اثرتنش آبی بر صفات فیزیولوژیک و فیتوشیمیایی گیاه دارویی خارمریم (Silybum marianum L.)

علوم باغبانی

مقاله 10، دوره 36، شماره 1 - شماره پیاپی 53، خرداد 1401، صفحه 135-147   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhs.2021.68962.1022

نویسندگان

راحله قنبری محب سراج¹؛ مهدی بهنامیان¹؛ اسدالله احمدی خواه^{* 2}؛ وحید شریعتی³؛ سارا دژستان⁴

¹گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

²گروه علوم و زیست فناوری گیاهی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

³گروه بیوتکنولوژی مولکولی گیاهی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، تهران، ایران

⁴گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

عوامل محیطی از یک طرف باعث تغییراتی در رشد گیاهان دارویی و از طرف دیگر موجب تغییر در مقدار و کیفیت مواد موثره آن‌ها می‌گردند. در این آزمایش اثر تنش آبی (بدون تنش: آبیاری کامل در حد ظرفیت زراعی، تنش ملایم: آبیاری در حد 70 % ظرفیت زراعی، و تنش شدید: آبیاری در حد 40 % ظرفیت زراعی) بر صفات فیزیولوژیک، میزان سیلی‌بین a و b و وزن هزار دانه در گیاه دارویی خارمریم در سال‌های 1397-1396 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهید بهشتی بررسی شد. این آزمایش در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با 3 تکرار انجام شد. تنش آبی در مرحله گلدهی و به روش وزنی اعمال شد. نتایج حاصل نشان داد با افزایش شدت تنش آبی، مقدار سیلی‌بین a و b به ترتیب به میزان 24 و 26 درصد افزایش پیدا کرده است که مقدار این ترکیبات در تیمار آبیاری 40 % ظرفیت زراعی بطور قابل‌توجهی بالاتر از سایر تیمارها بود، بطوریکه مقدار آن نسبت به تیمار ظرفیت زراعی (به ترتیب، 07/26 و 74/40 میلی­گرم در گرم وزن خشک دانه برای سیلی بین a و سیلی بین b) و نسبت به تیمار 70 % ظرفیت زراعی (به ترتیب، 32/25 و 64/34 میلی­گرم در گرم وزن خشک دانه برای سیلی بین a و  سیلی بین b) بیشتر بود. این امر حاکی از اختصاص بیشتر کربن تثبیت شده حاصل از فتوسنتز جهت تولید متابولیت‌های ثانویه در این تیمار بود. همچنین مقدار سیلی‌بین b نسبت به سیلی‌بین a در تمامی تیمارها به نسبت 2/1 (سیلی‌بین b) : 8/0 (سیلی‌بین a)  بود. در تیمار 40 % ظرفیت زراعی مقدار سیلی‌بین a و b (به ترتیب 30/67 و 92/98 میلی‌گرم در گرم وزن تر) بطور قابل‌توجهی نسبت به سایر تیمارها افزایش داشت. بیشترین فعالیت آنزیم کاتالاز (16/5 واحد آنزیمی/میلی لیتر) و آسکوربات پراکسیداز (26/2 واحد آنزیمی/میلی لیتر) در تیمار تنش ملایم مشاهده شد. محتوای پرولین با افزایش شدت تنش به تدریج افزایش یافته و میزان آن در تنش شدید به حداکثر خود رسید (36/3 میکرومول بر گرم وزن تر). پراکسیداسیون لیپید در تنش شدید (40 % ظرفیت زراعی) بیشترین مقدار خود را داشت (35/8 نانومول/گرم وزن تر). وزن هزار دانه بذر نیز در تیمار تنش شدید (تیمار 40 % ظرفیت زراعی) نسبت به کنترل (تیمار ظرفیت زراعی) به میزان 8/6 گرم کاهش پیدا کرد. با توجه به نتایج آزمایش به نظر می‌رسد که می‌توان با اعمال شیوه کم آبیاری، میزان فلاونوئیدهای گیاه خارمریم را به منظور اهداف دارویی از جمله درمان بیماری‌های کبدی و انواع هپاتیت افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

