This paper reported the establishment of mass production system of adventitious roots of Eleutherococcus sessiliflorus through the shake flask and bio-reactor culture. Induction of adventitious roots was started from the explants of germinated somatic embryos on half-strength Murashing and Skoog (MS) solid medium. The frequency of adventitious root formation was better in the explants comprising the basal hypocotyl parts than root explants alone. Among the different auxins tested (NAA, IBA and IAA), frequency of adventitious root induction was highest on medium with 0.5 mg/L NAA, and produced $16.3\pm1.9$ roots per explant. In shake-flask culture, deletion of $NH_4NO_3$ of MS medium was effective for induction of adventitious root compared with both full and half-strength MS media. Fresh weight increase of induced adventitious roots was performed well in medium with 0.5 mg/L IBA. When adventitious roots produced in shake-flask culture were transferred to 10-liter bioreactor, 5.5 times of fresh weight increase was gained after one month of culture. HPLC analysis revealed that the amount of eleutheroside E and E1 was higher in in vitro cultured adventitious roots than the 3 year-old field cultivated root barks of Eleutherococcus sessiliflorus. The content of eltutheroside B was much lower in adventitious roots than that of field cultivated one.
An adventitious root formation protocol from Smilax china L. was established for in vitro production of dioscin, a steroidal saponin having various bioactivities such as anticancer, antifungal, antiviral, and antiobesity. Optimal medium for root initiation from leaf explant was MS medium containing $30\;g{\cdot}L^{-1}$ of sucrose supplemented with $1.0\;mg{\cdot}L^{-1}$ kinetin + $2.0\;mg{\cdot}L^{-1}$ NAA. The induction of adventitious roots from in vitro initiated root segments was most favorable to MS liquid medium with $0.1\;mg{\cdot}L^{-1}$ kinetin + $2.0\;mg{\cdot}L^{-1}$ NAA. Among the 20 different adventitious roots originated from different plants, strain No. 10 was selected based on production ability of dioscin, and its stability through the successive suspension culture. The maximum growth stage of adventitious roots was noticed at 5 weeks after subculture while that of dioscin production in the adventitious root was at 7 weeks after subculture in suspension culture system. These results provide that suspension culture of adventitious roots of Smilax china L. have a potential for in vitro mass production of dioscin.
Medicinal plants are high-value natural resources that have been used as precautionary drugs by many people globally. The increasing global demand for bioactive compounds from medicinal plants has led to the overexploitation of many valuable species. One widely used approach to overcome this problem is the use of adventitious root cultures as a propagation strategy. This review examines the scientific research published globally on the application of adventitious root cultures for many medicinal plants. Adventitious roots generated under aseptic environments in suitable phytohormone-augmented medium exhibit high growth rates and production of important secondary metabolites. Parameters such as medium properties and composition, growth hormone type, and elicitation strategies for in vitro grown adventitious roots of medicinal plants, are the main topics discussed in this review. We also examine current developments in bioreactor system cultivation for plant bioactive compounds using adventitious root cultures, a technology with possible commercial applications, via several studies on adventitious root culture of medicinal plants in which bioreactor systems play a role. In conclusion, the development of adventitious root cultures for medicinal plants is highly useful because of their capability for vegetative propagation and germplasm preservation.
We have established adventitious root culture systems of Codonopsis lanceolata, Codonopsis pilosula and Codonopsis ussuriensis. Root segments of C. lanceolata were the best explants for induction of adventitious roots and the number of adventitious root for explant was highest on solid medium with $0.5mg/{\ell}$ NAA and produced $18.8{\pm}1.9$ roots per explant. Root segments of C. pilosula were the best explants for induction of adventitious roots and the number of adventitious root for explant was highest on solid medium with $1.0mg/{\ell}$ NAA and produced $8.5{\pm}1.8$ roots per explant. Leaf segments of C. ussuriensis were the best explants for induction of adventitious roots and the number of adventitious root for explant was highest on solid medium with $0.5mg/{\ell}$ NAA and produced $7.8{\pm}0.4$ roots per explant. In liquid culture, the best production of adventitious root (fresh weight) was obtained in 1/2 MS medium with $1.0mg/{\ell}$ NAA. This study demonstrated for the first time to produce adventitious roots in C. pilosula and C. ussuriensis.
Micropropagation and adventitious root production via the culture of Polygonatum odoratum were performed. Stem segments of seedlings of Polygonatum odoratum were the most efficient explants for adventitious shoot formation compared to leaf and root segments. Exogenous cytokinin treatment was required for adventitious shoot formation. Among the cytokinin (BA, Kinetin and Zeatin) tested, BA was most effective for shoot formation from stem segments. Auxin (NAA or IBA) in combination with cytokinin significantly enhanced adventitious shoot formation. Twenty five percent of explants produced adventitious shoots on medium with 2.0 mg/L BAP alone, while 83% of explants produced adventitious shoots on medium with the combination of 2.0 mg/L BAP and 0.1 mg/L IBA. Rooting of adventitious shoots was achieved after transferring to 112 MS medium supplemented with 0.1 mg/L IBA and 0.5 mg/L zeatin. When stem segments were cultured on MS medium with various kinds of auxin (IBA, NAA and 2,4-D), adventitious roots were formed from callus. frequency of adventitious root formation was highest in 2,4-D than NAA and IBA. When roots were in clusters together with parental stem segments, growth of roots actively occurred in hormone-free MS liquid medium. The above results represent that possible application for the mass production of roots and plantlets through in vitro culture system of Polygonatum odoratum.
