بررسی برخی صفات مورفولوژیک و میزان آلکالوئیدهای وین‌بلاستین، وین‌کریستین و آجمالایسین در اندام-های ارقام مختلف گیاه پروانش کبیر (Catharanthus roseus (L.) G. DON)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گیاهان دارویی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

4 دانشیار گروه ایمونولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی گلستان، گرگان، ایران

5 دانشیار گروه بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: پروانش گیاهی است که به دلیل دارا بودن ترکیبات آلکالوئیدی، در صنایع دارویی ارزش بسیار زیادی دارد. از میان 130 نوع آلکالوئید شناخته شده در پروانش، آلکالوئیدهای وین‌بلاستین و وین‌کریستین به دلیل خاصیت آنیوپلازی (ضد توموری) از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. از آن‌جا که پروانش تنها منبع تولید این ترکیبات است، جایگاه خاصی در میان گیاهان دارویی دارد. با توجه به مقدار پائین آلکالوئیدهای ایندول ترپنوئیدی در گیاه پروانش و اهمیت این ترکیبات در صنایع دارویی، همچنین ارزش بسیار بالای اقتصادی برخی متابولیت‌های ثانویه آن، در این آزمایش شش رقم مختلف پروانش از نظر صفات مورفولوژی و بیوشیمیایی مورد بررسی قرار گرفتند.
مواد و روش‌ها: این پژوهش بصورت یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در مزرعه و آزمایشگاه دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان انجام شد. تیمار‌ها شامل 6 رقم (Icy Pink، Lilac، Polka Dot، Apricot، Purple، Red Bright) و دو اندام (برگ و ریشه) بودند. فاکتورهای اندازه‌گیری شده شامل وزن تر و خشک ریشه و برگ، تعداد شاخه‌های فرعی، تعداد ریشه‌های فرعی، طول ریشه، طول ساقه، قطر ساقه، قطر ریشه و میزان آلکالوئیدهای وین‌بلاستین، وین‌کریستین و آجمالایسین بودند. بررسی میزان آلکالوئیدها با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا صورت پذیرفت.
یافته‌ها: براساس نتایج، بین ارقام از نظرخصوصیات مورفولوژی و فیتوشیمیایی در سطح احتمال پنج درصد اختلاف معنی‌داری وجود داشت. به‌طوری‌که بیش‌ترین میزان قطر ساقه (533/0 سانتی‌متر)، قطر ریشه (610/0 سانتی‌متر) و طول ساقه (99/45 سانتی‌متر) در رقم Purple مشاهده شد. بیش‌ترین میزان وین‌بلاستین در برگ رقم Purple (7/1 میلی‌گرم در صد گرم وزن خشک) و کمترین میزان آن در ریشه رقم Icy Pink (02/0 میلی‌گرم در صد گرم وزن خشک) مشاهده شد. همچنین بیشترین میزان آجمالایسین و وین‌کریستین نیز در برگ رقم Apricot (به ترتیب به میزان 89/1 و 61/3 میلی‌گرم در صد گرم وزن خشک) اندازه‌گیری شد. در صورتی که در ریشه ارقام Apricot و Red Bright و همچنین در برگ رقم Lilac آلکالوئید آجمالایسین وجود نداشت.
نتیجه‌گیری: ارقام مختلف گیاه پروانش از لحاظ میزان آلکالوئیدهای ایندول ترپنوئیدی دارای تفاوت قابل توجهی هستند. اگرچه ارقام مختلف یک گیاه زیر مجموعه یک گونه محسوب می‌شوند ولی مشاهده تفاوت‌های ایجاد شده در ارقام مختلف قابل بحث می‌باشد. با توجه به این مطلب که ترکیبات ثانویه از ترکیبات اولیه در گیاه ایجاد می‌گردند، مشاهده می‌شود که ارقام مختلف یک گیاه، مقادیر متفاوتی از یک آلکالوئید را در شرایط یکسان تولید نموده‌اند. این مسئله علاوه بر قابلیت تعمیم به مواد موثر دیگر، به خصوص با توجه به ارزش اقتصادی برخی آلکالوئیدهای این گیاه می‌تواند اهمیت بسیار بالایی داشته باشد. با توصیه کشت رقم برتر در زمینه تولید آلکالوئیدهای ایندول ترپنوئیدی، می‌توان کمک زیادی به افزایش راندمان تولید آن‌ها نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Some Morphological Traits and Amount of Vinblastine, Vincristine and Ajmalicine Alkaloids in Different Organs of Prewinkle Cultivars (Catharanthus roseus (L.) G. DON)

نویسندگان [English]

