اثر اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک بر برخی آنتی‌اکسیدان‌ها، قند محلول و پراکسیداسیون لیپید در سرخارگل (Echinacea purpurea L.) در شرایط مزرعه‌ای

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو

2 هیات علمی دانشکده کشاورزی

3 هیات علمی دانشکده ی کشاورزی

4 دانشیار دانشکده کشاورزی

چکیده

سابقه و هدف: مهم‌ترین مشکلات در تجاری‌سازی گیاهانی که متابولیت‌های ثانویه از آنها استخراج می‌شود، میزان تولید در سطوح کم و تقاضای بالای صنعت برای این مولکول‌ها می‌باشد. سنتز شیمیایی این متابولیت‌ها معمولاً پیچیده و پرهزینه است. در زراعت گیاهان دارویی اگر بتوانیم از طریق مدیریت زراعی مناسب و فرآوری صحیح به افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه خاص و افزایش تولید دست یافت، بسیار حائز اهمیت است. امروزه محققین به منظور افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه از الیسیتورهایی چون اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک بهره می‌گیرند که می‌توانند گیاه را وادار به تغییرات فیزیولوژیک و مورفولوژیک در اندام هدف نمایند. الیسیتورها به عنوان ترکیبات پیام‌رسان کلیدی، از طریق القای پاسخ‌های دفاعی باعث بیوسنتز و انباشت متابولیت‌های ثانویه می‌شوند. تجمع متابولیت‌های ثانویه در گیاه عمدتاً در واکنش به تنش‌ها یا مولکول‌های محرک رخ می‌دهد.
مواد و روش‌ها: آزمایش حاضر در سال زراعی 1394-1395 در دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی شاهرود در سه تکرار و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با 12 تیمار انجام شد. علت عدم اجرای آن به صورت فاکتوریل، یافتن بهترین ترکیب تیماری اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک بود نه تحلیل ماهیت برهمکنش آنها (29). تیمارهای آزمایشی شامل محلول‌پاشی با اسید جاسمونیک با چهار غلظت (0، 5 20 و 50 میکرومولار)، اسید سالیسیلیک با سه غلظت (0، 5/0 و 1 میلی‌مولار) و محلول‌پاشی هر دوی آن‌ها با فاصله زمانی 10 روز از زمان ورود به فاز زایشی شروع و در سه نوبت تکرار گردید. علت استفاده از فاصله زمانی 10 روز این بود که مدت اثرگذاری اسید جاسمونیک تنها 8 الی 10 روز می‌باشد و امکان دارد که استفاده همزمان آنها اثر آنتاگونیستی در گیاه ایجاد نماید. در مطالعه حاضر نقش اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک در افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه از طریق اندازه‌گیری غلظت پراکسید هیدروژن، پراکسیداسیون لیپید، قند محلول و آنتی‌اکسیدان‌ها از جمله فنل‌ها، فلانویید، آنتوسیانین، اسید آسکوربیک و کارتنویید صورت گرفت.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد که غلظت‌های مختلف اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک و نیز استفاده با هم آن‌ها با فاصله زمانی زمانی 10 روز بر صفات اندازه‌گیری شده اثرگذار (با اطمینان 99 درصد) بوده است. در اغلب تیمارها، غلظت فنل‌ها، فلانویید، آنتوسیانین، اسید آسکوربیک و کارتنویید بیشتر از شاهد شد. بیشترین میزان اسید آسکوربیک در تیمار پنج میکرومولار اسید جاسمونیک با میانگین 604/4 میکروگرم بر گرم بافت تر مشاهده شد که 6/1 برابر شاهد بود. بیشترین میزان فنل در تیمار نیم میلی‌مولار اسید سالیسیلیک و تیمار یک میلی‌مولار اسید سالیسیلیک و 20 میکرومولار اسید جاسمونیک با میانگین 957/10 و تیمار 20 میکرومولار اسید جاسمونیک و یک میلی‌مولار اسید سالیسیلیک 669/10 میلی‌گرم بر گرم وزن تر و کمترین میزان در تیمار شاهد با میانگین 974/2 میلی‌گرم بر گرم وزن تر مشاهده گردید.
نتایج: نتایج این پژوهش نشان داد که محلول‌پاشی با اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک توانست تولید و تجمع متابولیت ثانویه راتحریک کند. محلول‌پاشی سبب افزایش غلظت آنتی‌اکسیدان‌ها در اغلب تیمار‌ها شد که با توجه به آنتی‌اکسیدان هدف، می‌توان از غلظت مناسب آن استفاده نمود. . با توجه به اینکه فنل از مهمترین متابولیت‌ها‌ی سرخارگل می‌باشد و تیمار نیم‌ میلی‌مولار اسید سالیسیلیک سبب افزایش میزان فنل گردید، استفاده از این ماده در سرخارگل می‌تواند بسیار حائز اهمیت ‌باشد به ویژه اینکه ماده‌ای ارزان و در دسترس است. همچنین افزایش غلظت این ترکیبات آنتی‌اکسیدانی سبب پالایش گونه‌های فعال اکسیژن، به تأخیر انداختن پراکسیداسیون لیپید، افزایش میزان کلروفیل a و b (داده‌ها ارائه نشد)، طولانی شدن دوره سبزینگی گیاه، افزایش تعداد گل، افزایش وزن خشک برگ و گل (داده‌ها ارائه نشد) گیاه گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of jasmonic and salicylic acids on some antioxidants, soluble sugar and lipid peroxidation in Echinacea purpurea L. under field conditions

چکیده [English]

Background and objectives: The most important problems of commercialization of plants, from which the secondary metabolites are extracting, are low production and high demand for their metabolites. It is so important to increase the production of secondary metabolites through boosting cultivation and processing of pharmaceutical plants. Nowadays, researchers use elicitors such as jasmonic acid and salicylic acid to increase the production of secondary metabolites that can induce physiological changes of the target living organism. Elicitors as key messenger compounds cause biosynthesis and accumulation of secondary metabolites through stimulation of plant defensive responses.
Materials and methods: This experiment arranged as randomized complete block design with 12 treatments and three replications in Agriculture Faculty of Shahrood University of Technology in 2015-2016. The factorial arrangement was not used as it aimed at finding the best treatment combination of jasmonic acid and salicylic acid, not interpretation of nature of their interaction (29). Experimental treatments were spraying the jasmonic acid with 4 concentrations (0, 5, 20 and 50 micromolar), the salicylic acid with 3 concentrations (0, 5.0 and 1 millmolar) and spraying both of them three times with ten-day intervals, starting at reproductive stage initiation. The reason for choosing ten-day intervals was the fact that jasmonic acid remains effective only for 8 to 10 days, and the simultaneous application of jasmonic acid and salicylic acid possibly imposes antagonistic effects on plant. In this research the role of jasmonic acid and salicylic acid in increasing secondary metabolites was studied by measurement of soluble sugar, hydrogen peroxide in leaf, lipid peroxidation and antioxidants including phenols, flavonoid, anthocyanin, ascorbic acid and carotenoid.
Results: The analysis of variance showed that different concentration of jasmonic acid and salicylic acid and spraying both of them in ten-day intervals appeared to have effect (with 99% confidence) on studied traits. For most of the treatments, the concentration of phenols, flavonoids, anthocyanin, ascorbic acid and carotenoids was higher than control. The greatest amount of ascorbic acid was observed for treatment 5 micromolar jasmonic acid with an average of 4.604 mg per gram of fresh tissue, which was 1.6 times of control. The highest amount of phenol was obtained for treatment 0.5 milimolar salicylic acid and treatment 20 micromolar jasmonic acid and 1 milimolar salicylic acid with average of 1.957 and 10.669 mg per gram of fresh tissue, respectively; the lowest value was for control with an average of 2.974 mg per gram of fresh tissue.
Conclusion: The result of this experiment showed that foliar spraying of jasmonic acid and salicylic acid could stimulate production and accumulation of secondary metabolites. Spraying increased antioxidant concentration in most of the treatments, and regarding to antioxidant target the appropriate concentration can be used. . Due to the fact that phenol is one of the most important metabolites, and treatment 0.5 milimolar salicylic acid increased the amount of phenol, the application of this material for Echinacea purpurea could be important, especially as it is cheap and available. Also, an increase in concentration of these antioxidant compounds caused scavenging of reactive oxygen species, delaying lipid peroxidation, enhancing chlorophyll a and b (data not presented), increasing green life span of plant, boosting number of flowers and dry weight of leaf and flower (data not presented).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Ascorbic acid
  • Carotenoid
  • lipid peroxidation
  • Phenol
