Propagação in vitro de Colletia paradoxa (Rhamnaceae) sob exposição a diodos emissores de luz

Abstract

Resumo: Colletia paradoxa (Spreng.) Escal. (Rhamnaceae) é uma espécie endêmica do sul do Brasil ameaçada de extinção. Diante disto, a micropropagação se apresenta como uma alternativa viável para a produção em larga escala de mudas dessa planta. A utilização de diodos emissores de luz (LEDs) nas salas de cultivo in vitro têm demonstrado eficácia na regeneração de brotos, devido à capacidade de fornecer comprimentos de onda específicos que regulam a morfogênese dos vegetais. O objetivo do presente estudo foi avaliar o desenvolvimento das brotações e o metabolismo fotossintético de explantes de C. paradoxa submetidos a diferentes sistemas de iluminação com LEDs. Para o estabelecimento das culturas assépticas foram testados diferentes agentes desinfetantes (álcool 70%, hipoclorito de sódio - NaClO e cloreto de mercúrio – HgCl2), isolados ou combinados, em distintas concentrações e tempos de imersão. O desenvolvimento dos explantes foi avaliado em meios de cultura MS, MS/2 (meio MS com concentração de sais reduzidas pela metade), MSM/2 (meio MS com macronutrientes reduzidos pela metade) e WPM. Na fase de regeneração de brotações, foram avaliadas citocininas, incluindo 6-benzilaminopurina (BAP), cinetina (CIN), zeatina (ZEA) e 2-isopenteniladenina (2IP), todas na concentração de 5,0 µM, além de diferentes concentrações de BAP (2,5; 5,0 e 10,0 µM) e um controle (sem BAP). O enraizamento foi induzido pela imersão da base das brotações (0,5 cm) em soluções de ácido indolbutírico (AIB) nas concentrações de 2,5, 5,0 e 10,0 mM por cinco minutos, além de um controle (sem AIB). Durante a regeneração de brotos, os explantes foram submetidos a quatro sistemas de iluminação: LEDs brancos (400-700 nm), LEDs azuis (450-495 nm), LEDs vermelhos (620-660 nm) e uma combinação equitativa de LEDs azuis e vermelhos (1:1), durante dois subcultivos de 30 dias. As avaliações incluiram a quantificação de pigmentos fotossintéticos e enzimas antioxidantes, bem como a fluorescência de clorofila a e as trocas gasosas dos explantes. Para o estabelecimento de culturas assépticas, as combinações de NaClO (1,0%) e HgCl2 (0,1%), aplicadas por 10 minutos cada uma, foram as mais eficazes para sobrevivência dos explantes (78%). Os explantes cultivados no meio MS/2 apresentaram os maiores comprimentos (2,3 cm) e o maior número médio de brotos (2,1). A suplementação com 5,0 µM de BAP no meio de cultivo MS/2 resultou no maior comprimento médio dos brotos (3,86 cm), no maior número de nós (3,29) e maior número médio de brotos (4,35). Quando cultivados sob iluminação com LEDs azuis e vermelhos (1:1), os explantes apresentaram as melhores respostas de comprimento médio de brotos (4,13 cm), número de nós (3,68) e número médio de brotos (5,44). Além disso, essa condição luminosa favoreceu a síntese de clorofila, aumentando a eficiência fotossintética e a produção de biomassa, ao promover trocas gasosas mais eficientes. Conclui-se que os comprimentos de onda fornecidos pelos LEDs influenciaram o desenvolvimento das brotações e o metabolismo fotossintético dos explantes de C. paradoxa cultivados in vitro, evidenciando a importância da iluminação controlada no processo de micropropagação dessa espécie

Abstract: Colletia paradoxa (Spreng.) Escal. (Rhamnaceae) is an endemic species from southern Brazil that is threatened with extinction. In this context, micropropagation presents itself as a viable alternative for the large-scale production of seedlings of this plant. The use of light-emitting diodes (LEDs) in vitro cultivation rooms has proven effective in shoot regeneration due to their ability to provide specific wavelengths that regulate plant morphogenesis. The objective of the present study was to evaluate the development of shoot buds and the photosynthetic metabolism of C. paradoxa explants subjected to different LED lighting systems. For the establishment of aseptic cultures, different disinfecting agents (70% alcohol, sodium hypochlorite - NaClO, and mercuric chloride – HgCl2), either alone or in combination, at various concentrations and immersion times, were tested. Explant development was assessed in MS, MS/2 (MS medium with half-strength salts), MSM/2 (MS medium with half-strength macronutrients), and WPM media. During the shoot regeneration phase, cytokinins, including 6-benzylaminopurine (BAP), kinetin (CIN), zeatin (ZEA), and 2-isopentenyladenine (2IP), all at a concentration of 5.0 µM, were evaluated, along with different BAP concentrations (2.5, 5.0, and 10.0 µM) and a control (no BAP). Rooting was induced by dipping the base of the shoots (0.5 cm) in indolebutyric acid (IBA) solutions at concentrations of 2.5, 5.0, and 10.0 mM for five minutes, along with a control (no IBA). During shoot regeneration, the explants were exposed to four lighting systems: white LEDs (400-700 nm), blue LEDs (450-495 nm), red LEDs (620-660 nm), and a 1:1 combination of blue and red LEDs, during two subcultures of 30 days. The evaluations included the quantification of photosynthetic pigments, antioxidant enzymes, chlorophyll a fluorescence, and the gas exchanges of the explants. For aseptic culture establishment, the combinations of NaClO (1.0%) and HgCl2 (0.1%), applied for 10 minutes each, were the most effective for explant survival (78%). Explants cultured in MS/2 medium exhibited the greatest lengths (2.3 cm) and the highest average number of shoots (2.1). Supplementing the MS/2 medium with 5.0 µM of BAP resulted in the greatest average shoot length (3.86 cm), the highest number of nodes (3.29), and the highest average number of shoots (4.35). When cultivated under blue and red LED lighting (1:1), the explants showed the best responses in terms of average shoot length (4.13 cm), number of nodes (3.68), and average number of shoots (5.44). Furthermore, this light condition favored chlorophyll synthesis, increasing photosynthetic efficiency and biomass production by promoting more efficient gas exchanges. It is concluded that the wavelengths provided by the LEDs influenced the development of shoots and the photosynthetic metabolism of C. paradoxa explants grown in vitro, highlighting the importance of controlled lighting in the micropropagation process of this species