Propagation and cultivation of the local Cretan endemics Petromarula pinnata and Campanula pelviformis as new ornamental-multipurpose species

Abstract

This doctoral thesis establishes a comprehensive, multi-disciplinary scientific framework for the conservation-oriented domestication and sustainable exploitation of two neglected and underutilized Cretan endemic plants (NUPs), Campanula pelviformis and Petromarula pinnata. Both species exhibit exceptional ornamental, agro-alimentary, and medicinal value, yet face threats from uncontrolled wild harvesting. The research initially investigated sexual propagation by utilizing Geographic Information Systems (GIS) to generate bioclimatic profiles, which confirmed their strict adaptation to Mediterranean conditions. Seed trials revealed that both species achieve optimal germination strictly between 10 and 15°C. Germination is heavily suppressed at 25°C, preventing premature seedling emergence during severe Mediterranean summer droughts. Furthermore, seeds demonstrated complete indifference to light, reflecting an evolutionary adaptation to deep limestone crevices. Freshly collected seeds also exhibited a dormancy alleviated through dry storage, alongside significant intraspecific altitudinal divergence. To overcome potential biological limitations of seeds and ensure commercial phenotypic uniformity, highly effective asexual propagation protocols were successfully established, yielding rooting capacities exceeding 90%. P. pinnata demonstrated exceptionally straightforward rooting responses, which were maximized with indole-3-butyric acid (IBA), while C. pelviformis optimized root development through a complex, combined application of IBA alongside an environmentally friendly biostimulant. For rapid, pathogen-free commercial scaling, an efficient in vitro tissue culture protocol was also created. The targeted application of specific plant growth regulators (especially cytokinins like BA) combined with precise evaluations of LED light spectra, such as red light promoting shoot elongation, significantly optimized in vitro shoot proliferation and root induction, yielding ex vitro acclimatization survival rates above 90%. During the critical transition to pilot container cultivation, the physical and chemical properties of a highly porous organic peat and perlite substrate consistently maximized vegetative growth, leaf production, and flowering for both species compared to unamended soils. Regarding macro and micro-nutrients analysis, the species displayed distinct and complex physiological behaviors. C. pelviformis effectively utilized integrated nutrient management (INM) to mitigate nitrogen deficiencies and bypass soil calcium antagonism. Conversely, P. pinnata was not affected by fertilization treatments, thereby necessitating conservative, low-input biostimulant or INM strategies. The cultivation trials also highlighted significant intraspecific variability, emphasizing the need to strategically select elite, high-performing populations.Furthermore, an evaluation of the postharvest physiology of their cut inflorescences validated their high floricultural potential. P. pinnata demonstrated extraordinary inherent robustness, maintaining an extended vase life of over 19 days in plain deionized water, confirming its suitability as a robust, low-input commercial cut flower. Meanwhile, C. pelviformis proved more hydration-dependent and benefited significantly from commercial holding solutions like FloraLife®, which maximized solution uptake, maintained petal coloration stability, and extended vase life longevity to over 20 days. Ultimately, the synergistic integration of these highly tailored propagation, cultivation, and postharvest protocols drastically upgraded the sustainable exploitation feasibility for both endemics. The formal feasibility score for P. pinnata increased from 45.83% to 77.78%, and for C. pelviformis from 66.67% to 84.72%. Consequently, the readiness timescale for commercial value chain creation has effectively shifted from a distant long-term prospect to an already achieved status, securing a sustainable future for these unique resources.