  • nastaran hemmati 1
  • Majid Azizi 2
  • Hossein Aruei 3
  • Mohsen Saeedi 4
  • Ahad Yamchi 5
1 Ph.D. Student of Medicinal Plants, Dept. of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor, Dept. of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
4 Associate Prof., Dept. of Immunology, Faculty of Medical Science, Golestan University of Medical Science, Gorgan, Iran
5 Associate Prof., Dept. of Plant Breeding, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Siences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and objective: Periwinkle is a plant that is highly valued in the pharmaceutical industry because of its alkaloids. Among the 130 known alkaloids in the genus, Vinblastine and Vincristine alkaloids have particular importance due to their anti-tumor properties. Since Periwinkle is the only source of these compounds, it has a special place among medicinal plants. Due to the low content of indole terpenoids alkaloids in Periwinkle and the importance of these compounds in the pharmaceutical industry, as well as the high economic value of some of its secondary metabolites, six different Prewinkle cultivars were studied for morphological and biochemical traits.
Material and methods: This study was conducted in factorial design based on completely randomized with three replications in field and laboratory of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. Treatments included six cultivars (Icy Pink, Lilac, Polka Dot, Apricot, Purple, Red Bright) and two organs (leaf and root). The measured factors included fresh and dry weight of roots and leaves, number of lateral stem and root, root length, stem length and amount of Vinblastine, Vincristine and Ajmalicine alkaloids. Alkaloids content were determined by High Performance Liquid Chromatography.
Results: The results showed that the measured parameters had significant effect on morphological and phytochemical properties at 1% probabality level. The highest stem diameter (0.533 cm), root diameter (0.610 cm) and stem length (45.99 cm) were observed in Purple cultivar. The highest amount of Vinblastine was observed in the leaves of Purple (1.7 mg/100g DW) and the lowest level (0.02 mg/100g DW) was measured in the root of Icy Pink. Also the highest amount of Ajmalicine and Vincristine were measured in leaves of Apricot cultivar (1.89 and 3.61 mg/100gDW respectively). However, there were no Ajmalicine alkaloid in the root of Apricot and Red Bright cultivars as well as the leaves of Lilac cultivar.
Conclusion: Different cultivars of Periwinkle have significant differences in the amount of indole terpenoids alkaloids. Although different cultivars of a plant are a subset of the same species, however, the observed differences in different cultivars are controversial. Due to secondary metabolites originate from the primary metabolites of the plant, it is observed that different cultivars of a plant produce different amounts of an alkaloid under the same conditions. This issue can be great importance especially considering the economic value of some alkaloids of this plant. By recommending superior cultivar cultivation in the production of indole terpenoids alkaloids can greatly enhance their production efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Liquid Chromatography
  • Periwinkle
  • Phytochemistry
  • Alkaloids
  • Indole Terpenoids

