Novas abordagens na micropropagação de Arracacia xanthorrhiza Bancr. ("mandioquinha-salsa")

Abstract

A mandioquinha-salsa (Arracacia xanthorrhiza Bancr.) é uma raiz tuberosa de grande valor nutricional e cultural, sendo uma importante fonte de renda para agricultores familiares em áreas úmidas de altitude ao longo das Américas do Sul e Central. Apesar disso, conta com poucos investimentos no aprimoramento de tecnologias propagativas. A dissertação a seguir é uma abordagem de ciências aplicadas com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento de um protocolo de micropropagação para subsidiar as áreas de pesquisa e a produção de mudas de alto valor genético e qualidade sanitária em larga escala. Na seção introdutória, um cenário geral da importância da espécie e as consequências de seus sistemas de propagação in vivo são descritas e, na seção 2, é feita uma revisão geral da literatura produzida sobre a micropropagação de A. xanthorrhiza. O capítulo I é dedicado às soluções biotecnológicas para a contaminação bacteriana no estabelecimento in vitro e a rápida senescência, juntamente a testes com citocininas. Antibióticos de amplo espectro foram testados na introdução in vitro, nitrato de prata (0, 5, 15 e 45 µM) foi suplementado ao meio de cultura e morfogênese foi avaliada sub o cultivo de diferentes citocininas (BAP, KIN e mT) nas dosagens de 0, 1, 3 e 9 µM. A suplementação de ampicilina a 100 mg L-1 permitiu o estabelecimento asséptico de 70% das culturas. O AgNO3 a 26 µM promove emissão de brotos e folhas e diminui o desfolhamento das plantas, potencializando a multiplicação e permitindo maior plasticidade no intervalo de subcultivo. O uso de mT a 1 µM saturou a relação de dose-resposta das plantas na emissão de folhas e brotos (3,5 brotos e 7,2 folhas por planta), apresentando três vezes mais atividade biológica e menores efeitos de inibição sobre o enraizamento que a BAP. No capítulo II foi investigado o comportamento morfogenético de plantas de A. xanthorrhiza cultivadas em sistemas de troca gasosa passiva (GE) e biorreatores de imersão temporária (TI) de forma comparativa aos ambientes convencionais in agar e herméticos. O desenvolvimento das plantas foi avaliado sob diferentes intensidades de GE (0, 9,87, 13,09, 15,58 e 81,35 GE/dia) e foram comparados meio semissólido e líquido sobre substrato de vermiculita, com e sem GE, assim como em TI RITA® e TI com frascos duplos. A densidade, morfologia e comportamento de estômatos foram observadas por diafanização e microscopia eletrônica de varredura. As plantas GE e TI não apresentaram diferenças significativas dos ambientes de cultura semissólidos e herméticos para emissões de brotações e folhas. A fase de enraizamento e aclimatização ocorreu na presença de vermiculita e a hiperidricidade foi observada apenas nas plantas oriundas de TI (8,33%), que apresentaram massa significativamente maior por planta, mas com o teor de massa seca igual a todos os tratamentos, concluindo-se que GE e TI não promoveram comportamento autotrófico. No entanto, GE e TI permitiram uma maior frequência de estômatos funcionais e com morfologia normal, quando comparados aqueles observados em condições herméticas de cultivo. Por fim, as conclusões de maior relevância as e perspectivas de investigação são descritas na seção 5.

Abstract: The arracacha (Arracacia xanthorrhiza Bancr.) is a tuberous root of great nutritional and cultural value and represents an important source of income for family farmers in humid highlands along the South and Central Americas. Nevertheless, this crop still receives few investments to enhance its propagative technologies. Therefore, the following thesis is an applied sciences approach aiming to contribute to the efforts towards a high-yield micropropagation protocol, focusing on solutions for the mainly observed problems in the tissue culture of the specie. In the introductory section, a general scenario of the specie importance and the consequences of its in vivo propagation systems were outlined, following to a general review of the literature produced over A. xanthorrhiza micropropagation, in the section 2. The chapter I is dedicated to technological solutions for severe bacterial contamination on in vitro establishment and rapid senescence, along with tests over alternative cytokinins. Wide spectrum antibiotics were tested at in vitro introduction, silver nitrate (0, 5, 15 and 45 µM) was supplemented to the culture medium to restrain the action of growth inhibitors and the effects over plants morphogenesis of three aromatic cytokinins (BAP, KIN and mT) in different dosages (0, 1, 3 and 9 µM) were evaluated. The ampicillin supplementation at 100 mg L-1 dosage allowed 70% of aseptic established cultures. The AgNO3 at the dosage of 26 µM promotes new sprouts and shoots along with a decrease of the plants? defoliation, enhancing the multiplication factors and allowing more plasticity in the period to subcultive the plants. The use of mT at 1 µM saturated the dose-response pattern of the plants for sprouts and shoot emissions (3.5 sprouts and 7.2 leaves per plant), showing 3 times more biological activity and lower inhibition effects over rooting than the commonly used BAP. In the chapter II are presented the investigations over the morphogenetic behavior of A. xanthorrhiza plants cultivated under passive gas exchange (GE) and temporary immersion bioreactors systems (TI) in a comparative way to the classic in agar and hermetic propagation environments. Plants development was evaluated under different GE intensities (0, 9.87, 13.09, 15.58 and 81.35 GE/day) and comparisons were performed between semisolid and liquid medium over vermiculite substrate, both with and without GE, as so as in TI RITA® and TI with twin flasks. The stomata densities, morphology and behavior were also observed though diaphanization and electron scanning microscopy. The GE and TI plants had no significant differences to semisolid and hermetic culture environments for sprouts and shoots emissions. Rooting was only induced under vermiculite presence and hyperhydricity occurred only on TI plants (8.33%), which had significant higher mass per plant, but the dry mass content was statistically equal in all treatments, indicating that GE and TI did not promote an autotrophic behavior. Nonetheless, GE and TI led to a higher frequency of normal morphology and functional stomata, than those observed in hermetic culture conditions, that had predominance of opened, elevated and circular shape stomata. Finally, the remarkable conclusions and investigations perspectives are described on the section 5.