Effects of Different Gamma Ray Doses on In Vitro Adventitious Shoot Regeneration of Safflower (Carthamus tinctorius L.) Cultivars

Year 2023, Volume: 37 Issue: 1, 51 - 77, 01.06.2023

Hümeyra Yaman , Nilgün Bayraktar

https://doi.org/10.20479/bursauludagziraat.1152486

Abstract

In the study, gamma rays were applied to the seeds of safflower cultivars at a dose of 200,300,400,500,600 Gy using an ionizing radiation source, Cs 137. The studies were carried out in 3 replications according to the Random Plots Trial Design. In the studies, applications were also made to the seeds that were not irradiated. Variance analysis of the varieties was made with the data obtained from the research. In order to observe the effect of gamma rays on the regeneration capacity of safflower varieties, different doses and combinations of nutrient media were tried. There were differences in the hormone doses in the nutrient medium used according to the cultivars. Murashige and Skoog (MS) medium was used as the main nutrient medium. As a result of the trials; It was concluded that adventitious shoot regeneration increased in MS nutrient media containing 4 mg/L TDZ and 0.2 mg/L NAA in Remzibey cultivar, 1 mg/L TDZ in Dinçer cultivar, and 2 mg/L NAA and 2 mg/L BAP in Shifa safflower cultivar. In addition, different explant types were tried in all three cultivars and the best results were hypocotyl and shoot tip explants, respectively. The responses of the explant types used in the study varied depending on the radiation dose and genotype. Structural changes occurred in callus formations depending on the explant type used. These structural differences on the formation of calli affected shoot formation. These results were reflected in the vitality values. In general, the plants grown from the shoots obtained directly in the study gave faster results. When the data in the studies were examined, the changes due to genetic variations and mutagen doses emerged at doses of 300-400 Gy at most. In this study, which was carried out to measure the response of mutagen applications in vitro, positive effects on adventitious shoot regeneration were obtained. Based on these data, it has been clearly seen that tissue culture techniques will also be used as an aid to breeding in order to reveal genetic variation and somaclonal diversity.

Keywords

adventitious shoot regeneration, genetic diversity, hipokotil explants, ionize radiation, mutation

Aspir (Carthamus tinctorius L.) Çeşitlerine Uygulanan Farklı Gama Işını Dozlarının In Vitro Adventif Sürgün Rejenerasyonu Üzerine Etkileri

Abstract

Çalışmada bir iyonize radyasyon kaynağı olan Cs 137 kaynağı kullanılarak aspir çeşitlerinin tohumlarına
200,300,400,500,600 Gy dozda gama ışını uygulanmıştır. Çalışmalar Tesadüf Parselleri Deneme Desenine göre 3 tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Çalışmalarda ışınlanmamış tohumlara da aynı zamanda uygulamalar yapılmıştır. Araştırmadan elde edilen verilerle çeşitlerin ayrı ayrı varyans analizi yapılmıştır. Aspir çeşitlerinin rejenerasyon kapasitesine gama ışınlarının etkisini gözlemlemek için farklı doz ve kombinasyonlarda besin ortamları denenmiştir. Çeşitlere göre kullanılan besin ortamındaki hormon dozlarında farklılıklar olmuştur. Temel besin ortamı olarak Murashige ve Skoog (MS) ortamı kullanılmıştır. Denemeler sonucunda; Remzibey çeşidinde 4 mg/L TDZ ve 0.2 mg/L NAA, Dinçer çeşidinde 1 mg/L TDZ ve Shifa aspir çeşidinde ise 2 mg/L NAA ve 2 mg/L BAP içeren MS besin ortamlarında adventif sürgün rejenerasyonunun arttığı sonucuna varılmıştır. Bunun yanısıra her üç çeşitte farklı eksplant tipleri denenmiş ve en iyi sonuçları verenler sırasıyla hipokotil ve sürgün ucu eksplantları olmuştur. Çalışmada kullanılan eksplant tiplerinin verdiği cevaplar ışın dozuna ve genotipe bağlı olarak değişim göstermiştir. Kullanılan eksplant tipine göre kallus oluşumlarında yapısal değişiklikler meydana gelmiştir. Kallusların oluşumu üzerinde meydana gelen bu yapısal farklılıklar sürgün oluşumunu etkilemiştir. Bu sonuçlar canlılık değerlerine yansımıştır. Çalışmada genel anlamda direk olarak elde edilen sürgünlerden gelişen bitkiler daha hızlı sonuç vermiştir. Yapılan çalışmalardaki veriler incelendiğinde genetik çeşitlilikler ve mutagen dozlara bağlı olarak gelişen değişimler en fazla 300-400 Gy dozlarında ortaya çıkmıştır. Mutagen uygulamaların in vitro da tepkisini ölçmek amacıyla yapılan bu çalışmada adventif sürgün rejenerasyonu üzerine olumlu etkiler elde edilmiştir. Bu verilerden yola çıkarak genetik varyasyonu ve somaklonal çeşitliliği ortaya çıkarmak için ıslaha yardımcı olarak doku kültürü tekniklerinden de faydalanılacağı açıkça görülmüştür.

