Comparison of the rheological and diffusion properties of some gelling agents and blends and their effects on shoot multiplication

Abstract

The rheological and diffusion properties of blends of agar/guar gum, agar/Phytagel and Phytagel/guar gum were analysed and compared to those properties of agar or Phytagel applied alone at two different gelling concentrations. Moreover, their effects on the shoot multiplication of the apple scion Galaxy and two black locust clones (SF63, SF82) were studied, and their cost benefits over agar were calculated. Elastic hydrogel formation was demonstrated for each blend by rheological measurements, but the gel strength depended on the types and concentrations of the applied gelling agents and blends. Guar gum was able to speed the diffusion in the different blends, and diffusion was independent of gel strength. The rate of shoot multiplication increased (to 8.9 shoots per explant) and the percent of hyperhydrated shoots decreased (to 12%) when the blend of agar/guar gum was used for the shoot multiplication of apple. Similarly, the highest multiplication rates of black locust clones (between 3.9 and 4.1) were obtained on media solidified by blends containing guar gum. The best shoot performance with the lowest percent of hyperhydrated shoots (11-12% in SF63 and 2-23% in SF82) was achieved using agar alone or the agar/guar gum blend. The shoot multiplication was improved of both species and the production cost was reduced by 42% by using the agar/guar gum blend.

Biochemical and morpho-anatomical analyses of strawberry vitroplants hyperhydric tissues affected by BA and gelling agents

“…Likewise, the replacement of agar by Phytagel ® induced hyperhydricity in shoots of Prunus avium (Franck et al 1997). Conversely, for apple, agar supported the shoot proliferation associated with the lowest percentages of hyperhydrated shoots (Dobránszki et al 2011).…”

A Galactomannan-Driven Enhancement of the In Vitro Multiplication Rate for the Marubakaido Apple Rootstock (Malus prunifolia (Willd.) Borkh) is Not Related to the Degradation of the Exogenous Galactomannan

“…This modest enhancement in the multiplication rate was paralleled by a significant reduction in the number of hyperhydrated apple shoots and no change in the number of hyperhydrated black locust shoots. These morphological changes were related to reduced gel strength as shown by analysis of the elastic and viscous moduli, and dynamic viscosity [24]. Summarizing the reports on the effect of different sources of galactomannans on the in vitro-grown Marubakaido shoots, we found that partial replacement of agar by a galactomannan from S. paraybae led to a significant growth enhancement of Marubakaido shoots (this study), while partial replacement of agar by guar gum or galactomannan from C. fastuosa, resulted in no significant effect or inhibited elongation, respectively [23].…”

“…In addition, shoots grown in culture medium containing galactomannan from C. fastuosa presented shorter length, when compared to shoots grown in culture medium in which agar was the only gelling agent. More recently, partial replacement of agar by guar gum has been shown to enhance the multiplication rate for the apple (Malus domestica Borkh) scion cultivar Galaxy and two black locust (Robinia pseudoacacia) clones (SF82 and SF63), tough the enhancement was in the 10-11% range [24]. This modest enhancement in the multiplication rate was paralleled by a significant reduction in the number of hyperhydrated apple shoots and no change in the number of hyperhydrated black locust shoots.…”

Efecto De Diferentes Agentes Gelificantes en La Germinación Y Desarrollo in Vitro De Plántulas De Echinocactus Platyacanthus Link Et Otto (Cactaceae)

“…Se conocen como agentes gelificantes a los componentes del medio de cultivo que se utilizan para que éste permanezca en un estado semisólido y que proporciona sostén al explante. El agar es una mezcla de polisacáridos que se extraen de las paredes de las algas rojas Pterocladia, Gelidiella (McLachan, 1985citado por Babbar y Jain, 1998Montilla-Escudero et al, 2011) debido a sus propiedades físico-químicas es el agente gelificante más utilizado en el cultivo de microorganismos y plantas (Amer, 1982;Singha, 1982;Jain y Babbar, 2002;Babbar et al, 2005;Jain y Babbar, 2006;Dobránszki et al, 2011;Montilla-Escudero et al, 2011), pero es el componente más caro en la preparación del medio de cultivo (Jain y Babbar, 2002;Babbar et al, 2005), ya que incrementa en un 70% el costo total del medio (Prakash, 1993 citado por Mohamed et al, 2010). Por lo que se han realizado estudios buscando agentes gelificantes menos costosos y relativamente puros, entre ellos están Agarosa y AgarGel compuesto de polisacáridos obtenidos de Gelidiun, Gracillaria (Dobránszki et al, 2011); Gellam gum y Gelrite o Phytagel son heteropolisacáridos secretados por bacterias del género Sphinogomonas (Bajaj et al, 2007) o producto de la fermentación de varias especies de Pseudomonas (Shungu et al, 1983); Isubgol, proviene del mucílago de las semillas de Plantago ovata (Babbar y Jain, 1998); gum Katira, goma insoluble derivado de la corteza de Cochlospermum religiosum (Jain y Babbar, 2002), Xanthan gum, polisacárido producido por Xanthomonas campestris (García-Ochoa et al, 2000;Jain y Babbar, 2006) algunos proveen claridad de los geles y bajos costos (Podwyszynska y Olszewski, 1995).…”

“…En cactáceas la germinación y propagación in vitro se realiza utilizando preferentemente agar bacteriológico (Pérez-Molphe-Balch et al, 1998;Choreño-Tapia et al, 2002;Pérez-Molphe-Balch et al, 2002;Retes-Pruneda et al, 2007) y pocas veces con Phytagel (Santos et al, 2001;Ruvalcaba-Ruiz et al, 2010). Se considera que los agentes gelificantes no deben intervenir en el crecimiento y desarrollo del material inoculado (Pérez-Molphe-Balch et al, 1999;Montilla-Escudero et al, 2011), aunque se ha podido observar en diferentes estudios que el agar no es inerte fisiológicamente, dependiendo de su origen y en el proceso de purificación pueden quedar impurezas minerales y orgánicas (Szabados et al, 1993;Dobránzki et al, 2011) que modifican las características químicas y físicas del medio de cultivo (Debergh, 1983) y pueden afectar significativamente el desarrollo de los tejidos puesto que posee cantidades variables de sustancias inhibidoras o estimulantes del crecimiento (Amer, 1982;Singha, 1982;Gulsen y Dumanoglu, 1991;Ladyman y Girad, 1992;Saglam y Cifici, 2010;Veitía et al, 2012), así mismo le confiere diferentes particularidades en el potencial hídrico que permitirán una mayor o menor toma de agua y nutrimentos al tejido, que se reflejará en las características fisiológicas y morfológicas del explante, causando hiperhidratación y necrosis (Chacón et al, 2000;Cárdenas y Villegas, 2002;Dobránszki et al, 2011;Veitía et al, 2012). Los objetivos del presente trabajo fueron analizar el efecto de cuatro diferentes agentes gelificantes en la germinación y desarrollo in vitro de plántulas de Echinocactus platyacanthus (Cactaceae), determinar si el medio con los distintos agentes gelificantes después de tres meses de incubación modifica su potencial hídrico y evaluar el contenido de clorofilas en las plántulas provenientes de los medios gelificados con los diferentes agentes.…”