خشکی؛ سوکسله؛ سیلی‌مارین؛ عصاره متانولی؛ کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا

مراجع

1. Abreu IN., and Mazzafera P. 2005. Effect of water and temperature stress on the content of active constituents of Hypericum brasiliense Plant Physiology and Biochemistry 43(3): 241-248. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2005.01.020.
2. Abtahi M., and Zeynali H. 2015. Effect of different levels of water stress, nitrogen and seed density on grain yield of Milk thistle (Silybum marianum). Journal of Plant Ecophysiology 7(21): 34-47.
3. Ahmadpour R., Armand N., Hosseinzadeh S., and Rigi G. 2018. The effect of compost fertilizer on some photosynthetic parameters in three growth stages of lentil (Lens culinaris ) Under drought stress. Journal of Plant Research 31(4): 916-926.
4. Aliabadi-Farahani H., Valadabadi S.A., Daneshian J., and Khalvati M.A. 2009. Evaluation changing of essential oil of balm (Melissa officinalis) under water deficit stress conditions. Journal of Medicinal Plant Research 3: 329-333.
5. Baher Z.F., Mirza M., Ghorbanli M., and BagherRezaii M. 2002. The influence of water stress on plant height, herbal and essential oil yield and composition in Satureja hortensis. Flavour and Fragrance Journal 17(4): 275-277. https://doi.org/10.1002/ffj.1097.
6. Bahreininejad B., Razmjoo J., and Mirza M. 2013. Influence of water stress on morpho-physiological and phytochemical traits in Thymus daenensis. International Journal of Plant Production 7(1): 155-166.
7. Bates L., Waldren R.P., and Teare I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil 39: 205-207. https://doi.org/10.1007/BF00018060.
8. Belitz A.R. 2007. Effects of environmental stress on growth, yield, and flavonolignan content in milk thistle (Silybum marianum Gaertn). A Thesis Presented for the Masters of Science Degree. The University of Tennessee, Knoxville, USA.
9. Ben Ahmed C.H., Ben Rouina B., Sensoy S., Boukhris M., and Ben Abdallah F. 2009. Changes in gas exchange, proline accumulation and antioxidative enzyme activities in three olive cultivars under contrasting water availability regimes. Environmental and Experimental Botany 67: 345–352. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2009.07.006.
10. Bergmeyer H.U., Grasse M., and Walterh E. 1983. In: H.U. Bergmeyer (ed.), Methods of enzymatic analysis, 3rd ed 2:164.
11. Bettaieb I., Hamrouni-Sellami I., Bourgou S., Limam F., and Marzouk B. 2011. Drought effects on polyphenol composition and antioxidant activities in aerial parts of Salvia officinalis. Acta Physiologiae Plantarum 33(4): 1103-1111. https://doi.org/10.1007/s11738-010-0638-z.
12. Bijak M. 2017. Flavonolignans Compounds not only for liver treatment. Pol Merkur Lekarski 42: 34–37.
13. Boutraa T., Akhkha A., Al-Shoaibi A., and Alhejeli A. 2010. Effect of water stress on growth and water use efficiency (WUE) of some wheat cultivars (Triticum durum) grown in Saudi Arabia. Journal Taibah University Science 3: 39-48. https://doi.org/10.1016/S1658-3655(12)60019-3.
14. Carmen T.M.D. 2007. Review of clinicaltrials evaluating safety and efficacy of milk thistle (Silybum marianum [L.] Gaertn). Integrative Cancer Therapies 6(2): 146-157.
15. Charles D.J., Simon J.E., Shock C.C., Feibert E.B.G., and Smith R.M. 1993. In: Effect of water stress and post-harvest handling on artemisinin content in the leaves of Artemisia annua (Eds.): J. Janick and J.E. Simon. Proceedings of the second national symposium: New crops, exploration, research and commercialization. John Wiley and Sons Inc, New York, 640-643.