Keywords

adventif sürgün rejenerasyonu, genetik çeşitlilik, iyonize radyasyon, mutasyon, hipokotil eksplantları

References

• Aasim, M., Khawar, K. M. and Özcan, S. 2009. Comparison of shoot regeneration on diff erent concentrations of thidiazuron from shoot tip explant of cowpea on gelrite and agar containing medium. Notulae Botonicae Horti Agrobotonici Cluj, 37: 89-93.
• Afrasıab, H. and Javed, I. 2010. In vitro techniques and mutagenesis for the genetic improvement of potato cvs. Desiree and diamant. Pak. J. Bot., 42(3): 16291637.
• Arslan, Y., Katar, D., Güneylioğlu, H., Subaşı, İ., Şahin, B. ve Bülbül, A. S. 2010. Türkiye Florasındaki Yabani Carthamus L. Türleri ve Aspir (C. tinctorius L.) Islahında Değerlendirme Olanakları. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 19 (1-2): 36-43.
• Barakat, M. N. and El-Sammak, H. 2011. In vitro mutagenesis, plant regeneration and characterization of mutants via RAPD analysis in Baby's breath Gypsophila paniculata L. Australian Journal of Crop Science, 5(2): 214-222.
• Başalma, D., Uranbey, S., Mirici, S. and Kolsarici, O. 2008. TDZ x IBA induced shoot regeneration from cotyledonary leaves and in vitro multiplication in safflower (Carthamus tictorius L.). African Journal of Biotechnology, 7 (8): 960-966.
• Beyaz, R. and Yıldız, M. 2017. The Use of Gamma Irradiation in Plant Mutation Breeding. Plant Engineering, 34-46.
• Çiftçi, C. Y., Türkan, A. D., Khawar, H. M., Atak, M. and Özcan, S. 2006. Use of Gamma Rays to Induce Mutations in Four Pea (Pisum sativum L.) Cultivars Turk J Biol., 30: 29-37.
• Fan, L. and Guo, M. 2013. Progress of safflower (Carthamus tinctorius L.) regeneration through tissue culture. Journal Med. Coll. of PLA., 28(5): 289-301.
• Ivanova, R. and Smerea, S. 2018. Effects of seeds irradiation with gamma-ray on plant growth and yield attributing characters of safflower. Oltenia-studiisi comunicari stiintele naturii, 34(2): 51-56.
• Jain, S. M. 2010. In vitro mutagenesis in banana (Musa spp.) improvement. Acta Hortic., 879: 605–614.
• Köse, A., Koşar, F. and Bilir, Ö. 2018. Agricultural Performances of Some Safflower (Carthamus tinctorius L.) Lines Developed by Single Plant Selection Method. Journal of Agricultural Sciences, 24(1): 1-11.
• Kumar, P. and Ratnam, S. 2010. Mutagenic effectiveness and efficiency in varieties of sunflower (Helianthus annuus L.) by separate and combined treatment with gamma- rays and sodium azide. African Journal of Biotechnology, 9 (39): 6517-6521.
• Kumar, B., Kumar, S. and Thakur, M. 2012. In vitro mutation and selection of chrysanthemum (Dendranthema grandiflora Tzelev) lines with improved resistance to Septoria obesa Syd. International Journal of Plant Research, 2(4): 103‐107.
• Motamedi, J., Zebarjadi, A., Kahrizi, D. and Salmanian, A.H. 2011. In vitro propagation and Agrobacteriummediated transformation of safflower (Carthamus tinctorius L.) using a bacterial mutated aroA gene. Australian J. Crop Science, 5(4): 479-486.
• Murashige, T. and Skoog, F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 15: 473-497.
• Murashige, T. 1974. Plant regeneration through tissue cultures. Annual Review of Plant Physiology, 25: 135-166.
• Muthusamy, A., Vasanth, K., Sivasankari, D., Chandrasekar B.R. and Jayabalan, N. 2007. Effects of mutagens on somatic embryogenesis and plant regeneration in groundnut. Biologia Plantarum, 51 (3): 430-435.
• Özdemir, F. A. ve Türker, M. 2014. Yabani Aspir'in (Carthamus persicus Wild) in vitro Çoğaltımında Farklı BAP-NAA Kombinasyonlarının Etkisi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 5: 30-35.
• Özyiğit, I.I., Bajrovic, K., Gözükırmızı, N., Semiz, B.D. 2002. Direct Plant Regeneration from Hypocotyl and Cotyledon Explants of Five Different Sunflower Genotypes (Helianthus annuus L.) From Turkey. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 16(1): 8-11, Doi: 10.1080/13102818.2002.10819148.
• Özyiğit, I.I., Gozukirmizi, N., Semiz, B.D. 2007. Genotype Dependent Callus Induction And Shoot Regeneration in Sunflower (Helianthus annuus L.). African journal of biotechnology, 6(13).
• Polat, T. 2007. Farklı Sıra Aralıkları ve Azot Seviyelerinin Kuru Şartlarda Yetiştirilen Aspir (Carthamus tinctorius L.) Bitkisinin Verim ve Verim Unsurları Üzerine Etkisi. Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Radhika, K., Sujatha, M. and Nageshwar, R.T. 2006. Thidiazuron stimulates adventitious shoot regeneration in different safflower explants. Biologia Plantarum, 50: 174-179.
• Singh, N. K. and Balyan, H. S. 2009. Induced mutations in bread wheat (Triticum aestivum L.) cv. Kharchia 65 for reduced plant height and improve grain quality traits. Advances in Biological Research, 3(5-6): 215-221.
• Smerea, S., Andronic, L. and Schin, V. 2018. Morphogenetic potential of calluses derived from gamma irradiated safflower seeds. Oltenia-studii si comunicari stiintele naturii, 34(2): 67-71.
• Sujatha, M. and Kumar, V.D. 2007. In vitro bud regeneration of Carthamus tinctorius and wild Carthamus species from leaf explants and axillary buds. Biologia Plantarum, 51: 782-786.
• Şahin Demirbağ, N. Kendir, H. ve Aasim, M. 2008. Yaygın mürdümük (Lathyrus sativus L.)’te Adventif Sürgün Rejenerasyonu. Tarım Bilimleri Dergisi, 14(3):297-302.
• Şanver, P. ve Göksoy, A. T. 2019. Hibrid ayçiçeği genotiplerinde korelasyon ve path analizi. Bursa Uludag Üniv. Ziraat Fak. Derg., 33(2): 235-248.
• Talat, K. and Anwar, S. Y. 2010. High frequency somatic embryogenesis and plantlet regeneration via somatic embryos in safflower (Carthamus tinctorius L.). Biosciences Biotechnology Research Asia, 7: 239-249.
• Turan, H. N., 2007. Gama ışınlamanın makarnalık buğday bitkisinde (Triticum durum Desf.) haploid embriyo üretimi ve bitki regenerasyonuna etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilim Dalı.
• Xue, Y., Li, D., Gao, Y. and Guo, M. 2015. Optimization of Carthamus tinctorius L. tissue culture system based on the combination of 1-naphthylacetic acid and 6-benzyl aminopurine. Pharmaceutical Care and Research, 15(2): 91-94.
• Verma, R. C. and Shrıvastava, P. 2014. Radiation-induced reciprocal translocations in safflower (Carthamus tinctorius L.). Cytologia, 79(4): 541-545.
• Walia, N., Kaur, A., Babbar, S. B. 2007. Proliferation and differentiation from endosperms of Carthamus tinctorius. Biologia Plantarum, 51: 49-753