DEVELOPMENT OF EFFICIENT PROTOCOL FOR CHRYSANTHEMUM PROPAGATION BY USING TEMPORARY IMMERSION, MICROPONIC AND HYDROPONIC SYSTEMS

Abstract

Chrysanthemums are economically important cut flowers in Thailand and globally. Currently, most industrial-scale chrysanthemum propagation relies on traditional tissue culture based on semi-solid media. In this research, modern cultivation technology was used to develop more efficient means to propagate chrysanthemums. During the multiplication stage of in vitro propagation, factors affecting the growth of chrysanthemums cultivar ‘WG’ were investigated. The single node explants were cultured on ¼ MS, ½ MS, and MS semi-solid media supplemented with 0, 0.25, 0.50, and 1.00 mg/L of 6-benzylaminopurine (BAP). After 8 weeks, it was found that all treatments yielded the same number of new shoots, i.e., 1 shoot per explant, while the number of nodes per shoot was also not statistically different. Interestingly, the non-supplemented ½ MS semi-solid medium exhibited the highest shoot length, number of nodes per shoot, and shoot fresh weight of 7.36 cm, 7.40 nodes per shoot, and 333.07 mg, respectively. Further, the influence of the culture systems was also examined. Single node explants were cultured in a growth regulator-free ½ MS medium in a twin-flasks temporary immersion system (TIS) that fed liquid medium every 24 h for 4, 5, and 6 min each time. We compared the TIS to the semi-solid medium cultures. After 8 weeks, it was showed that the TIS liquid feeding every 24 h for 5 min was the most efficient as it led to the highest number of shoots per explant (1.40 shoots per explant), the number of nodes per shoot (10.10 nodes), and the shoot fresh weight (841.67 mg). These numbers were 1.40, 1.42, and 2.53-fold increases, respectively, compared to the semi-solid media counterparts. However, the hyperhydricity (50%) was found to be abnormal with the 6-min liquid medium feeding every 24 h. The influence of the culture systems also compared during the in vitro rooting phase. Single node explants were cultured in a semi-solid medium and TIS system using ½ MS medium supplemented with 0, 0.05, 0.10, 0.50, or 1.00 mg/L of 1-naphthaleneacetic acid (NAA). When cultured for 4 weeks, we found the growth regulator-free TIS culture to be the most suitable method. It enabled rooting as soon as 7.50 days and led to the highest numbers in terms of root length, plant height, number of leaves per explant, and fresh weight of the plants (13.20 cm, 5.37 cm, 5.40 leaves per plant, and 379.04 mg, respectively). To evaluate the rooting under a microponic system, the shoot explants were submerged in 0, 100, 250, 500, and 1000 ppm of NAA solution before being cultured in ½ MS liquid medium without added sugar or growth regulators for 4 weeks. As a result, we found the NAA-free (non-treated) plants with the highest survival rate of 77.78% and the fastest rooting time of 7.30 days. Additionally, they had the longest root length, plant height, number of leaves per explant, and the highest fresh weight of 13.31 cm, 4.79 cm, 5.86 leaves per plant, and 93.30 mg, respectively. Furthermore, we explored the influence of the number of ventilation holes in the microponics system by comparing the 4-week growth of the plants in the system with 0, 1, 3, and 5 holes. We found that using a microponic system with 5 ventilation holes gave the best results. This system yielded the highest percentage of plant survival, root length, plant height, number of leaves per plant, and fresh weight of 100%, 14.66 cm, 6.19 cm, 6.43 leaves per plant, and 162.60 mg, respectively. Finally, when acclimatizing the rooted chrysanthemum plants from semi-solid media, TIS, and microponic systems in the greenhouse vs. hydroponic cultivation for 8 weeks, we found a 100% survival rate of those acclimatized under the hydroponic system. In contrast, the survival percentage decreased to 66.67-73.33% when acclimatized under the canonical greenhouse system. Using rooted plants from TIS cultures under hydroponic cultivation maximized the plant height, number of leaves per plant, and fresh weight to 13.64 cm, 10.70 leaves per plant, and 4667.72 milligrams, respectively. The results can be used as a guideline for optimizing chrysanthemum production using a combination of TIS, microponics, and hydroponics systems.