16. Chaves M.M., Maroco J.P., and Pereira J.S. 2003. Understanding plant responses to drought from genes to the whole plant. Functional Plant Biology 30: 239–264. https://doi.org/10.1071/FP02076.
17. Correa-Aragunde N., Foresi N., Delladonne M., and Lamattina L. 2013. Auxin induces redox regulation of ascorbate peroxidase 1 activity by s-nitrosylation/denitrosylation balance resulting in changes of root growth pattern of Arabidopsis. Journal of Experimental Botany 64: 3339-3349. https://doi.org/10.1093/jxb/ert172.
18. Dehghani Bidgoli R. 2018. Impact of drought and salinity stresses on some secondary metabolites of rosemary. Journal of Applied Research in Plant Ecophysiology 5(1): 37-51. (In Persian)
19. Dunford N.T., and Vazquez R.S. 2005. Effect of water stress on plant growth and thymol and carvacol concentractions in Mexican oregano grown under controlled conditions. Journal of Applied Horticulture 7(1): 20-22.
20. ElSayed A.I., El-Hamahmy M., Rafudeen M.S., Mohamed A.H., and Omar A.A. 2019. The impact of drought stress on antioxidant responses and accumulation of flavonolignans in Milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn). Plants (Basel, Switzerland) 8(12): 611. https://doi.org/10.3390/plants8120611.
21. Eman E., Aziz S.T., Hendawi E., Din A., and Omer E.A. 2008. Effect of soil type and irrigation intervals on plant growth, essential oil yield and constituents of Thymus vulgaris American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Science 4(4): 443-450.
22. Fabriki ourang S., and Davoudnia B. 2018. Evaluation of growth characteristics and secondary metabolites in Thymus vulgaris under moderate salinity and drought stress. Ecophito Chemistry of Medicinal Plants 6(2): 27-39. (In Persian)
23. Falk K.L., Tokuhisa J.G., and Gershenzon J. 2007. The effect of sulfur nutrition on plant glucosinolate content: physiology and molecular mechanisms. Plant Biology 9: 573–581. https://doi.org/10.1055/s-2007-965431.
24. Fatima S., Farooqi A.H.A., Sharma S., Kumar S., Kukreja A.K., Dwivedi S., and Singh A.K. 2000. Effect of drought stress and plant density on growth and essential oil metabolism in Citronella java Journal of Medicinal and Aromatic Plant Sciences 22(1): 563567.
25. Gadallah M. 1999. Effects of proline and glycinebetaine on Vicia faba responses to salt stress. Biologia Plantarum 42: 249–257. https://doi.org/10.1023/A:1002164719609.
26. Gebhardt R. 2002. Oxidative stress, plant-derived antioxidants and liver fibrosis. Planta Medica 65: 289-90. https://doi.org/10.1055/s-2002-26761.
27. Guo Y.Y., Yu H.Y., Yang M.M., Kong D.S., and Zhang Y.J. 2018. Effect of drought stress on lipid peroxidation, osmotic adjustment and antioxidant enzyme activity of leaves and roots of (Lycium ruthenicum) seedling. Russian Journal of Plant Physiology 65: 244–250. https://doi.org/10.1134/S1021443718020127.
28. Habán M., Otepka P., Kobida L., and Habánová M. 2009. Production and quality of milk thistle (Silybum marianum [L.] Gaertn.) cultivated in cultural conditions of warm agri-climatic macroregion, Horticultural Science (Prague) 36(2): 25–30.
29. Haji Aghaei R., Reza Zadeh Sh., Ghafarzadegan R., Mohammadnejad A., and Tavakoli M. 2018. On the effect of solvent consumption, input feed and the method of oiling in three standardized silymarines. Journal of Medicinal Plants 17(2): 167-176.
30. Hammouda F.M., Ismail S.I., Hassan N.M., Zaki A.K., and Kamel A. 1993. Evaluation of the silymarin content in Silybum marianum Cultivated under different agriculture conditions. Phytotherapy Research 7: 90-91.
31. Hasanloo T., KhavariNejad R., and Majidi Harvan A. 2007. Investigation of morphological traits and types of flavonolignans in cultivated milk thistle and native of Iran. Journal of Medical Plants 6(22): 77-90. (In Persian)
32. Hendawy S.F., Hussein M.S., Youssef A.A., and EL-Mergawi R.A. 2013. Respnse of Silybum marianum plant to irrigation intervals combined with fertilization, Nusant Ara Bioscience 5: 22-29. https://doi.org/10.13057/nusbiosci/n050104.
33. Hessini D.M., Delong JM., Gandour M., Albouchi A., Soltani A., and Abdelly C. 2009. Effect of water stress on growth, osmotic adjustment, cell wall elasticity and water use efficiency in Spartina alterniflora. Environmental and Experimental Botany 67: 312–319. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2009.06.010.
34. Indrák P., and Chytilová D. 1992. K problematice stanovení silybinu v droze ostropestřece mariánského. Zahradnictví 22: 309–313.
35. Jalal R.S., Moftah A.E., and Bafeel S.O. 2012. Effect of salicylic acid on soluble sugars, proline and protein patterns of shara (Plectranthus tenuiflorus) plants grown under water stress conditions. International Research Journal of Agricultural Science and Soil Science 2: 400-407.
36. Jaleel C.A., Manivannan P., and Sankar B. 2007. Water deficit stress mitigation by calcium chloride in Catharanthus roseus: Effects on oxidative stress, proline metabolism and indole alkaloid accumulation. Colloids Surf. B: Biointerfaces 60: 110-116.
37. Keshavarz-Afshar R., Chaichi M.R., Ansari-Jovini M., Jahanzad E., and Hashemi M. 2015. Accumulation of silymarin in milk thistle seeds under drought stress, Planta 242(3): 539-43. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2007.06.006.
38. Kren V., and Walterova D. 2005. Silybin and silymarin-new effects and applications. Biomedical Papers 149: 29–41. https://doi.org/10.5507/bp.2005.002.
39. Kummer V., Maskova J., Canderle J., and Zraly Z. 2001. Estrogenic effects of silymarin in ovariectomized rats. VetMed-Czech 46: 17-23.
40. Kusano T., Berberich T., Tateda C., and Takahashi Y. 2008. Polyamines: essential factors for growth and survival. Planta 228: 367-381. https://doi.org/10.1007/s00425-008-0772-7.
41. Loguercio C., and Festi D. 2011. Silybin and the liver: From basic research to clinical practice. World Journal Gastroenterol 17(18): 2288–2301.
42. Mafakheri A., Siosemardeh A., Bahramnejad B., Struik PC., and Sohrabi Y. 2011. Effect of drought stress and subsequent recovery on protein, carbohydrate contents, catalase and peroxidase activities in three chickpea (Cicer arietinum) cultivars. Australian Journal of Crop Science 5(10): 1255-1260.
43. Mozaffarian V. 2013. Identification of medicinal and aromatic plants of Iran, Tehran: Farhang Moaser Publishers.
44. Nakano Y., and Asada K. 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol 22: 867-880. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232.
45. Nayyar H. 2003. Accumulation of osmolytes and osmotic adjustment in water-stressed wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) as affected by calcium and its antagonists. Environmental and Experimental Botany 50: 253–264. https://doi.org/10.1016/S0098-8472(03)00038-8.
46. Ozkur O., Ozdemir F., Bor M., and Turkan I. 2009. Physiochemical and antioxidant responses of the perennial xerophyte Capparisovata to drought. Environmental and Experimental Botany 66(3): 487-492.
47. Rafiipour M., Gholami M., and Sarikhani H. 2018. The effect of low irrigation on some morphological and physiological characteristics of three strawberry cultivars. Journal of Plant Research 31(4): 806-817.
48. Ram G., Bhan M.K., Gupta K.K., Thaker B., Jamwal U., and Pal S. 2005. Variability pattern and correlation studies in Silybum marianum (L.) Gaertn, Fitoterapia 76: 143-147.