مراجع

1.Almagro, L., Fernández-Pérez, F. and Pedreño, M.A. 2015. Indole alkaloids from Catharanthus roseus: bioproduction and their effect on human health. Molecules. 20: 2. 2973-3000.
2.Arora, A. 2013. Phytochemical analysis of methanolic extracts of leaves of some medicinal plants. Biol Forum–An Int J.
5: 2. 91-93.
3.Brezinova, B., Macak, M. and Eftimova, J. 2009. The morphological diversity of selected traits of world collection of poppy genotypes (genus Papaver). Central Europ. Agri. 10: 2. 183-192.
4.Brown B. 2003. Mint soil fertility research in the PNW. Western Nutr. Manage. Conf. 5: 3. 54-60.
5.Chung, I.M., Kim, E.H., Li, M., Peebles, C.A., Jung, W.S., Song, H.K. andSan, K.Y. 2011. Screening 64 cultivars Catharanthus roseus for the production of vindoline, catharanthine, and serpentine. Biotechnol. Prog. 27: 4. 937-943.
6.Darvishzadeh, R. and Hatami, M.H. 2012. Analysis of genetic variation for morphological and agronomic traits in Iranian oriental tobacco (Nicotiana tobaccum L.) genotypes. Plant OMICS Crop Breed. 2: 1. 57-61.
7.Denduangboripant, J., Setaphan, S., Suwanprasart, W. and Panha, S. 2010. Determination of local tobacco cultivars using ISSR molecular marker. Chiang Mai J. Sci. 37: 2. 293-303.
8.Duttagupta, S., Paul, M., Bag, S. and Bhattacharya, M. 2019. Assessment of variation in biochemical characteristics and radical scavenging properties oftwo cultivars of the medical plant Catharanthus roseus. Pharma Innovat. J. 8: 4. 315-317.
9.Essafi, H., Trabelsi, N., Benincasa, C., Tamaalli, A., Perri, E. and Zarrouk, M. 2019. Phytochemical profile, antioxidant and antiproliferative activities of olive leaf extracts from autochthonous Tunisian cultivars. Acta Aliment. 48: 3. 384-390.
10.Gajalakshmi, S., Vijayalakshmi, S. and Devi, R.V. 2013. Pharmacological activities of Catharanthus roseus: a perspective review. Int. J. Pharma Bio. Sci. 4: 2. 431-439.
11.Habibi, H., Mazaheri, D., Majnoon Hoseini, N. and Chaeechi, M.R. 2007. Effect of altitude on essential oil and components in wild thyme (Thymus kotschyanus Boiss.) Taleghan region. Research Construct. 73: 2-10. (In Persian)
12.Hodaei, M., Rahimmalek, M. and Arzani, A. 2017. Variation in morphological characters, chemical composition, and anthocyanin content of different Chrysanthemum morifolium cultivars from Iran. Biochem. Syst. Ecol. 7: 4: 1-10.
13.Idrees, M., Naeem, M. and Khan, M.M.A. 2010. The superiority of cv ‘rosea’ over cv ‘alba’ of periwinkle (Catharanthus roseus L.) in alkaloid production and other physiological attributes. Turk. J. Biol. 34: 1. 81-88.
14.Jacobs, D.I., Snoeijer, W., Hallard,D. and Verpoorte, R. 2004. The Catharanthus alkaloids: pharmacognosy and biotechnology. Curr. Med. Chem. 11: 5. 607-628.
15.Jankulovska, M., Ivanovska, S., Stefkov, G., Acevska, J., Boshev, D. and Jankuloski, L. 2013. Morphological diversity of some opium poppy genotypes (Papaver somniferum L.).In IV Int Symposium “Agrosym.
16.Jordan, M.A. and Wilson, L. 2004. Microtubules as a target for anticancer drugs. Nat. Rev. Cancer. 4: 4. 253-265.
17.Labra, M., Miele, M., Ledda, B., Grassi, F., Mazzei, M. and Sala, F. 2004. Morphological characterization, essential oil composition and DNA genotyping of Ocimum basilicum L. cultivars. Plant Sci. 167: 4. 725-731.
18.Magnotta, M., Murata, J., Chen, J. and De Luca, V. 2006. Identification of a low vindoline accumulating cultivar of Catharanthus roseus (L.) G. Donby alkaloid and enzymatic profiling. Phytochemistry. 67: 16. 1758-1764.
19.Mukherjee, A.K., Basu, S., Sarkar, N. and Ghosh, A.C. 2001. Advances in cancer therapy with plant basednatural products. Curr. Med. Chem.8: 12. 1467-1486.
20.Ndhlala, A., Mulaudzi, R., Ncube, B., Abdelgadir, H., du Plooy, C. and Van Staden, J. 2014. Antioxidant, antimicrobial and phytochemical variations in thirteen Moringa oleifera Lam. cultivars. Molecules. 19: 7. 10480-10494.
21.Née Pal, M.D. and Raychaudhuri, S.S. 2003. Estimation of genetic variability in Plantago ovata cultivars. Plant. Biol. 47: 3. 459-462.
22.Omidbeaigi R. 2013. Production and processing of medicinal plants. Vol. I. Behnashr Press. Mashhad, Iran. 347p. (In Persian)
23.Peyvandi, M. 1992. Investigation of indole alkaloids of three species ofvinca in plant, tissue and cell culture. M.Sc. Thesis, Islamic Azad University, Tehran. (In Persian)
24.Pirkhezri, M., Hassani, M. and Hadian, J. 2010. Genetic diversity in different populations of Matricaria chamomilla l. Growing in southwest of Iran based on morphological. Adv. Med. Plant Res.4: 1. 1-13.
25.Pistelli, L., Najar, B., Giovanelli,S., Lorenzini, L., Tavarini, S. and Angelini, L.G. 2017. Agronomic and phytochemical evaluation of lavandin and lavender cultivars cultivated in the Tyrrhenian area of Tuscany (Italy). Ind. Crops Prod. 109: 37-44.
26.Rai-Dehagi, H., Razmjoo, J., Sabzaliyan, M.R. and Arzani, A. 2014. Effect of shading on morphological characteristics and essential oil content in different of genotypes of three species of mint. Plant Process Funct. 4: 13. 58-69.
27.Sajadi, S.E. and Verpoort, R. 2000. Comparison of 43 cultivars of Periwinkle for Vinblastine anti-cancer alkaloids. Res. Med. Sci. 5: 2. 20-23.(In Persian)
28.Shabani, M., Farsi, M. and Mirshamsi Kakhaki, M. 2014. Evaluation of the effect of ethylene on the expression of T16H, G10H, DAT and AVLBS genes in the Periwinkle (Catharanthus roseus). Mod. Genet. 9: 2. 151-160.
29.Stranska, I., Skalicky, M., Novak,J., Matyasova, E. and Hejnak, V.2013. Analysis of selected poppy (Papaver somniferum L.) cultivars: Pharmaceutically important alkaloids. Ind. Crops Prod. 41: 120-126.
30.Thakore, D., Srivastava, A.K. andSinha, A.K. 2015. Model based fed batch cultivation and elicitation for the overproduction of ajmalicine from hairy roots of Catharanthus roseus. Biochem. Eng. J. 97: 73-80.
31.Xavier, J. and Reddy, J. 2017. AStudy on Antioxidant and antibacterial activities of the fruit and seedextracts of two different cultivars of Momordica charantia L. J. Pharma. Phyto. 6: 6. 1182-1187.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 28، شماره 2
تیر 1400
صفحه 53-66

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار