DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-026-03399-x
تاريخ النشر: 2026-02-20
المؤلف: E. Baltazar وآخرون
الموضوع الرئيسي: زراعة الأنسجة النباتية والتجديد
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التكاثر في المختبر لأساسيات الكرز الحلو، وتحديداً Prunus avium وGisela 6، باستخدام نظامين ثقافيين مختلفين: الوسائط شبه الصلبة ومفاعل الغمر المؤقت SETIS™ (TIB). تبرز الدراسة أن TIB يعزز بشكل كبير من إطالة الساق، وتراكم الكتلة الحيوية، وجودة الساق العامة بينما يقلل من تكاليف العمل والمواد مقارنة بالوسائط شبه الصلبة التقليدية. كانت معدلات التأسيس في المختبر 56% لـ P. avium و62% لـ Gisela 6، مع إظهار TIB لمعايير نمو الساق المتفوقة، بما في ذلك معدل النمو النسبي (RGR) وقدرة التجذير المحسنة (57% لـ Gisela 6 و44% لـ P. avium) مقارنة بالوسائط شبه الصلبة (16% و10%، على التوالي).
ومع ذلك، تشير الدراسة أيضًا إلى حدوث فرط الرطوبة في P. avium المرباة في TIB، مما أدى إلى انخفاض مستويات صبغات التمثيل الضوئي وعلامات الإجهاد التأكسدي، كما يتضح من زيادة محتوى المالونديالديهايد (MDA). بالمقابل، أظهرت Gisela 6 استقرارًا أكبر عبر كلا النظامين. تؤكد النتائج على مزايا TIB للتكاثر المجهري على نطاق واسع لأساسيات الكرز الحلو، بينما تبرز أيضًا الحاجة إلى مزيد من التحسين لمعالجة الاستجابات الخاصة بالنمط الجيني والتخفيف من المشكلات المتعلقة بالإجهاد. بشكل عام، توفر هذه الدراسة رؤى قيمة حول فعالية نظام SETIS™ لتكاثر أساسيات الكرز الحلو والآثار الفسيولوجية لطرق التكاثر المختلفة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية زراعة الكرز الحلو (Prunus avium L.)، لا سيما في البرتغال، حيث بلغ حصاد عام 2021 رقماً قياسياً قدره 23.9 ألف طن، ويعزى ذلك إلى التقدم في تقنيات الزراعة واعتماد أصناف محسنة. تؤكد الورقة على أهمية التطعيم في تكاثر الكرز الحلو، والذي يتضمن اتحاد مكونات وراثية متميزة: الطعم والجذر. تؤثر هذه العلاقة بشكل حاسم على مقاييس الأداء المختلفة، بما في ذلك تكوين الثمار، والحجم، وتحمل الإجهاد.
لتحسين جودة الإنتاج، تبرز الدراسة ضرورة أنظمة التكاثر الكلوني لمواد الطعم والجذر النخبوية، باستخدام تقنيات زراعة الأنسجة لإنتاج النباتات بسرعة وكفاءة. تستعرض الورقة منهجيات التكاثر المجهري المختلفة لـ P. avium، مشيرة إلى الطبيعة المعتمدة على النمط الجيني لنجاح التكاثر. كما تناقش مزايا الوسائط السائلة على الوسائط شبه الصلبة للتكاثر المجهري، على الرغم من التحديات مثل نقص الأكسجين وفرط الرطوبة. يتم تقديم أنظمة الغمر المؤقت (TIS) كحل لهذه التحديات، مما يسهل ظروف النمو المثلى من خلال دورات غمر محكومة. تهدف الدراسة إلى مقارنة التكاثر في المختبر والتجذير لأساسيات تقليدية وتجارية تحت ظروف ثقافية مختلفة، مع تقييم معايير النمو والفسيولوجيا المختلفة لتقييم فعالية البروتوكول المطور حديثًا.
الطرق
في هذه الدراسة، كانت المادة النباتية المستخدمة تتكون من P. avium (الكرز البري) واثنين من الأساسيات، ‘Franco de Cerejeira’ وGisela 6 (G6)، تم الحصول عليها من Viveiros Miguel Vaz Miranda do Corvo، البرتغال. تم جمع العينات خلال مرحلة التبرعم الربيعي وتم تخزينها لاحقًا على الثلج قبل أن يتم تأسيسها في المختبر لمزيد من التجارب.
