Identification and application of anthocyanine from wild safflower (Carthamus oxyacanthus) seed coat color

Document Type: Original article

Authors

1 Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran;

2 Department of Chemistry, Faculty of Science, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Iran;

Abstract

Background & Aim: Despite valuable medicinal properties of safflower, breeding new varieties and development of the crop culture area has been limited due to the lack of genetic variation for some crucial characteristics as resistance to diseases and pests like safflower fly. In this study, populations of wild safflower, C. oxyacanthus were collected from western, central and southern regions of Iran to investigate their genetic variation for resistance to safflower fly, Acanthiophilus helianthi. Then mechanisms of plant resistance to safflower fly and effective bio-chemical compounds involved in the resistance were also investigated. Experimental: Germplasm collection of wild safflower, C. oxyacanthus, was carried out from central, southern and western Iran including provinces Fars, Kohgiluyeh, Isfahan, Chaharmahal va Bakhtiari, Markazi, Tehran, Lorestan, Kordestan, Ilam, Kermanshah and Hamadan. In each province, 3 to 5 samples were gathered from collection sites 50-100 km apart from each other. Each accession was composed of seeds from 30 to 50 individual plants in each collection site. Accessions were planted and evaluated in a randomized complete block design with 3 replications for resistance to safflower fly (Acanthiophilus helianthi) in terms of dead larvae frequency. Results & Discussion: Fresh brown-black and white seed coats from immature seeds of C. oxyacanthus were soaked for 48 h in DMF in three replications. The extracted solution was chromatographed on TLC. The compounds isolated by chromatography were dissolved in 1 mL of DMSO-d6 and 1D proton nuclear magnetic resonance (H-NMR) and carbon nuclear resonance (C-NMR) spectra were recorded. The results showed that brown-black seed coat color in C. oxyacanthus is due to the presence in high concentration of a main anthocyanidin. The compound in the seed coats predominantly undergoes polymerization due to desiccation and exposition to atmosphere during ripening and performs as indigestible and anti-nutritional polymers against fly larvae feeding. Industrial and practical recommendations: Safflower varieties with black seeds containing high amount of anthocyanidin may help to overcome or alleviate insects and diseases problems in front of developing safflower production area and to extract novel metabolites for medicinal purposes.

Keywords


Article Title [Persian]

شناسایی و کاربرد آنتوسیانیدین موجود در پوسته بذر گیاه دارویی گلرنگ وحشی (Carthamus oxyacanthus M. Bieb)

Authors [Persian]

  • محمدرضا سبزعلیان 1
  • فرهنگ تیرگیر 2
  • آقافخر میرلوحی 1
  • قدرت اله سعیدی 1
1 دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، 83111-84156، اصفهان، ایران؛
2 گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد، شهرکرد، ایران؛
Abstract [Persian]

