Regulation of stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) morphogenesis in vitro

Abstract

Stevia is a medicinal plant known for its self-accumulating natural low-calorie sweeteners – steviol glycosides The seeds of this plant have a low germination (from 10% to 36.3%), moreover, propagation by seeds does not ensure the homogeneity of the population according to the desirable traits. For this reason, research investigations with aim to develop alternatives methods of successful stevia propagation are performed. The main of steviol glycosides are stevioside and rebaudioside A. The last-mentioned has a sweet taste while stevioside has undesirable bitter aftertaste. In order to change the ratio of these glycosides, an in vitro micropropagation scheme, in which the ratio of these biologically active compounds can be regulated using various exogenous factors, is required. Research objective – develop an efficient in vitro stevia micropropagation scheme which will help to optimize the synthesis of secondary metabolites. The most suitable explant for stevia callus induction has been identified. The optimal combination of growth regulators, which stimulated highest callus mass augment was selected. In MS medium callus genesis was more intensive compared to callus induction in B5 and White media. The most effective cytokinin and its optimal concentration for direct organogenesis was selected. The regularities of auxins influence on rhizogenesis and proline and sucrose – on phenols, flavonoids and antioxidant activity has been determined. Positive effect of exogenous proline on ratio of steviol glycosides was established.

Stevija – tai vaistinis augalas plačiai žinomas dėl kaupiamų natūralių nekaloringų saldiklių – steviolio glikozidų. Šio augalo sėklos pasižymi mažu (nuo 10 iki 36,3 %) daigumu, be to, dauginimas sėklomis neužtikrina populiacijos homogeniškumo pagal pageidaujamus požymius. Dėl šios priežasties tyrėjai iki šiol ieško sėkmingų stevijos dauginimo alternatyvų. Pagrindiniai stevijos sintetinami steviolio glikozidai yra steviozidas ir rebaudiozidas A. Pastarasis pasižymi saldžiu skoniu, o steviozidas turi kartų nepageidaujamą poskonį. Siekiant pakeisti šių glikozidų santykį, reikia mikrodauginimo in vitro schemos, kurioje, pasitelkiant egzogeninius veiksnius, būtų galima sureguliuoti šių biologiškai aktyvių junginių santykį. Tyrimo tikslas – sukurti efektyvią stevijos mikrodauginimo in vitro schemą, padėsiančią optimizuoti antrinių metabolitų sintezę. Nustatytas tinkamiausias eksplantas stevijos kaliaus indukcijai. Parinktas optimalus augimo reguliatorių derinys, kuris stimuliuoja didžiausią kaliaus masės augimą. Nustatyta, kad intensyviausiai kaliaus genezė vyko MS maitinamojoje terpėje, lyginant su kaliaus indukcija, vykusia B5 ir White terpėse. Parinktas efektyviausias citokininas ir optimalia jo koncentracija tiesioginei organogenezei. Parodyti dėsningumai, kaip auksinai daro įtaką rizogenezei, o prolinas ir sacharozė – fenolių, flavonoidų kiekiui ir antioksidaciniam aktyvumui. Nustatyta, kad egzogeninis prolinas gali palankiai keisti steviolio glikozidų santykį.