Physiological and Ultrastructural Responses of Sweet Potato cv. Campina to Sodium Selenite During in vitro Micropropagation

Abstract

Selenium (Se) is an essential micronutrient involved in antioxidant protection, immune regulation, and human metabolic health. However, Se deficiency affects nearly 15% of the global population, reinforcing the need for effective biofortification strategies. This study evaluated the physiological and ultrastructural responses of Ipomoea batatas L. cv. Campina plantlets cultured in vitro under increasing sodium selenite concentrations. Nodal segments were grown on Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with 0, 5, 10, 15, 20, or 25 µM Se in a completely randomized design with seven replicates. After 30 days, shoot length, leaf number, senescence, biomass, and Se accumulation were quantified. Shoot elongation remained highest in the control and at 5–15 µM Se, while green leaf number and fresh biomass peaked at 5 µM. Senescent leaves increased markedly at 25 µM, and dry biomass was greatest in the control and 5 µM treatments. Selenium accumulation increased proportionally with external concentrations. Moderate supplementation (5 µM) enhanced growth and maintained epidermal integrity, whereas higher doses induced reduced biomass, leaf senescence, and stomatal deformation. These findings demonstrate that controlled Se supplementation during micropropagation is an effective strategy for producing Se-enriched sweet potato plantlets with predictable mineral content, supporting their use in nutritional and functional food applications.

Keywords: Selenium Biofortification. Ipomoea batatas. Plant Tissue Culture. Ultrastructure. In vitro Propagation.

Resumo

O selênio (Se) é um micronutriente essencial envolvido na proteção antioxidante, na regulação do sistema imunológico e na manutenção da saúde metabólica humana. Entretanto, a deficiência de Se afeta cerca de 15% da população mundial, reforçando a necessidade de estratégias eficazes de biofortificação. Este estudo avaliou as respostas fisiológicas e ultraestruturais de brotações de Ipomoea batatas L. cv. Campina cultivadas in vitro sob concentrações crescentes de selenito de sódio. Segmentos nodais foram cultivados em meio Murashige e Skoog (MS) suplementado com 0, 5, 10, 15, 20 ou 25 µM de Se, em delineamento inteiramente casualizado com sete repetições. Após 30 dias, foram quantificados o comprimento da parte aérea, o número de folhas verdes e senescentes, a biomassa fresca e seca e o acúmulo de Se. O alongamento dos brotos permaneceu maior no controle e entre 5 e 15 µM de Se, enquanto o número de folhas verdes e a biomassa fresca atingiram seus maiores valores em 5 µM. As folhas senescentes aumentaram significativamente em 25 µM, e a biomassa seca foi maior no controle e em 5 µM. O acúmulo de selênio aumentou proporcionalmente às concentrações externas. A suplementação moderada (5 µM) promoveu o crescimento e manteve a integridade epidérmica, enquanto doses superiores reduziram a biomassa, intensificaram a senescência foliar e causaram deformações estomáticas. Esses resultados demonstram que a suplementação controlada de Se durante a micropropagação é uma estratégia eficaz para produzir mudas de batata-doce biofortificadas com conteúdo mineral previsível, apoiando seu uso em aplicações nutricionais e alimentos funcionais.

Palavras-chave: Biofortificação com Selênio. Ipomoea batatas. Cultura de Tecidos Vegetais. Ultraestrutura. Propagação in Vitro.