploração do potencial deste género. Neste estudo foi procurado realizar o melhoramento dos protocolos existentes para a indução de tetraploidia e adaptá-los para as duas espécies em estudo, Lavandula pedunculata (Mill.) Cav. e Lavandula multifida L. Sementes das duas espécies foram esterilizadas num protocolo desenvolvido para o efeito e colocadas a germinar in vitro, em meio MS (Murashige & Skoog, 1962), tendo sido testado o efeito de diferentes concentrações de sacarose no meio (1,5% e 3%), na percentagem total de sementes germinadas. A partir das plântulas resultantes da germinação das sementes, segmentos nodais foram cultivados em meio MS, de modo a criar um número suficiente de plantas para os ensaios posteriores. Para a indução de tetraploidia segmentos nodais das duas espécies foram expostos a diferentes concentrações de Colquicina (50 μM, 250 μM, 500 μM) e de Orizalina (10 μM, 25 μM, 50 μM), como suplemento a meio MS na forma líquida. O nível de ploidia das plantas foi avaliado por Citometria de Fluxo e confirmado através da medição das características bidimensionais de complexos estomáticos, fotografados por microscopia eletrónica de varrimento (SEM). As plantas com ploidia de interesse (tetraplóides e mixoplóides), bem como plantas controlo (diplóides), foram enraizadas em meio MS suplementado com 0,2 mg/L de NAA, de modo a passarem para a fase de aclimatação. A única espécie onde foram obtidos tetraplóides foi Lavandula pedunculata, onde foram obtidas 3 plantas tetraplóides bem como 3 plantas mixoplóides, enquanto que em Lavandula multifida foi obtido apenas uma planta mixoplóide. Este trabalho fornece avanços no estudo do estabelecimento destas espécies, desde a fase de germinação, multiplicação in vitro, até à fase de aclimatação, porém as condições de indução de tetraploidia necessitam de ser melhoradas de modo a aumentar o número deindivíduos tetraplóides em Lavandula pedunculata e tentar obter tetraplóides em Lavandula multifida. Em trabalhos posteriores será interessante o estudo de uma maior amplitude de concentrações e tempos de exposição aos agentes c-mitóticos, e porventura utilizar agentes diferentes, e na comparação do rendimento e composição química dos óleos produzidos por plantas tetraplóides comparado com as plantas diplóides.

The genus Lavandula, belonging to the Lamiaceae family, includes 39 species, with aromatic-medicinal characteristics and great economical interest, mainly due to the production of essential oils. The current challenges concerning the search of natural products demand the creation of effective methods that prevent the harvest of wild plants. The optimization of in vitro propagation techniques and of plant improvement are essential to achieve the true potential of this genus. In this study the aim was to improve some pre-existent protocols of tetraploidy induction, and to optimize them to the species in study, Lavandula pedunculata (Mill.) Cav. and Lavandula multifida L. Seeds of the 2 species were sterilized and germinated in vitro on MS medium (Murashige & Skoog, 1962) containing sucrose (1.5% and 3%), and the percentage of germinated seeds evaluated. The nodal segments of the seedlings resultant of the seeds were cultivated in MS medium, to enhance the number of total plants to be used in the ensuing assays. To induce tetraploidy, nodal segments of these 2 species were exposed to different Colchicine (50 μM, 250 μM, 500 μM) and Oryzalin concentrations (10 μM, 25 μM, 50 μM), as a supplement to liquid MS medium. The ploidy level of plants was assessed by flow cytometry and confirmed by analyzing the two-dimensional characteristics of stomatal complexes, photographed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The plants with interesting ploidy levels (tetraploids and mixoploids), as well as control plants (diploids), were rooted in MS medium supplemented with 0.2 mg/L of NAA, to become ready to the acclimation phase. Tetraploidy was only achieved in Lavandula pedunculata, a total of 3 tetraploid plants and 3 mixoploid plants, whereas in Lavandula multifida only 1 mixoploid plant was obtained. This work provides numerous advances in the study of the establishment of these 2 species, starting from the germination phase, to the in vitro propagation, as well to the acclimation phase. However the conditions in which the tetraploidy was induced need to be improved so that a greater number of tetraploids can be achieved in Lavandula pedunculata and to achieve the tetraploid state in Lavandula multifida.In future studies it would be interesting to use a wider range of concentrations and exposing times to the c-mitotic agents, and to try different agents, and to compare the yield and chemical composition of the oils produced by tetraploid and diploid plants.