We have investigated that a couple of soft ferrite ceramic powders having a spinal structure have shown the effect on growth and secondary metabolites production of some medicinal plants cultured in vitro. The addition of the ceramic powders as bare state to culture medium has stimulated the growth of Achyranthes japonica callus and plantlet, adventitious root of Hyoscyamus niger and Platycodon grandiflorum hairy root about 65, 75, 150 and 50%, respectively. Whereas Centella asiatica callus and plantlet, Scopolia parviflora hairy root, and Hyoscyamus albus adventitious root were not affected markedly. Moreover, the ceramic powder has enhanced the growth of H. niger adventitious roots even under conditions of irradiating alone without any direct contact between ceramic powder and media. Based on growth stimulation effect, the ceramic powders have enhanced the gross production of tropane alkaloid in H. niger adventitious root, and polyacetylene in P. grandiflorum hairy root about 35 and 30%, respectively.
Jang, Young Se;Cui, Hai Yan;Lee, Eun Jung;Kim, Hae Won;Paek, Kee-Yoeup
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.20
no.6
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pp.479-486
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2012
The production of adventitious roots derived from root explant of Echinacea angustifolia and its secondary metabolite content were assessed in different types and levels of auxin. The induction of adventitious roots from root explant cultured in Murashige and Skoog solid medium supplemented with 1.0 mg/L indole -3-butyric acid (IBA) attained highest as 20.87 mg fresh weight and 3.07 mg dry weight per culture but root suspension culture at the same concentration of IBA enhanced biomass production as 3.07 g fresh weight and 0.38 g per culture after 4 weeks in culture. 3.0 mg/L ${\alpha}$-naphthalene acetic acid (NAA) treatment had similar effect on root biomass production as 3.07 g fresh weight and 0.38 g per culture with liquid suspension culture, whereas adventitious roots exposed to over 3.0-5.0 mg/L IBA or 5.0 mg/L NAA were less responsive by reducing the number of adventitious roots and/or changing root morphology such as short and thick. The content of secondary metabolites such as phenolic, flavonoids and total caffeic acid in adventitious roots cultured on MS medium supplemented with 1.0 mg/L IBA were attained highest as 27.20, 9.60. 10.67 mg/g dry weight, respectively. Overall, the best production of root biomass and secondary metabolites were given by 1.0 mg/L IBA.
This work was carried out to establish adventitious root culture system in three Panax species (wild-grown P. ginseng, P. quinquefolium, and P. japonicum) to analyze their ginsenoside productivity. Adventitious roots were induced directly from segments of seedlings after cultured on MS(Murashige andSkoog 1962) solid medium containing 3.0 mg/l IBA. Omission of $NH_4NO_3$ from the medium greatly enhanced both the frequency of adventitious root formation and number of roots per explants in all the three Panax species. However, elongation of post-induced adventitious roots was enhanced on medium with $NH_4NO_3$. Two-step culture protocol: $NH_4NO_3$-free medium for first two weeks of culture, followed by $NH_4NO_3$ containing medium for further 4 weeks, greatly enhanced the fresh weight increase of adventitious roots in all the three ginseng species. The fresh weight of adventitious roots was high in P. quinquefolium and low in P. ginseng, followed by P. japonioum regardless of the composition of medium. Pattern and content of ginsenosides in adventitious roots differed among the three Panax species. Total ginsenoside content of adventitious roots in P. quinquefolium, P. ginseng, and p. japonicum was 8.03, 15.7 and 1.2 mg/g dry weight, respectively. Among the three speices, adventitious roots in P. quinquefolium produced hig-hamount of ginsenosides. The pattern of ginsenoside fractions between P. ginseng and P. quinquefolium was similar but the amount of ginsenoside differed between the two, While, in P japonicum, total ginsenoside content was very low and some ginsenosides such as ginsenoside Rb2 and Rf were not detected. Conclusively, we demonstrate that same culture condition was required for induction and elongation of adventitious roots of three ginseng species but growth of adventitious roots and their ginsenoside production were different among them.
In order to survey anthraquinone productivity from in vitro root culture, transformed hairy roots of Rumex crispus were induced from leaf segments by infection with Agrobacterium rhizogenes strain $A_4$ and compared with adventitious roots. The optimum condition of adventitious root formation from leaf segments was 5 $\mu$M NAA added to MS medium. Mannopine was detected in the extract of hairy roots by paper electrophoresis, but not in adventitious roots. Secondary root tips of both adventitious roots and hairy roots elongated without lateral root branching in hormone free MS medium, but primary root tips showed more rapid growth with extensive lateral root branching. MS basal medium was the best for growth of the adventious roots and hairy roots for anthraquinone content. Adventitious root tips and hairy root tips cultured in liquid MS medium supplemented with 0.05 $\mu$M NAA and 0.1 $\mu$M kinetin (contained 5% sucrose) showed the maximal growth and anthraquinone content. Anthraquinone content of hairy roots was increased by the culture periods, but was reduced after 25 days of culture.
The potency of adventitious root initiation was investigated in relation with germination days and ike end of culture days healed with root induction medium on the initiation of adventitious roots from explants of soybean (Glycine max L.) cotyledon. Also, the changes in the pattern of protein profiles related with adventitious mot initiation have been examined by two-dimensional polyauyl-amide gel elecoophoresis during the germination and the initiation of adventitious roots. The potency of adventitious root initiation from germinated cotyledons was high after 4 days, and adventitious roots were initiated from after 4 days and very high after 6 days healed with mot induction medium There was a reproducible quantitative change in 34 specific protein spots during germination and adventitious root initiation. A necessary basic protein for adventitious root initiation with rotative molecular weight of 27 kD was induced during the germination. And three basic protein groups with relative molecular weight 22 kD, 23 kD and 33 kD, and two acidic protein groups with relative molecular weight 27kD and 29 kD were induced during the initiation of adventitious roots.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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