acing: 0px; -webkit-text-size-adjust: 1.Ardakani, M., and Nadvar, A. 2008. Practical principles and technique for plant science
proficient. Tehran University Press, 145p. (In Persian)
2.Ament, K., Kant, M., Sabelis, M.W., Haring, A.H. and Schuurink, R.C. 2004. Jasmonic acid
is a key regulator of spider mite-induced volatile terpenoid and methyle salicylate emission.
Plant Physiol. 135: 2025-2037.
3.Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts: polyphenoloxidase in Beta
vulgaris. Plant Physiol. Rockville 24: 1-24.
4.Barra, L., Pica, N., Gouffi, K., Walker, G.C., Blanco, C. and Trautwetter, A. 2003. Glucose-6-
phosphate dehydrogenase is required for sucrose and trehalose to be efficient
osmoprotectants in Sinorhizobium meliloti. FEMS Microbiology Letters 229: 183–188.
5.Blokhina, O., Virolainen, E. and Fagerstedt, K.V. 2003. Antioxidant, oxidative damage and
oxygen deprivation stress: a review. Ann. Bot. 91: 179-194.
6.Blumenthal, M., Lindstrom, A., Lynch, M.E., and Rea, P. 2011. Herb sales continue growthup 3.3% in 2010. Herbal Gram. 90: 64-67.
7.Boada, J., Roig, T., Perez, X., Gamez, A., Bartrons, R., Cascante, M. and Bermudez, J. 2000.
Cells overexpressing fructose-2, 6-bisphosphatase showed enhanced pentose phosphate
pathway flux and resistance to oxidative stress. FEBS Letters 480: 251–264.
8.Chaichana, N. and Dheeranupattana, S. 2012. Effects of methyl jasmonate and salicylic acid
on alkaloid production from in vitro culture of Stemona sp. Int. J. Biosc. Biochem.
Bioinform. 2: 122-131.
9.Cheryl Kaiser, C., Geneve, R. and Ernst, M. 2015. Echinacea. University of Kentucky college
Agricultur, Food Environment. 1-5.
10.Chan, Z. and Tian, S. 2006. Induction of H2O2 metabolizing enzyme and total protein
synthesis by antagonistic yeast and salicylic acid in harvested sweet cherry. Postharvest Biol.
Technol. 39: 314-320.
11.Couee, I., Sulmon, C., Gouesbet., G., and Amran, A. 2006. Involvement of soluble sugars in
reactive oxygen species balance and responses to oxidative stress in plants. J. Exp. Bot. 36:
449-459.
12.Debnam, P.M., Fernie, A.R., Leisse, A., Golding, A., Bowsher, C.G., Grimshaw, C., Knight,
J.S. and Emes, M.J. 2004. Altered activity of the P2 isoform of plastidic glucose-6-phosphate
dehydrogenase in tobacco (Nicotiana tabacum cv. Samsun) causes changes in carbohydrate
metabolism and response to oxidative stress in leaves. Plant J. 38: 49–59.
13.Du, Z. and Bramlage, W.J. 1992. Modified thiobarbituric acid assay for measuring lipid
oxidation in sugar-rich plant tissue extracts. J. Agric. Food Chem. 40: 1566-1570.
14.Esmaeilzadeh-Bahabadi, S. and Sharifi, M. 2013. The increasing of secondry metabolits in
plant with use of biological elicitors. J. Cells Tissue 4: 119-128.
15.Foyer, C., Rowell, J. and Walker, D. 1983. Measurement of the ascorbate content of spinach
leaf protoplasts and chloroplasts during illumination. Planta 157: 239-244
16.Galeshi, S., Torabi, B., Rahami-Karizaki, A. and Barzagar, A. 2009. Stress and stress coping
in cultivation plants. Gorgan University of Agriculture Sciences and Natural Resources
Press, 147p. (Translated in Persian)
17.Haji_Mehdipour, H., Khanavi, M., Shkrchy, M., Abadi, Z. and Pirali-Hamadani, M. 2008.
The investigation of best method for phenolic compound extraction in Echinacea purpurea.
J. Medicinal Plant 8: 145-152. (In Persian)
18.Heath, R.L. and Packer, L. 1968. Photoperoxidation in isolated choloroplast. Kinetics and
stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 12: 198-189.
19.Huang, B., Hong, Q., Jin, L., Zhang, Y., Cai, P. and Lin, Y. 2010. Effects of SNP, PA and
SA on cell growth and physiological activities of suspension-cultured protocorn-like bodies
of Dendrobium huoshanense. Plant Physiol. Communic. 46: 423-426.
20.Jana, S. and Choudhuri, M.A. 1981. Glycolate metabolism of three submereged aquatic
