اثر تیمار کلشی سین و القاء پلی پلوئیدی در شرایط درون شیشه‌ای بر کمیت و کیفیت ترکیبات فنلی پروانش (Catharanthus roseus (Linn.) G. Don)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 جهاد دانشگاهی واحد آذربایجان غربی

2 دانشگاه ارومیه

چکیده

سابقه و هدف: پروانش(Catharanthus roseus (Linn.) G. Don) گیاه دارویی مهم با پراکندگی وسیع می‌باشد که به دلیل دارا بودن طیف وسیعی از ترکیبات فیتوشیمیایی با فعالیت‌های بیولوژیکی مختلف مانند خواص آنتی اکسیدانی، ضد باکتریایی، ضد قارچی، ضد دیابتی و ضد سرطانی، توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است. این گیاه علاوه بر آلکالوئیدها، طیف وسیعی از ترکیبات فنلی را تولید می‌کند. به دلیل تأثیرات پلی‌پلوئیدی‌ بر رشد و توسعه گیاهان، دوبرابر شدن کروموزوم به عنوان یک روش در اصلاح گیاهان برای افزایش سطوح ترکیبات با ارزش و بهبود ویژگی‌های مورفولوژیکی به کار گرفته شده است که این تغییرات ایجاد شده به گونه و ارقام مختلف گیاهی نیز بستگی دارد. از این رو، هدف این مقاله بررسی امکان استفاده از پلی پلوئیدی به عنوان یک روش اصلاحی برای مقایسه صفات رشدی و همچنین بررسی محتوای فنل و فلاونوئید کل و همچنین میزان تجمع ترکیبات فنلی بین گیاهان تتراپلوئیدی و دیپلوئیدی ارقام "Red Really" و "Polka Dot" بود.

مواد و روش‌ها: در این تحقیق جوانه‌های انتهایی گیاهچه‌های درون شیشه‌ای ارقام 'Red Really' و'Polka Dot' با غلظت‌های مختلف کلشی‌سین (0، 05/0، 1/0، 2/0 و 5/0 درصد) و به مدت 24، ۴۸ و ۷۲ ساعت تیمار شدند. به منظور تشخیص سطح پلوئیدی، آنالیز فلوسایتومتری و شمارش کروموزوم انجام شد. پس از تعیین نمونه‌های تتراپلوئید، محتوای فنل و فلاونوئید کل اندازه گیری شد. استخراج و آنالیز ترکیبات فنلی با استفاده از کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا انجام گردید.

یافته‌ها: بر اساس نتایج حاصل غلظت و مدت زمان تیمار با کلشی سین و اثر متقابل آن‌ها بر درصد تتراپلوئیدی تأثیر داشت. بررسی کاریوتایپ نشان داد که تعداد کروموزوم‌ها در گونه‌های دیپلوئید 2n=2x=18 و گیاهان تتراپلوئیدی حاوی 2n=4x=36 بود. بیشترین میزان القاء تتراپلوئیدی در'Red Really' در تیمار 2/0 درصد کلشی سین به مدت 48 ساعت و در رقم'Polka Dot' درتیمار 1/0 درصد و به مدت 48 ساعت مشاهده شد. دستکاری پلوئیدی باعث تغییرات قابل توجهی در محتوای فنل و فلاونوئید کل در نهال‌های پلی پلوئید نسبت به دیپلوئید شد. همچنین گالیک اسید، کافئیک اسید، کلروژنیک اسید، روتین، کوماریک اسید، رزمارینیک اسید، کوئرستین، سینامیک اسید و آپی ژنین در گیاهان تتراپلوئید نسبت به گیاهان دیپلوئیدی افزایش یافت.

نتیجه گیری: علیرغم ارزش اقتصادی و دارویی گیاه پروانش، تحقیقات کمی در مورد القاء پلی پلوئیدی روی ارقام مختلف این گیاه انجام شده است، اگرچه دستورالعمل‌های قبلی وجود دارد، اما ممکن است بر روی همه ارقام موثر نباشد. با توجه به یافته‌های پژوهش حاضر، القاء پلی پلوئیدی باعث افزایش قابل توجهی در میزان ترکیبات پلی فنلی بخصوص سینامیک اسید، آپی ژنین و کوئرستین در

رقم "Polka Dot" شد. از طرفی محتوای فنل و فلاونوئید کل نیز در اثر القاء پلی پلوئیدی در هر دو رقم افزایش یافت. نتایج ما نیز به خوبی نشان داد که پلی‌پلوئیدی اجازه می‌دهد تا اشکال گیاهی حاوی مقادیر بیشتری از ترکیبات فعال بیولوژیکی نسبت به فرم‌های دیپلوئید اولیه آن‌ها ایجاد شود و لاین‌های پلی پلوئید حاصل پتانسیل استفاده در برنامه‌های اصلاحی برای توسعه ارقام پروانش را دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Colchicine Treatment and In vitro Polyploidy Induction on Quantity and Quality of the Phenolic Compounds of Catharanthus roseus (Linn.) G. Don

نویسندگان [English]

  • ahad hedayati 1
  • Elnaz Norouzi Pakzad 1
  • Hadi Madani 2
1 Iranian Academic Center for Education, Culture, and Research (ACECR), West Azarbaijan Branch
2 Urmia University
چکیده [English]

ABSTRACT

Background and Objectives: Catharanthus roseus (Linn.) G. Don) is an important medicinal plant with a wide distribution that has attracted increasing attention due to its high pharmacological value and different biological activities such as antioxidant, antibacterial, antifungal, anti-diabetic, and anti-cancer. Besides alkaloids, this plant produces a wide range of phenolic compounds. Due to the effects of polyploidy on the growth and development of plants, chromosome doubling has been used as a method in plant breeding to increase the valuable desired compound levels and improve morphological characteristics, and these changes depend on the plant species and cultivar. Hence, the aim of this paper was to explore the possibility of using polyploidy as a breeding method to compare the growth traits also investigate total phenolic and flavonoid content as well as, polyphenolic compounds accumulation between tetraploid and diploid plants in 'Red Really' and' Polka Dot' cultivars.

Materials and methods: In this study, in vitro apical buds of seedlings of 'Red Really' and ' Polka Dot' cultivars, were treated by various concentrations of colchicine (0, 0/05, 0/1, 0/2 and 0/5 %) at three exposure time (24, 48 and 72 h). To distinguish the ploidy level of seedlings flow cytometry and chromosome counting were performed. After establishing tetraploid seedlings, total phenol and flavonoid content was measured. Extraction and analysis of phenolic compounds conducted using High-performance liquid chromatography (HPLC) analysis.

Results: In our experiment, the concentration and exposure time of colchicine and their interaction effected the tetraploidy percentage. karyotype analysis suggested that the number of chromosomes in the diploids species was 2n=2x=18 and tetraploids plants contained 2n=4x=36. The maximum tetraploidy frequency was observed at the 0.2% colchicine for 48h in 'Red Really' and 0.1% colchicine for 48h in ' Polka Dot'. The polyploid seedlings produced, visible changes in total phenol and flavonoid content compared to diploids. Also, gallic acid, caffeic acid, chlorogenic acid, rutin, coumaric acid, rosmarinic acid, quercetin, cinnamic acid and apigenin content increased compared to diploid plants.

Conclusions: Despite the high economic and therapeutic value of C. roseus, there has been scarce investigation of polyploidy induction on various cultivars of this plant, although there are previous protocols, but they may not be effective on all cultivars. According to our results, polyploidization caused a significant increase in polyphenolic compound contents, especially cinnamic acid, apigenin, and quercetin in "Polka Dot". On the other hand, induced tetraploids of both cultivars had a significantly higher content of total phenol and flavonoid. Also, our results showed that polyploidization allows the creation of plant forms containing greater amounts of biologically active compounds than their diploid counterparts and resulting polyploid lines have the potential to be used in breeding programs to develop C. roseus cultivars.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Catharanthus roseus (L.)
  • In vitro culture
  • Polyphenol
  • Tetraploid
  • Total phenolic and flavonoid