Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2025. Preprint
Article first published online: 08 JUL 2025 | DOI: 10.17581/bp.2025.14203
In vitro propagation of the rare fern Asplenium inсisum Thunb. via green globular bodies
Lyudmila A. Shelikhan
Amur Branch of the Botanical Garden-Institute FEB RAS, Blagoveshchensk, Russia
A promising direction for the conservation and propagation of ferns is the in vitro cultivation of ferns via green globular bodies (GGBs). Asplenium inсisum Thunb. is a rare species of fern listed in the Red Data Book of several Far Eastern regions. The objective of the study was to estimate the efficiency of different media on GGB propagation and sporophyte regeneration of A. inсisum. The Murashige and Skoog's medium with a half concentration of macro- and microelements (1/2MS), with 0.5 mg/L 6-benzylaminopurine (BAP) (variant 1) supplemented with MS full complement of vitamins, 2 % sucrose and 0.8 % agar, and adjusted to pH 5.8 was effective for the GGB propagation without formation of sporophyte. The medium 1/2MS without plant growth regulators (variant 2) supplemented with MS full complement of vitamins, 2 % sucrose and 0.8 % agar, and adjusted to pH 5.8 was effective for the GGB propagation with high sporophyte regeneration. The same media without ammonium nitrate and without vitamins had a negative effect on GGB production and sporophyte regeneration. The total number of initiated GGBs was 369 and 451 as a mean per explant after two months of in vitro culture for variant 1 and 2, respectively. The number of GGBs with developed sporophytes was 1 and 289, the sporophyte regeneration rate was 0.3 % and 64.1 %. BAP inhibited sporophyte regeneration but provoked the formation of new GGBs, so it is recommended to alternate variants 1 and 2 to obtain better results. Under ex vitro conditions, the sporophyte survival rate was 89 % in climatic room and 85 % in outdoors conditions in the first year. Sporophytes produced spores both in climatic room and outdoors conditions.
Шелихан Л.А. Размножение in vitro редкого папоротника Asplenium incisum Thunb. посредством зеленых глобулярных тел. Перспективным направлением в сохранении и размножении папоротников является культивирование папоротников in vitro посредством зеленых глобулярных тел (от англ. green globular bodies, GGBs). Asplenium inсisum Thunb. – редкий вид папоротника, занесенный в Красные книги нескольких регионов Дальнего Востока. Целью работы была оценка влияния различных сред на размножение GGB и регенерацию спорофитов A. inсisum. Питательная среда по Мурасиге и Скугу с половинной концентрацией макро- и микроэлементов (1/2 МС) с добавлением цитокинина (0,5 мг/л 6-бензиламинопурина, БАП) (вариант 1), с полным составом витаминов МС, с 2 % сахарозы, 0.8 % агара, при pH 5.8 была эффективна для размножения GGB без формирования спорофитов. Питательная среда 1/2МС без добавления регуляторов роста (вариант 2), с полным составом витаминов МС, 2 % сахарозы, 0.8 % агара, при pH 5.8 была эффективна для размножения GGB c высоким уровнем регенерации спорофитов. Те же среды без нитрата аммония и витаминов отрицательно влияли на продуцирование GGB и регенерацию спорофитов. Oбщее количество инициированных GGB составило 369 и 451 на эксплант после двух месяцев культивирования in vitro для варианта 1 и 2 соответственно. Количество GGB с развивающимися спорофитами составило 1 и 289; регенерация спорофитов составила 0.3 % и 64.1 %. БАП ингибировал регенерацию спорофитов, но провоцировал формирование новых GGB, поэтому для получения наилучших результатов рекомендуется чередовать варианты 1 и 2. В условиях ex vitro выживаемость спорофитов составляла 89 % в климатической комнате и 85 % в открытом грунте в первый год. Спорофиты продуцировали споры как в условиях климатической комнаты, так и в условиях открытого грунта.
Keywords: Asplenium inсisum, GGB, in vitro culture, fern, sporophyte, культура in vitro, папоротник, спорофит
References
Amaki, W. & H. Higuchi 1992. A possible propagation system of Nephrolepis, Asplenium, Pteris, Adiantum and Rumohra (Arachniodes) through tissue culture. Acta Horticulturae 300:237-244. CrossRef
Chernyagina, O.A. (ed.) 2018. Red data book of Kamchatka Territory. Vol. 2. Plants. Kamchatpress, Petropavlovsk-Kamchatskii, 388 pp. (in Russian). [Красная книга Камчатского края / под ред. О.А. Чернягиной. 2018. Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс. 388 c.].
Higuchi, H., W. Amaki & S. Suzuki 1987. In vitro propagation of Nephrolepis cordifolia Prsel. Scientia Horticulturae 32:105-113. CrossRef
Higuchi, H. & W. Amaki 1989. Effects of 6-benzylaminopurine on the organogenesis of Asplenium nidus L. through in vitro propagation. Scientia Horticulturae 37:351-359. CrossRef
Jeong, J.G. 2011. A herbalogical study on the plants of Aspleniaceae in Korea. The Korea Journal of Herbology 26:59-65.
Kholia, B.S. & R. Joshi 2010. International Year of Biodiversity - Adopting innovative measures for conservation. NeBIO. 1(2):55-61.
Kozhevnikov, A.E. (ed.) 2008. Red data book of the Primorsky Krai: Plants. Rare and vulnerable plant species. AVK "Apel'sin", Vladivostok, 688 pp. (in Russian). [Красная книга Приморского края: Растения. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и грибов / под ред. А.Е. Кожевникова. 2008. Владивосток: АВК "Апельсин". 688 с.].
Li, X., Y.H. Fang, J.D. Han, S.N. Bai & G.Y. Rao 2015. Isolation and characterization of a novel somatic embryogenesis receptor kinase gene expressed in the fern Adiantum capillus-veneris during shoot regeneration in vitro. Plant Molecular Biology Reporter 33(3):638-647. CrossRef
Liao, Y.K. & Y.H. Wu 2011. In vitro propagation of Platycerium bifurcatum (Cav.) C. Chr. via green globular body initiation. Botanical Studies 52:455-463.
Mehltreter, K. 2010. Fern conservation. In: Fern ecology. 1st ed. (K. Mehltreter, L.R. Walker & J.M. Sharpe, eds), pp. 323-359, Cambridge University Press, Cambridge. CrossRef
Moon, S.H., J.L. Son, S.J. Shin, S.H. Oh, S.H. Kim & J.M. Bae 2021. Inhibitory effect of Asplenium incisum on bacterial growth, inflammation, and osteoclastogenesis. Medicina 57(7):641. CrossRef
Murashige, T. & F. Skoog 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiologia Plantarum 15:473-497. CrossRef
Senchik, A.V. (ed.) 2020. Red data book of Amur Region: rare and endangered species of animals, plants and fungi. 2nd ed. Blagoveshchensk, 502 pp. (in Russian). [Красная книга Амурской области: редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных, растений и грибов. 2е изд. / под ред. А.В. Сенчик. 2020. Благовещенск. 502 с.]
Shelikhan, L.A. 2023a. In vitro regeneration of fern via green globular bodies. Russian Journal of Plant Physiology 70(2):160-170. CrossRef
Shelikhan, L.A. 2023b. In vitro cultivation of the rare fern Asplenium inсisum Thunb. In: Problems of plant introduction and conservation of biological resources: materials of the All-Russian scientific conference with international participation (21 November 2023), pp. 221-224, Publishing House Digital Polygraphy, Voronezh (in Russian). [Шелихан Л.А. 2023. Введение в культуру in vitro редкого папоротника Asplenium inсisum Thunb. // Проблемы интродукции растений и сохранения биологических ресурсов. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием (21 ноября 2023 г.) Воронеж: Изд-во Цифровая полиграфия. С. 221-224.]
Shelikhan, L.A. 2024. In vitro propagation of the rare fern Polystichum craspedosorum (Maxim.) Diels. via green globular bodies. Botanica Pacifica 13(2):93-97. CrossRef
Shelikhan, L.A. & E.V. Nekrasov 2018. Fern propagation via spore culture in vitro (a review). Byulleten' Botanicheskogo sada-instituta DVO RAN 20:23-42 (in Russian with English summary). [Шелихан Л.А., Некрасов Э.В. 2018. Размножение папоротников посредством спор в культуре in vitro (обзор литературы) // Бюллетень Ботанического сада-института ДВО РАН. Вып. 20. С. 23-42].
Shin, S.L. & C.H. Lee 2009. Medium composition affecting in vitro plant regeneration and acclimation of Pteris cretica 'Wilsonii'. Korean Journal of Plant Resources 22(5):394-402.
Thakur, R.C., Y. Hosoi, K. & Ishii 1998. Rapid in vitro propagation of Matteuccia struthiopteris (L.). Todaro - an edible fern. Plant Cell Reports 18:203-208. CrossRef
Voronov, B.A. (ed.) 2008. Red data book of the Khabarovsky krai: Rare and endangered plant and animal species. Priamurskiye Vedomosti, Khabarovsk, 632 pp. (in Russian). [Красная книга Хабаровского края: редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и животных / под. ред. Б.А. Воронова. 2008. Хабаровск: Издательский дом "Приамурские ведомости". 632 с.].
Yu, R., F. Li, G. Wang, J. Ruan, L. Wu, M. Wu, C. Yang & Q. Shan 2021. In vitro regeneration of the colorful fern Pteris aspericaulis var. tricolor via green globular bodies system. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant 57(2):225-234. CrossRef
Yu, R., G. Zhang, H. Li, H. Cao, X. Mo, M. Gui, X. Zhou, Y. Jiang, S. Li & J. Wang 2017. In vitro propagation of the endangered tree fern Cibotium barometz through formation of green globular bodies. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 128:369-379. CrossRef
Zhang, G. & W. Su 2002. In vitro rapid propagation from young leaf of Sinephropteris delavayi (Franch.) Mickel. J. Journal of Yunnan University: Natural Sciences Edition. 24(3):234-236.
|
|