Entwicklungsstadium einer Safranknolle im Reagenzglas

© Katharina Hristoforoglu

Crocus sativus: Crocus sativus - Etablierung und Vermehrung von Safran in vitro

Projektleitung

Katharina Hristoforoglu

Forschungseinrichtung

Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Gartenbau und Österreichische Bundesgärten

Projektnummer

101807

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Allgemeine Projektinformationen

Abstract (deutsch)

An der HBLFA für Gartenbau werden bei Safran zur Erhöhung der Vermehrungsrate und als Alternative zur konventionellen Vermehrung, die vegetativ über Knollen (limitierender Faktor) erfolgt, in vitro Mikroknollen produziert und im Glashaus zur Blüte gebracht.

Schlagwörter (deutsch)

Crocus sativus, Safran, In-vitro-Vermehrung

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

Crocus sativus - Establishment and propagation of Saffron in vitro

Abstract (englisch)

Saffron can only be propagated vegetatively by corms, which are limited. At the HBLFA für Gartenbau (College and Research Institutes for Horticulture and Landscape Design) we aim to achieve a higher regeneration rate with in vitro establishment and propagation. Micro corms will be induced in vitro and flowering will take place under Greenhouse conditions.

Schlagwörter (englisch)

Crocus sativus, Saffron, micropropagation

Projektziele

Safran wird aus den orangeroten Narben (Stigmen) der zart lila Blüten von Crocus sativus gewonnen. Es handelt sich dabei nicht nur um das kostbarste Gewürz der Welt, sondern es besitzt aufgrund sekundärer Inhaltsstoffe, wie z.B. die Carotinoid -Derivate Crocin und Crocetin, eine durch wissenschaftliche Studien belegte, breitgefächerte medizinische Wirksamkeit. Crocus sativus ist aufgrund seines triploiden Chromosomensatzes nur vegetativ vermehrbar. Die Nachfrage ist viel größer als weltweit produziert werden kann. Für ein Kilo Safran werden durchschnittlich 200 000 Blüten händisch geerntet. An der HBLFA für Gartenbau werden zur Erhöhung der Vermehrungsrate und als Alternative zur konventionellen Vermehrung, die vegetativ über Knollen (limitierender Faktor) erfolgt, in vitro Mikroknollen produziert und im Glashaus zur Blüte gebracht.

Praxisrelevanz

Die Zell-, Gewebe- und Organkultur zählt im Gartenbau aufgrund rascher Vermehrung von hoch qualitativem, uniformem und gesundem Pflanzenmaterial, zu den wichtigsten Anwendungen der modernen Biotechnologie. Auch in der Safranproduktion spielt sie eine bedeutende Rolle wie anhand einer Vielzahl wissenschaftlicher Studien belegt werden kann. In der In-vitro-Vermehrung gibt es verschiedene Ansätze dazu: Induktion von Mikrosprossen, Mikroknollen oder Kallus. Sogar „Stigmen“ können mittlerweile in vitro produziert werden, wobei die sekundären Inhaltsstoffe noch nicht, der nach ISO 3632-2 in 4 Stufen kategorisierten Qualität des Safrans, entsprechen. Die ISO –Norm schreibt die Mindestwerte für Crocin (ein Carotinoid, das die goldgelbe Farbe des Safrans verursacht), Picrocrocin (der Bitterstoff, das sogenannte Safranbitter) sowie für Safranal (den Hauptaroma- und Duftstoff) vor. Crocus sativus ist aufgrund seines triploiden Chromosomensatzes nur vegetativ vermehrbar. Die Nachfrage ist viel größer als weltweit produziert werden kann. An der HBLFA für Gartenbau werden zur Erhöhung der Vermehrungsrate und als Alternative zur konventionellen Vermehrung, die vegetativ über Knollen (limitierender Faktor) erfolgt, in vitro Mikroknollen produziert und im Glashaus zur Blüte gebracht.

Berichte

Abschlussbericht

Kurzfassung

Bei der In-vitro-Etablierung von Safran (Crocus sativus) bestätigte sich, wie bereits im Vorfeld vermutet, die hohe Belastung der Mutterknollen mit Pilzsporen und endophytischen Mikroorganismen. Die Etablierung von Tochterknollen aus ganzen Knollen und Knollenscheiben führte in Versuch I und Versuch II zu Etablierungserfolgen von 37 % bzw. 28 %. Im Versuch I konnten nach 11 Wochen an den Explantaten Kallus und Sprossorgane induziert werden. Im Versuch II kam es auf den Nährböden 27 und 588 zu Sprossaustrieben aus der Knollenmitte und auf dem Nährboden 364 zur Organogenese in Form von Adventivsprossen. Nach ca. 6 Monaten wurde an zwei Mikroknollen, die sich auf dem Nährboden 364 gebildet hatten, ein Austrieb beobachtet, dem die Entwicklung einer Vielzahl von Langsprossen folgte. Den in vivo-Knollen vergleichbare in vitro-Knollen bildeten sich nur an den Langsprossen auf den Nährböden 364, 588 und 589, an denen sich nach Verdickung der Sprossbasis Safranknollen entwickelten. Ein Vergleich der Induktion von Safranknollen in vivo und in vitro zeigt, dass an den kultivierten Mutterknollen die höchste Anzahl von 8,67 Tochterknollen/Mutterknolle gebildet wurde. Bei den kultivierten Tochterknollen konnte nur eine Anzahl von 0,5 bzw. 0,875 Knollen pro Tochterknolle festgestellt werden. Die höchste Knollenzahl pro Explantat wurde in vitro auf dem Nährboden 589 bei einer LED-Beleuchtung von 35,44 µmol/m²/s erreicht, was 3,0 Knollen pro Explantat entspricht. Die Größe der in vitro Knollen variierte zwischen 2,5 cm und 5,1 cm mit einem Frischgewicht von 0,1952 g bzw. 1,62 g. Im Rahmen der In-vitro-Vermehrung von Safran konnten wesentliche Forschungsansätze zur Etablierung und Produktion von Safranknollen generiert werden. Obwohl die Qualität der Safranknollen als zufriedenstellend bewertet werden kann, erweist sich das entwickelte Verfahren aufgrund des asynchronen Verhaltens der In-vitro-Kulturen während der Vermehrungsphase, das mit einem häufigen Verlust des Potenzials zur Langsprossenproduktion einhergeht, noch nicht als Alternative zur konventionellen Vermehrung.