เบญจมาศเป็นไม้ตัดดอกเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทยและในระดับโลก ในปัจจุบันการขยายพันธุ์เบญจมาศในระดับอุตสาหกรรมส่วนใหญ่อาศัยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแบบดั้งเดิม คือ อาหารกึ่งแข็ง ในงานวิจัยนี้ใช้เทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงที่ทันสมัยเพื่อพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการขยายพันธุ์เบญจมาศ ในขั้นตอนการขยายพันธุ์ด้วยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อระยะการเพิ่มปริมาณยอดได้ศึกษาปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของเบญจมาศพันธุ์ WG โดยนำชิ้นส่วนข้อเดี่ยวมาเพาะเลี้ยงบนอาหารกึ่งแข็งสูตร ¼ MS, ½ MS และ MS ที่เติม 6-benzylaminopurine (BAP) 0, 0.25, 0.50 และ 1.00 มิลลิกรัมต่อลิตร เมื่อเพาะเลี้ยงเป็นระยะเวลา 8 สัปดาห์ พบว่า ทุกกรรมวิธีเกิดยอดใหม่เท่ากัน คือ 1.00 ยอดต่อชิ้นส่วน และมีจำนวนข้อต่อยอดไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ โดยอาหารกึ่งแข็งสูตร ½ MS ที่ไม่เติมสารควบคุมการเจริญเติบโตทำให้ยอดมีความสูง จำนวนข้อต่อยอด และน้ำหนักสดของยอดมากที่สุด คือ 7.36 เซนติเมตร, 7.40 ข้อต่อยอด และ 333.07 มิลลิกรัม ตามลำดับ นอกจากนี้ได้เปรียบเทียบผลของระบบเพาะเลี้ยง โดยนำชิ้นส่วนข้อเดี่ยวมาเพาะเลี้ยงด้วยอาหารสูตร ½ MS ที่ปราศจากสารควบคุมการเจริญเติบโต และใช้ระบบจมชั่วคราว (temporary immersion system: TIS) แบบขวดแฝดที่ให้อาหารเหลวทุก 24 ชั่วโมง ครั้งละ 4, 5 และ 6 นาที เปรียบเทียบกับการเพาะเลี้ยงบนอาหารกึ่งแข็ง เมื่อเพาะเลี้ยงเป็นระยะเวลา 8 สัปดาห์ ผลปรากฏว่า การให้อาหารเหลวทุก 24 ชั่วโมง ครั้งละ 5 นาที มีความเหมาะสมที่สุด โดยทำให้มีจำนวนยอดต่อชิ้นส่วน จำนวนข้อต่อยอด น้ำหนักสดของยอดสูงที่สุด คือ 1.40 ยอดต่อชิ้นส่วน, 10.10 ข้อต่อยอด และ 841.67 มิลลิกรัม ตามลำดับ ซึ่งเพิ่มขึ้น 1.40, 1.42 และ 2.53 เท่า ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับการเพาะเลี้ยงด้วยอาหารกึ่งแข็ง อย่างไรก็ตามพบการฉ่ำน้ำ (50%) เป็นลักษณะที่ผิดปกติเฉพาะการให้อาหารเหลวทุก 24 ชั่วโมง ครั้งละ 6 นาที ในระยะชักนำให้ออกรากในสภาพปลอดเชื้อได้เปรียบเทียบผลของระบบเพาะเลี้ยงด้วยเช่นกัน โดยนำชิ้นส่วนข้อเดี่ยวมาเพาะเลี้ยงด้วยอาหารกึ่งแข็งและระบบ TIS ใช้อาหารสูตร ½ MS หรือเติม 1-naphthaleneacetic acid (NAA) 0, 0.05, 0.10, 0.50 และ 1.00 