49. Reddy A.R., Chaitanya K.V., and Vivekanandan M. 2004. Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plant. Journal of Plant Physiology 161: 1189-1202. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2004.01.013.
50. Reddy A.R., Chaitanya K., Jutur P., and Sumithra K. 2004. Differential antioxidative responses to water stress among five mulberry (Morus alba) cultivars. Environmental and Experimental Botany 52: 33–42. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2004.01.002.
51. Sairam R.K., Srivastava G.C., and Saxena D.C. 2000. Increased antioxidant activity under elevated temperatures: a mechanism of heat stress tolerance in wheat genotypes. Biologia Plantarum 43: 245–251. https://doi.org/10.1023/A:1002756311146.
52. Salehi-Lisar S.Y., and Bakhshayeshan-Agdam H. 2016. Drought stress in plants: causes, consequences, and tolerance. In: Hossain, M.A., Wani, S., Burritt, D.J., Tran, L.S.P. (Eds.). Drought Stress Tolerance in Plants 1: 1–16.
53. Selmar D., and Kleinwächter M. 2013. Influencing the product quality by deliberately applying drought stress during the cultivation of medicinal plants. Industrial Crops and Products 42: 558-566. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.06.020.
54. Šeršeň F., Vencel T., and Annus J. 2006. Silymarin and its components scavenge phenylglyoxylic ketyl radicals. Fitoterapia 77: 525–529. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2006.06.005.
55. Stewart R.R., and Bewley J.D. 1980. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes. Plant Physiology 65: 245–248. https://doi.org/10.1104/pp.65.2.245.
56. Tahernia M.S., Isfahani M., Baksh D., and Rabi B. 2013. The effect of planting date and plant density on phyllochron and active ingredient of Milk Thistle. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research 29 (4): 841-828.
57. Türkan I., Bor M., Özdemir F., and Koca H. 2005. Differential responses of lipid peroxidation and antioxidants in the leaves of drought-tolerant acutifolius Gray and drought-sensitive P. vulgaris L. subjected to polyethylene glycol mediated water stress. Plant Science 168: 223–231.
58. Turtola S., Manninen A., Rikala R., and Kainulainen P. 2003. Drought stress alters the concentration of  wood  terpenoids  in  scots  pine  and norway  spruce  Journal of Chemical Ecology 29: 1981-1995. https://doi.org/10.1023/a:1025674116183.
59. Vladimir K., and Daniela W. 2005. Silybin and silymarin - new effects and application. Biomedical Papers 149(1): 29-41.
60. Yaghmaie P., Uryan Sh., Solati J., Mohammadi Kh., and Salari A. 2010. Investigation on Anxiolytic Effects of Silymarin Derived from Milk thistle in rat. Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences 15: 43-51. (In Persian)
61. Zahir A., Abbasi B.H., Adil M., Anjum S., Zia M., and Ul-Haq I. 2014. Synergistic effects of drought stress and photoperiods on phenology and secondary metabolism of Silybum marianum. Biotechnology and Applied Biochemistry 174: 693–707. https://doi.org/10.1007/s12010-014-1098-5.
62. Zhang W., Xie Z., Wang L., Li M., Lang D., and Zhang X. 2017. Silicon alleviates salt and drought stress of Glycyrrhiza uralensis seedling by altering antioxidant metabolism and osmotic adjustment. Journal of Plant Research 130:611–624. https://doi.org/10.1007/s10265-017-0927-3.
63. Zhao C.X., Guo L.Y., Jaleel C.A., Shao H.B., and Yang H.B. 2008. Prospects for dissecting plant-adaptive molecular mechanisms to improve wheat cultivars in drought environments. Comptes Rendus Biologies 331: 579–586. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2005.040058.x.