شمل التصميم التجريبي مقارنة أنماط جينية مختلفة تحت ظروف تكاثر متنوعة. نظرًا لأن البيانات الفسيولوجية والبيوكيميائية لم تتوافق مع توزيع طبيعي، تم استخدام طرق إحصائية غير معلمية للتحليل. على وجه التحديد، تم إجراء مقارنات زوجية باستخدام اختبار مان-ويتني U مع تحديد عتبة دلالة عند \( P < 0.05 \). تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج GraphPad Prism (الإصدار 8.4.3)، وتم الإبلاغ عن النتائج كوسائط.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم معدلات نجاح التأسيس في المختبر لنمطين جينيين من Prunus، وتحديداً Prunus avium وGisela 6، بعد 28 يومًا، مما أسفر عن نسب تأسيس قدرها 56% و62%، على التوالي. تتماشى هذه النتائج مع النتائج السابقة، مما يشير إلى أن توقيت جمع العينات في الربيع، الذي يتميز بانخفاض الرطوبة، ساهم في تقليل معدلات التلوث. تدعم الأدبيات هذه الملاحظة، مشيرة إلى أن العينات التي تم جمعها في الربيع أو الصيف تظهر عمومًا تلوثًا أقل مقارنة بتلك التي تم حصادها في الخريف أو الشتاء.
تؤكد البحث على الدور الحاسم لنوع العينة، وطرق التعقيم، والظروف البيئية في نجاح التأسيس في المختبر لأشجار الفاكهة الخشبية. بينما تواجه تقنيات التكاثر المجهري التقليدية باستخدام الوسائط شبه الصلبة قيودًا مثل انخفاض معدلات التكاثر والاضطرابات الفسيولوجية، أظهرت الأنظمة البديلة مثل أنظمة الغمر المؤقت (TIS) وعدًا. تعزز TIS امتصاص العناصر الغذائية وتبادل الغازات، مما يؤدي إلى تحسين معدلات تكاثر الساق وجودة النبات. ومن الجدير بالذكر أن الدراسات الحديثة أظهرت فعالية TIS في تكاثر أنواع Prunus، مع تقارير عن تقدم كبير في التأسيس والتكاثر لمختلف الأساسيات والأصناف.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تكاثر أساسيات الكرز الحلو، وتحديداً Gisela 6 وPrunus avium، باستخدام نظام SETIS™ (نظام الغمر المؤقت) والوسائط شبه الصلبة. كانت معدلات التأسيس في المختبر 62% لـ Gisela 6 و56% لـ P. avium. تم تعزيز تكاثر الساق بشكل كبير في نظام SETIS™، مع زيادة في طول الساق ومعدل النمو النسبي (RGR) مقارنة بالوسائط شبه الصلبة، على الرغم من أن P. avium أظهرت فرط الرطوبة، مما أثر سلبًا على جودة الساق. كان التجذير خارج المختبر أكثر نجاحًا للساق من نظام SETIS™، حيث حقق معدلات تجذير قدرها 54% لـ Gisela 6 و44% لـ P. avium، مقارنة بمعدلات أقل في الوسائط شبه الصلبة.
كشفت التحليلات البيوكيميائية أن P. avium أظهرت انخفاضًا في مستويات صبغات التمثيل الضوئي وزيادة في محتوى المالونديالديهايد (MDA)، مما يشير إلى إجهاد أكسدي مرتبط بفرط الرطوبة. بالمقابل، ظل محتوى الفلافونويد الكلي غير متأثر بطرق التكاثر أو النمط الجيني. كانت مستويات البرولين أعلى في P. avium، مما يشير إلى استجابات إجهاد تعتمد على النمط الجيني. تبرز هذه النتائج إمكانيات نظام SETIS™ لتكاثر أساسيات الكرز الحلو بينما تؤكد أيضًا على الحاجة إلى مزيد من التحسين للتخفيف من فرط الرطوبة وتحسين جودة الساق العامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-026-03399-x
Publication Date: 2026-02-20
Author(s): E. Baltazar et al.
Primary Topic: Plant tissue culture and regeneration
Overview
This research investigates the in vitro propagation of sweet cherry rootstocks, specifically Prunus avium and Gisela 6, using two different culture systems: semi-solid media and the SETIS™ temporary immersion bioreactor (TIB). The study highlights that TIB significantly enhances shoot elongation, biomass accumulation, and overall shoot quality while reducing labor and material costs compared to traditional semi-solid media. The in vitro establishment rates were 56% for P. avium and 62% for Gisela 6, with TIB demonstrating superior shoot growth parameters, including a higher relative growth rate (RGR) and improved rooting capacity (57% for Gisela 6 and 44% for P. avium) compared to semi-solid media (16% and 10%, respectively).