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην καθιέρωση ενός ολοκληρωμένου επιστημονικού πλαισίου για τη στοχευμένη διατήρηση και την αειφορική αξιοποίηση δύο παραμελημένων και υποαξιοποιημένων ενδημικών φυτών της Κρήτης, των Campanula pelviformis και Petromarula pinnata. Tα είδη αυτά διαθέτουν υψηλή καλλωπιστική, αγροδιατροφική και φαρμακευτική αξία. Η έρευνα ξεκίνησε με τη μελέτη του εγγενούς πολλαπλασιασμού τους, αξιοποιώντας βιοκλιματικά προφίλ GIS που επιβεβαίωσαν την προσαρμογή τους στις μεσογειακές συνθήκες, όπου αποδείχθηκε ότι η βέλτιστη θερμοκρασία φύτρωσης των σπερμάτων κυμαίνεται αυστηρά από 10 έως 15°C. Η καταστολή της φύτρωσης στους 25°C αποτρέπει την πρόωρη εμφάνιση σπορόφυτων κατά τις ξηρές καλοκαιρινές συνθήκες. Επιπλέον, τα σπέρματα έδειξαν πλήρη αδιαφορία στο φως (ως εξελικτική προσαρμογή σε βαθιές ρωγμές) και εμφάνισαν λήθαργο που αίρεται με την ξηρή αποθήκευση, παρουσιάζοντας παράλληλα σημαντική ενδοειδική υψομετρική απόκλιση. Επιπλέον, για την εξασφάλιση φαινοτυπικής ομοιομορφίας, αναδείχθηκε η εμπορική επιτυχία του αγενούς πολλαπλασιασμού με μοσχεύματα, με ποσοστά ριζοβολίας άνω του 90%. Η P. pinnata ανταποκρίθηκε άριστα στη χρήση ινδολο-3-βουτυρικού οξέος (IBA), ενώ η C. pelviformis παρουσίασε βέλτιστη ανάπτυξη ριζών με τον συνδυασμό IBA και ενός φυσικού βιοδιεγέρτη. Για τις ανάγκες μαζικής παραγωγής, αναπτύχθηκε επιτυχώς ένα πρωτόκολλο in vitro μικροπολλαπλασιασμού, όπου η χρήση ειδικών ρυθμιστών ανάπτυξης (κυρίως της κυτοκινίνης BA) και συγκεκριμένων φασμάτων φωτισμού LED, όπως το κόκκινο φως που προωθεί την επιμήκυνση των βλαστών, βελτιστοποίησαν την ανάπτυξη βλαστών και ριζών, επιτυγχάνοντας ποσοστά επιβίωσης κατά τον εγκλιματισμό άνω του 90%. Στη συνέχεια, η πιλοτική καλλιέργεια σε φυτοδοχεία κατέδειξε ότι ένα οργανικό υπόστρωμα τύρφης-περλίτη μεγιστοποιεί συστηματικά τη βλαστική ανάπτυξη, την παραγωγή φύλλων και την ανθοφορία. Στη θρέψη, ωστόσο, παρατηρήθηκαν διακριτές συμπεριφορές, με την C. pelviformis να αξιοποιεί ιδιαίτερα την ολοκληρωμένη διαχείριση θρέψης (INM) για τον μετριασμό των τροφοπενιών αζώτου. Αντίθετα, η P. pinnata δεν επωφελήθηκε σημαντικά από την προσθήκη των σχημάτων λίπανσης, καθιστώντας απολύτως απαραίτητες τις ηπιότερες εισροές φυσικών βιοδιεγερτών. Η καλλιέργεια ανέδειξε επίσης σημαντική ενδοειδική ποικιλομορφία, τονίζοντας την ανάγκη στρατηγικής επιλογής των καταλληλότερων πληθυσμών. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε μελέτη της μετασυλλεκτικής φυσιολογίας των ειδών και αναδείχθηκε η υψηλή αντοχή τους ως κομμένα άνθη. Οι ταξιανθίες της P. pinnata επέδειξαν εξαιρετική φυσική αντοχή και διατηρήθηκαν για πάνω από 19 ημέρες σε απλό απιονισμένο νερό, αποτελώντας ιδανικό νέο προϊόν χαμηλών εισροών, ενώ οι ταξιανθίες της C. pelviformis ωφελήθηκαν σημαντικά φτάνοντας τις 20 ημέρες ζωής με τη χρήση εμπορικών διαλυμάτων συντήρησης (FloraLife®), το οποίο διατήρησε και τη σταθερότητα του χρώματος. Συμπερασματικά, αντιμετωπίζοντας κρίσιμα ερευνητικά κενά, η ενσωμάτωση των εξειδικευμένων αυτών πρωτοκόλλων οδήγησε σε μια ουσιαστική αναβάθμιση της δυνατότητας αειφορικής αξιοποίησης, αυξάνοντας τη βαθμολογία ετοιμότητας από 45,83% στο 77,78% για την P. pinnata και από 66,67% στο 84,72% για την C. pelviformis. Κατά συνέπεια, το χρονοδιάγραμμα δημιουργίας νέων εμπορικών αλυσίδων αξίας μετατράπηκε από μια μακροπρόθεσμη προοπτική σε έναν ήδη επιτευχθέντα στόχο, ανοίγοντας τον δρόμο για την εμπορική τους καλλιέργεια και μειώνοντας ταυτόχρονα τις πιέσεις συλλογής τους από τη φύση.