Berichtsdateien

Crocus sativus - Etablierung und Vermehrung von Safran in vitro

Abstract (deutsch)

Bei der In-vitro-Etablierung von Safran (Crocus sativus) bestätigte sich, wie bereits im Vorfeld vermutet, die hohe Belastung der Mutterknollen mit Pilzsporen und endophytischen Mikroorganismen. Die Etablierung von Tochterknollen aus ganzen Knollen und Knollenscheiben führte in Versuch I und Versuch II zu Etablierungserfolgen von 37 % bzw. 28 %. Im Versuch I konnten nach 11 Wochen an den Explantaten Kallus und Sprossorgane induziert werden. Im Versuch II kam es auf den Nährböden 27 und 588 zu Sprossaustrieben aus der Knollenmitte und auf dem Nährboden 364 zur Organogenese in Form von Adventivsprossen. Nach ca. 6 Monaten wurde an zwei Mikroknollen, die sich auf dem Nährboden 364 gebildet hatten, ein Austrieb beobachtet, dem die Entwicklung einer Vielzahl von Langsprossen folgte. Den in vivo-Knollen vergleichbare in vitro-Knollen bildeten sich nur an den Langsprossen auf den Nährböden 364, 588 und 589, an denen sich nach Verdickung der Sprossbasis Safranknollen entwickelten. Ein Vergleich der Induktion von Safranknollen in vivo und in vitro zeigt, dass an den kultivierten Mutterknollen die höchste Anzahl von 8,67 Tochterknollen/Mutterknolle gebildet wurde. Bei den kultivierten Tochterknollen konnte nur eine Anzahl von 0,5 bzw. 0,875 Knollen pro Tochterknolle festgestellt werden. Die höchste Knollenzahl pro Explantat wurde in vitro auf dem Nährboden 589 bei einer LED-Beleuchtung von 35,44 µmol/m²/s erreicht, was 3,0 Knollen pro Explantat entspricht. Die Größe der in vitro Knollen variierte zwischen 2,5 cm und 5,1 cm mit einem Frischgewicht von 0,1952 g bzw. 1,62 g. Im Rahmen der In-vitro-Vermehrung von Safran konnten wesentliche Forschungsansätze zur Etablierung und Produktion von Safranknollen generiert werden. Obwohl die Qualität der Safranknollen als zufriedenstellend bewertet werden kann, erweist sich das entwickelte Verfahren aufgrund des asynchronen Verhaltens der In-vitro-Kulturen während der Vermehrungsphase, das mit einem häufigen Verlust des Potenzials zur Langsprossenproduktion einhergeht, noch nicht als Alternative zur konventionellen Vermehrung.

Abstract (englisch)

The in vitro establishment of saffron (Crocus sativus) confirmed the high contamination of the mother tubers with fungal spores and endophytic microorganisms, as previously suspected. The establishment of daughter tubers from whole tubers and tuber discs led to establishment successes of 37 % and 28 % in Trial I and Trial II respectively. In trial I, callus and shoot organs were induced on the explants after 11 weeks. In trial II, sprouts were induced from the centre of the tuber on culture media 27 and 588 and organogenesis in the form of adventitious shoots was induced on culture medium 364. After approx. 6 months, sprouting was observed on two micro-tubers that had formed on culture medium 364, followed by the development of a large number of long shoots. In vitro nodules comparable to the in vivo nodules were only formed on the long shoots on culture media 364, 588 and 589, on which saffron nodules developed after thickening of the shoot base. A comparison of the induction of saffron tubers in vivo and in vitro shows that the highest number of 8.67 daughter tubers/mother tuber was formed on the cultivated mother tubers. In the cultivated daughter tubers, only 0.5 or 0.875 tubers per daughter tuber were found. The highest number of tubers per explant was achieved in vitro on culture medium 589 with LED illumination of 35.44 µmol/m²/s, which corresponds to 3.0 tubers per explant. The size of the in vitro tubers varied between 2.5 cm and 5.1 cm with a fresh weight of 0.1952 g and 1.62 g respectively. The in vitro propagation of saffron generated important research approaches for the establishment and production of saffron tubers. Although the quality of the saffron tubers can be assessed as satisfactory, the method developed has not yet proven to be an alternative to conventional propagation due to the asynchronous behaviour of the in vitro cultures during the propagation phase, which is associated with a frequent loss of the potential for long shoot production.

Autor/innen

Hristoforoglu, K.