However, the study also notes the occurrence of hyperhydricity in P. avium propagated in TIB, which led to reduced photosynthetic pigment levels and signs of oxidative stress, as indicated by increased malondialdehyde (MDA) content. In contrast, Gisela 6 showed greater stability across both systems. The findings emphasize the advantages of TIB for large-scale micropropagation of sweet cherry rootstocks, while also highlighting the need for further optimization to address genotype-specific responses and mitigate stress-related issues. Overall, this research provides valuable insights into the efficacy of the SETIS™ system for sweet cherry rootstock propagation and the physiological implications of different propagation methods.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of sweet cherry (Prunus avium L.) cultivation, particularly in Portugal, where the 2021 harvest reached a record 23.9 thousand tons, attributed to advancements in cultivation techniques and the adoption of improved cultivars. The paper emphasizes the importance of grafting in sweet cherry propagation, which involves the union of genetically distinct components: the scion and rootstock. This relationship critically influences various performance metrics, including fruit set, size, and stress tolerance.
To enhance production quality, the study highlights the necessity for clonal propagation systems for elite scion and rootstock materials, utilizing tissue culture techniques for rapid and efficient plant production. The paper reviews various micropropagation methodologies for P. avium, noting the genotype-dependent nature of propagation success. It also discusses the advantages of liquid media over semi-solid media for micropropagation, despite challenges like anoxia and hyperhydricity. The introduction of Temporary Immersion Systems (TIS) is presented as a solution to these challenges, facilitating optimal growth conditions through controlled immersion cycles. The study aims to compare the in vitro multiplication and rooting of traditional and commercial rootstocks under different culture conditions, assessing various growth and physiological parameters to evaluate the effectiveness of the newly developed protocol.
Methods
In this study, the plant material used consisted of P. avium (wild cherry) and two rootstocks, ‘Franco de Cerejeira’ and Gisela 6 (G6), sourced from Viveiros Miguel Vaz Miranda do Corvo, Portugal. The samples were collected during the spring sprouting phase and were subsequently stored on ice before being established in vitro for further experimentation.
The experimental design involved comparing different genotypes under various proliferation conditions. Given that the physiological and biochemical data did not conform to a normal distribution, non-parametric statistical methods were employed for analysis. Specifically, pairwise comparisons were conducted using the Mann-Whitney U test with a significance threshold set at \( P < 0.05 \). All statistical analyses were performed using GraphPad Prism software (version 8.4.3), and results are reported as medians.
Results
In this study, the in vitro establishment success rates for two genotypes of Prunus, specifically Prunus avium and Gisela 6, were assessed after 28 days, yielding establishment percentages of 56% and 62%, respectively. These results align with previous findings, indicating that the timing of explant collection in spring, characterized by low humidity, contributed to reduced contamination rates. The literature supports this observation, noting that explants collected in spring or summer generally exhibit lower contamination compared to those harvested in autumn or winter.
The research emphasizes the critical role of explant type, sterilization methods, and environmental conditions in the success of in vitro establishment for woody fruit trees. While traditional micropropagation techniques using semi-solid media face limitations such as low multiplication rates and physiological disorders, alternative systems like Temporary Immersion Systems (TIS) have shown promise. TIS enhance nutrient uptake and gas exchange, leading to improved shoot proliferation rates and plant quality. Notably, recent studies have demonstrated the effectiveness of TIS in propagating Prunus species, with significant advancements reported in the establishment and multiplication of various rootstocks and cultivars.
Discussion
In this study, the propagation of sweet cherry rootstocks, specifically Gisela 6 and Prunus avium, was investigated using the SETIS™ (Temporary Immersion System) and semi-solid media. The in vitro establishment rates were 62% for Gisela 6 and 56% for P. avium. Shoot proliferation was significantly enhanced in the SETIS™ system, with greater shoot length and relative growth rate (RGR) compared to semi-solid media, although P. avium exhibited hyperhydricity, negatively impacting shoot quality. Ex vitro rooting was more successful for shoots from the SETIS™ system, achieving rooting rates of 54% for Gisela 6 and 44% for P. avium, compared to lower rates in semi-solid media.
Biochemical analyses revealed that P. avium showed reduced photosynthetic pigment levels and higher malondialdehyde (MDA) content, indicating oxidative stress associated with hyperhydricity. In contrast, total flavonoid content remained unaffected by propagation methods or genotype. Proline levels were higher in P. avium, suggesting genotype-dependent stress responses. These findings highlight the potential of the SETIS™ system for sweet cherry rootstock propagation while also emphasizing the need for further optimization to mitigate hyperhydricity and improve overall shoot quality.