Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2707
Title: Application of balloon type bubble bioreactor for micropropagation of Aloe barbadensis and Lilium hybrid
Other Titles: L'utilizzo dei bioreattori BTBB (Balloon Type Bubble Bioreactor) per la micropropagazione di ibridi di Lilium ed Aloe barbadensis
Authors: Cardona Suarez, Carolina Maria
Keywords: BTBB type;Ozone sterilization;Antioxidant enzymes;Growth dynamic;Nutrient utilization;Continuous immersion;Temporary immersion;Liquid medium;Sucrose concentration;Bioreattore BTBB;Sterilizzazione con ozono;Enzimi antiossidanti;Curva di crescita;Utilizzo dei nutrienti;Immersione continua;Immersione temporanea;Mezzo liquido;Concentrazione di saccarosio;AGR/04
Issue Date: 25-Nov-2013
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 25. ciclo
Abstract: 
The objective of the research was to improve the application of balloon type bubble bioreactor for
plant micropropagation of Lilium hybrid and Aloe barbadensis. Bioreactor provides optimum
growth conditions by regulating chemical or physical parameters to achieve either maximum yield
and high quality of the propagules, or to keep the production costs as low as possible by integration
of automated facilities and simple low-cost devices. The first experiment was performed in order to
describe a method for micropropagation of pollenless Asiatic hybrid lilies taking into consideration
the genotype, the culture medium and the scale size.
A plant micropropagation protocol for Lilium using an automated balloon type bubble bioreactor
(BTBB) was set up in a second experiment. Bulblets of Lilium (LA) hybrid “Brindisi” were grown
in two different culture methods: continuous immersion and temporary immersion (ebb and flood
system) in liquid medium. Results revealed that morphological traits and biomass accumulation
were more efficient when bulblets were cultured in continuous immersion bioreactor. In addition it
was found a technique to reduce the risk of contamination during bioreactor culture. This technique
includes the sterilization of Lilium clusters with sodium hypochlorite for 5-15 minutes before
setting up the bioreactor and the use of cefotaxime (0.50 mg ml -1) in the liquid medium.
Even it was examined the effect of ozone sterilization in bioreactor culture of Lilium. Moreover it
was examined the dynamic of Lilium bulblet growth for the optimum culture period. Results
indicated that the use of ozone in bioreactor culture of Lilium is an efficient instrument to eliminate
the high risk of contamination in the liquid substrate without the use of sophisticated technology
and with optimal morphological parameters of growth. Only low signs of oxidative stress were
observed in bulblets treated with ozone. The dynamic of bulblet growth revealed that cultured
Lilium for 30 days in 4 l balloon type bubble bioreactor system was the optimum culture period.
The influence of ozone treatments on in vitro propagation of Aloe barbadensis in continuous
immersion bioreactor was studied. Results provide experimental evidence that the use of ozono
inside the bioreactor for the micropropagation of A. barbadensis is a viable and efficient model for
automation and large-scale production of quality shoots.

La ricerca è stata indirizzata alla definizione di protocolli per l'utilizzo dei bioreattori BTBB
(Balloon Type Bubble Bioreactor) per la micropropagazione d’ibridi di Lilium ed Aloe barbadensis.
La coltura in bioreattori permette di ottimizzare l’ambiente di crescita attraverso il controllo dei
parametri chimici e fisici allo scopo di migliorare la resa in biomassa e la produzione di germogli di
qualità. Inoltre i bioreattori consentono una riduzione significativa dei costi della
micropropagazione mediante l'integrazione di impianti automatizzati e dispositivi semplici a basso
costo. Un primo esperimento ha avuto l’obiettivo di descrivere una metodologia di
micropropagazione impiegando d’ibridi asiatici di Lilium (L. x elegans Thunb), pollenless, tenendo
in considerazione il genotipo, la composizione del substrato e le dimensioni delle scaglie.
In un secondo esperimento per il Lilium, è stato definito un protocollo di micropropagazione
impiegando un bioreattore BTBB. Germogli di Lilium (ibrido Brindisi® del gruppo LA) sono stati
coltivati confrontando due metodi di coltura diversi: immersione continua ed immersione
temporanea (ebb and flood system) in mezzo liquido. I risultati evidenziano che la coltura dei
germogli con il metodo ad immersione continua ha permesso un miglioramento dei parametri
morfologici e un incremento dell'accumulo di biomassa rispetto al sistema ad immersione
temporanea. In aggiunta è stata individuata una tecnica per ridurre il rischio di contaminazioni
durante la coltura in bioreattore: tale tecnica prevede la sterilizzazione del materiale vegetale con
ipoclorito di sodio per 5-15 minuti prima dell’allestimento del bioreattore e l’utilizzo di cefotaxime
0,50 mg ml -1 nel substrato liquido di coltura.
Successivamente è stato valutato l'effetto di sterilizzazione con ozono sulla micropropagazione in
bioreattore per il Lilium. Allo scopo di determinare il tempo di coltura ottimale, é stata inoltre
eseguita la curva di crescita della produzione in bioreattore di germogli di Lilium. I risultati
indicano che l'uso di ozono nella coltura del Lilium in bioreattore è uno strumento efficace per
eliminare l’elevato rischio di contaminazioni del substrato liquido, senza l’impiego di tecnologie
sofisticate, e con ottimi parametri morfologici di crescita. Nei germogli trattati con ozono è stata
osservata una lieve sintomatologia indotta da stress ossidativo. Per un bioreattore BTBB con
volume di 4 litri, la curva di crescita dei germogli di Lilium ha evidenziato che il periodo di coltura
ottimale è di 30 giorni.
Per la specie Aloe barbadensis è stata studiata l’influenza dei trattamenti di ozono sulla
micropropagazione in bioreattori ad immersione continua. I risultati degli esperimenti evidenziano
che la propagazione in vitro di Aloe barbadensis con l'uso di ozono all'interno del bioreattore è un sistema efficiente, oltre che facile da gestire, per l’automatizzazione e la produzione a livello
industriale di germogli di qualità.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ortoflorofrutticoltura
URI: http://hdl.handle.net/2067/2707
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