มิลลิกรัมต่อลิตร เมื่อเพาะเลี้ยงเป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ พบว่า การเพาะเลี้ยงด้วยระบบ TIS โดยไม่เติมสารควบคุมการเจริญเติบโตมีความเหมาะสมที่สุด โดยสามารถชักนำให้ออกรากได้เร็วที่สุด คือ 7.50 วัน และยังทำให้มีความยาวราก ความสูงต้น จำนวนใบต่อต้น และน้ำหนักสดของต้นมากที่สุด คือ 13.20 เซนติเมตร, 5.37 เซนติเมตร, 5.40 ใบต่อต้น และ 379.04 มิลลิกรัม ตามลำดับ สำหรับการทดสอบการชักนำให้ออกรากในระบบไมโครโพนิกส์ได้นำชิ้นส่วนยอดแช่สารละลาย NAA 0, 100, 250, 500 และ 1000 ppm ก่อนนำไปเพาะเลี้ยงในระบบไมโครโพนิกส์ที่มีอาหารเหลวสูตร ½ MS ซึ่งไม่เติมน้ำตาลและสารควบคุมการเจริญเติบโตเป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ พบว่า ชิ้นส่วนยอดที่ไม่ได้แช่สารละลาย NAA มีอัตราการรอดชีวิตของต้นสูงที่สุด คือ 77.78% และออกรากได้เร็วที่สุด คือ 7.30 วัน และยังมีความยาวราก ความสูงต้น จำนวนใบต่อต้น และน้ำหนักสดของต้นมากที่สุด คือ 13.31 เซนติเมตร, 4.79 เซนติเมตร, 5.86 ใบต่อต้น และ 93.30 มิลลิกรัม ตามลำดับ นอกจากนี้ได้เปรียบเทียบผลของจำนวนรูระบายอากาศในระบบไมโครโพนิกส์ ได้แก่ 0, 1, 3 และ 5 รู เมื่อเพาะเลี้ยงชิ้นส่วนยอดเป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ พบว่า การใช้ระบบไมโครโพนิกส์ที่มีจำนวนรูระบายอากาศ 5 รู ให้ผลดีที่สุด โดยทำให้มีเปอร์เซ็นต์การรอดชีวิตของต้น ความยาวราก ความสูงต้น จำนวนใบต่อต้น และน้ำหนักสดของต้นมากที่สุด ที่สุด คือ 100%, 14.66 เซนติเมตร, 6.19 เซนติเมตร, 6.43 ใบต่อต้น และ 162.60 มิลลิกรัม ตามลำดับ เมื่อนำต้นเบญจมาศที่ออกรากจากการเพาะเลี้ยงด้วยอาหารกึ่งแข็ง ระบบ TIS และระบบไมโครโพนิกส์มาอนุบาลในโรงเรือนเปรียบเทียบกับระบบไฮโดรโพนิกส์เป็นระยะเวลา 8 สัปดาห์ ผลปรากฏว่า ต้นที่อนุบาลในระบบไฮโดรโพนิกส์ทั้งหมดมีเปอร์เซ็นต์การรอดชีวิตสูงถึง 100% ในขณะที่ต้นที่อนุบาลในโรงเรือนมีเปอร์เซ็นต์การรอดชีวิตลดลง คือ 66.67-73.33% โดยการใช้ต้นที่ออกรากจากการเพาะเลี้ยงด้วยระบบ TIS และอนุบาลในระบบไฮโดรโพนิกส์ทำให้มีความสูงต้น จำนวนใบต่อต้น และน้ำหนักสดของต้นมากที่สุด คือ 13.64 เซนติเมตร, 10.70 ใบต่อต้น และ 4667.72 มิลลิกรัม ตามลำดับ ผลการศึกษาที่ได้สามารถใช้เป็นแนวทางการเพิ่มประสิทธิการผลิตต้นพันธุ์เบญจมาศจากการใช้เทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงด้วยระบบ TIS ระบบไมโครโพนิกส์ และระบบไฮโดรโพนิกส์ผสมผสานกัน