Improving seagrass production for transplants - micropropagation, adventitious root development, and artificial substrates

Degradation of seagrass meadows is countered by restoration to secure the important ecosystem services they provide. Restoration outcomes are highly variable, and there are many failures. Restoration methods frequently require harvesting from remnant meadows, with associated ecological risks. In the temperate North Atlantic, Zostera marina, Cymodocea nodosa, and Zostera noltii are the most important seagrass species, and targets for restoration. I tested different transplant approaches to understand and improve seagrass restoration initiatives for these species. Zostera shoots were treated with 0.5 % NaOCl and successfully initiated into the in vitro growth environment for micropropagation. Z. noltii was maintained on enriched seawater media for up to 60 days, but Z. marina survived only 22 days. Mortality was likely related to yeast-like contamination. Cytokinin 6-benzylaminopurine (BAP) in five concentrations between 0.001 mg/L and 3 mg/L did not enhance shoot development in either species, but did maintain health. To assess the impact of transplantation on root development, health, and survival, seagrass shoots were transplanted with roots either removed or intact. This did not affect survival or health. Both Zostera species regrew adventitious root length and mass in only three weeks, but regrowth was almost completely absent in C. nodosa. Auxin Indole-3-butyric (IBA) did not enhance adventitious root development, but rather inhibited root development above 5 mg/L. Two tested seagrass transplant methods, sod and textile substrate, were equally successful and shoots demonstrated similar survival, height, leaf turnover and relative photosynthetic capacity. Sod methods, while popular and successful, are not possible without large donor populations, and their harvest threatens remnant meadows. The successful initiation of Zostera spp. provides high potential to micropropagate shoots for future restoration. Non-rooted shoots can survive transplantation and rapidly establish roots, and these can be integrated with textile substrates to create artificial planting units with similar restoration outcomes to sods.A degradação das pradarias de ervas marinhas é contrariada pela restauração de ecossistemas para garantir os importantes serviços ecossistémicos que elas fornecem. Os resultados da restauração são altamente variáveis e existem diversas falhas associadas. Os métodos de restauração requerem frequentemente a colheita de pradarias remanescentes com os derivados riscos ecológicos. No Atlântico Norte temperado, as espécies mais importantes e alvo de restauração são a Zostera marina, a Cymodocea nodosa, e a Zostera noltii. Nesta tese, foram testadas diferentes abordagens de transplantação para entender e melhorar iniciativas de restauração de ervas marinhas. Rebentos de Zostera spp. foram tratados com 0.5% NaOCI e iniciados com sucesso no ambiente de tratamento in vitro para micropropagação. Z. noltii pôde ser mantido em meios de água salgada enriquecida até 60 dias, enquanto que a Z. marina sobreviveu apenas 22 dias. Está mortalidade poderá estar relacionada com a contaminação por parte de organismos não-alvo de “tipo fermento”. Tentativas para estimular o crescimento de plantas através do teste de 6-benzylaminopurine (BAP) em cinco concentrações entre 0.001 mg/L e 3 mg/L não estimularam o desenvolvimento de rebentos em nenhuma das espécies. Porém, a sua saúde foi mantida. Para avaliar o impacto da transplantação no desenvolvimento das raízes, saúde da planta e sobrevivência, rebentos das três espécies foram transplantados com raízes removidas ou intactas, o que não afectou a sua sobrevivência ou saúde. Onde espécies de Zostera regeneraram comprimento e massa de raízes adventícias, a regeneração foi completamente ausente em C. nodosa. O factor de crescimento Indole-3-butyric (IBA) não aumentou o desenvolvimento de raízes adventícias, mas antes inibiu o desenvolvimento de raízes acima de 5 mg/L. Dois métodos de transplante, unidades de tipo “sod” e unidades de substrato têxtil, demonstraram resultados semelhantes de sobrevivência, peso, substituição de folhas e capacidade fotossintética relativa para as espécies testadas. O sucesso de futuros projetos de restauração é determinado, tanto pelo desempenho aquando de trabalho de campo, como também pelo seu custo e mão de obra associada. A bem-sucedida iniciação de Zostera spp. fornece alto potencial para micro-propagar rebentos para futura restauração. Rebentos sem raízes podem sobreviver à transplantação e rapidamente estabelecer raízes, e estes podem ser integrados com substratos têxteis para criar unidades de plantação artificiais com resultados de restauração para sods similares