angiosperms during aging. Aquatic Bot. 12: 342-354.
21.King, C. 2005. Commercial Echinacea production. Alberta Agric. Food Rural Sevelop. 13,
24, 27, 40.
22.Koreapaz, S. 2001. Investigation the possibility and domestication of herb medicine
Echinacea in Mashhad climat conditions. M.Sc. Thesis. Ferdowsi University of Mashhad,
35p. (In Persian)
23.Krizek, D.T., Britz, S.J. and Mirecki, R.M. 1998. Inhibitory effects of ambient levels of solar
UV-A and UV-B radiation on growth of cv. new red fire lettuce. Physiol. Plantarum 103: 1-
7.24.Larronde, F., Krisa, S., Decendit, A., Cheze, C. and Merillon, J.M. 1998. Regulation of
polyphenol production in Vitis vinifera cell suspension cultures by sugars. Plant Cell Rep.
17: 946–950.
25.Liu, L., Sonbol, F.M. and Dong, X. 2016. Salicylic acid receptors active jasmonic acide
signalling through a non-canonical pathway to promoe effector-triggered immunity. Nature
Communic. 7: 13099.
26.Loggini, B., Scartazza, A., Brugnoli, E. and Navari- Izzo, F. 1999. Antioxidative defense
system, pigment composition, and photosynthetic efficiency in two wheat sultivars subjected
to drought. Plant Physiol. 119: 1091-1099.
27.McCready, R.M., Guggolz, J., Silviera, V. and Owens, H.S. 1950. Determination of starch
and amylase in vegetables. Analytical Chemist. 22: 1156-1158.
28.Mita, S., Murano, N., Akaike, M. and Nakamura, K. 1997. Mutants of Arabidopsis thaliana
with pleiotropic effects on the expression of the gene for beta-amylase and on the
accumulation of anthocyanin those are inducible by sugars. Plant J. 11: 841-851.
29.Miller, S.C. 2004. Echinacea. CRC Press. London., Pp: 93 - 109, 116.
30.Munne-Bosch, S., and Penuelas, J. 2003. Photoand antioxidant protection during summer
leaf senescence in Pistscia lentiscus L. grown under Mediterranean field conditions. Ann.
Botan. 92: 385-391.
31.Omokolo, D., Ndoumou, G., Ndzomo, T. and Djocgoue, P.F. 1996. Changes in
carbohydrate, amino acid and phenol contents in cocoa pods from three clones after infection
with Phytophthora megakarya Bra. and Grif. Ann. Bot. 77: 153-158.
32.Raouf Fard, F., Sharifi, M., Omidbaigi, R., Sefidkon, F., Behmanesh, M. and Ahmadi, N.
2014. Effect of methyl jasmonate on metabolic enzymes and phenolics, in Agastache
foeniculum [Pursh] Kuntze. Iranian J. Med. Arom. Plants. 30: 361-369. (In Persian)
33.Rao, M.V., Paliyath, G., Ormord, D.P. and Watkins, C.B. 1997. Influence of salicylic acid on
H2O2 production, oxidative stress and H2O2 metabolizing enzymes. Plant Physiol. 115: 137-
149.
34.Razavinia, C.M., Aghaalykany, M. and Naghdabadi, H. 2015. The effect of
vermicomposting and chemicl fertilizer on quantitive, and qualitative characteristics of
Echinacea purpurea (L.) Moench. Iranian J. Med. Arom. Plants, 31: 373-357. (In Persian)
35.Samadi, S., Ghasemnezhad, A. and Alizadeh, M. 2014. Investigation on phenylalanine
ammonia-lyase activity of artichoke (Cynara scolymus L.) affected by methyl jasmonate and
salicylic acid in in-vitro conditions. J. Plant Prod. Res., 21: 135-148.
36.Soltani, A. 2014. Design and analysis of agricultural experiment with SAS. Mashhad
University Press, 431p.
37.Kafi, M., Zand, A., Kamkar, B., Mahdavi Damghani, A., Abbasi, F. and Sharifi, H.R. 1388.
Plant Physiology. Mashhad University Press, 600p. (Translated in Persian)
38.Wang, K., Jin, P., Cao, S., Shang, H., Yang, Z. and Zheng, Y. 2009. Methyl jasmonate
reduces decay and enhances antioxidant capacity in chines bay berries. J. Agric. Food Chem.
57: 5809-5850.
39.Weathers, P.J., Towler, M.J. and Xu, J. 2010. Bench to batch: advances in plant cell culture
for producing useful products. Appl. Microbiol. Biotec., 85: 1339–1351.
40.Zhao, J.L., Davis, C. and Verpoorte, R. 2005. Elicitor signal transduction leading to
production of plant secondary metabolites. Biotec. Adv., 23: 283–333.