مقدمه هدف: با توجه به خواص دارویی بسیار ارزنده گیاه دارویی گلرنگ اهلی، و هم­چنین به دلیل عدم وجود تنوع کافی برای برخی صفات شاخص مانند مقاومت به برخی آفات و بیماری‌ها به­ویژه مقاومت به مگس گلرنگ، باعث شده است که به­نژادی گلرنگ و توسعه کشت گلرنگ محدود شود. در این تحقیق ابتدا ارزیابی ژرم پلاسم گلرنگ وحشی C. oxyacanthus از مناطق غربی، مرکزی و جنوبی ایران برای مقاومت به مگس گلرنگ Acanthiophilus helianthi (آفت اصلی گلرنگ)، در گونه وحشی انجام شد و آن­گاه نسبت به شناسایی عامل موثر در این مقاومت اقدام گردید. در نهایت بررسی و شناسایی ترکیب شیمیایی موثر بر مقاومت به مگس گلرنگ مورد مطالعه قرار گرفت. روش تحقیق: ژرم پلاسم گلرنگ وحشی گونه C. oxyacanthus از مناطق مرکزی، جنوبی و غربی ایران )استان‌های فارس، کهکیلویه و بویراحمد، اصفهان، چهارمحال و بختیاری، مرکزی، تهران، لرستان، کردستان، ایلام، کرمانشاه و همدان( جمع آوری گردید. در هر استان 3 تا 5 نمونه از مناطقی با فاصله 50 تا 100 کیلومتر از یک­دیگر جمع آوری گردید. در هر منطقه 30 تا 50 گیاه به طور تصادفی انتخاب و غوزه‌های جمع آوری شده مخلوط شد. بذور جمع آوری شده در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در لورک نجف آباد در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار کشت گردید و مقاومت گیاهان نسبت به مگس گلرنگ از نظر تعداد لارو مرده در  غوزه های گلرنگ وحشی انجام شد. نتایج و بحث: مواد رنگی استخراج شده از  بذر نارس با دو نوع پوسته سفید (گلرنگ اهلی) و رنگی (مشکی-قهوه ای) از نمونه های گونه وحشی   C. oxyacanthaکشت شده در مزرعه به صورت جداگانه انتخاب شد و پوسته بذرها با استفاده از حلال دی متیل فرمامید (DMF) در سه تکرار‌، استخراج رنگ گردید و توسط روش کروماتوگرافی ستونی جداسازی و توسط دستگاه­های شناسایی ساختمان هیدروژنH-NMR) )  و اسکلت کربن C-NMR)) مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج بررسی طیف­های ترکیب رنگی استخراج شده از پوسته بذر نشان داد که  احتمالاً این ترکیب از خانواده آنتوسیانیدین می باشد. از آن­جایی که ترکیب مورد شناسایی حاوی گروه عاملی بسیار فعال دی انی می باشد که به اکسیژن حاوی بار مثبت متصل شده است، بنابراین به محض قرار گرفتن این ماده اولیه در پوسته بذر نارس گلرنگ اصلاح شده در مجاورت هوا تمایل به پلیمر شدن شبکه ای که همان تغییر رنگ قهوه ای (رنگ اولیه) به رنگ سیاه و مشکی خواهد شد. در نهایت پس از تغذیه لاروها از پوسته‌های بذر رنگی به­دلیل عدم هضم گوارشی این پلیمرها موجب مرگ آن‌ها می­شود. توصیه کاربردی/ صنعتی: استفاده از ژرم پلاسم گلرنگ وحشی در مقاوم کردن دانه گلرنگ اهلی به آفت مگس گلرنگ می‌تواند به عنوان یک روش بسیار کاربردی در اصلاح نژاد این خانواده از ترکیبات روغنی شود.  دانه‌های حاصل از به نژادی گلرنگ اهلی می‌تواند از آفت حشرات در امان باشد که باعث بالا بردن کیفیت محصولات و صرفه جویی در هزینه های نگهداری آن­ها خواهد شد. 

Keywords [Persian]

  • آنتی بیوز فلاونول گلیکوزید گلرنگ وحشی مگس گلرنگ

امیدی تبریزی، ا. ح. و احمدی، م. 1378. چکیده سه دهه تحقیقات گلرنگ، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، بخش تحقیقات دانه‌های روغنی، کرج.

Ashri, A. 1971. Evaluation of the world collection of safflower, Carthamus tinctorius L. II. Resistance to the safflower fly, Acanthiophilus helianthi R. Euphytica. 20: 410-415.

Li, D. and Mundel, H. H. 1996. Safflower. Carthamus tinctorius L. Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. 7. Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben, Germany/International Plant Genetic Resources Institute, Rome, Italy.

Salunkhe, D. K., . Chavan, J. K, Adsule, R. N. and  Kadam, S. S. 1991. World oilseeds. Chemistry, technology, and utilization. Van Nostrand Reinhold Press. New York.

Singh, R. P., Murthy, K. N. C and Jayaprakasha, G. K. 2002 Studies on the antioxidant activity of pomegranate (Punica granatum) peel and seed extracts using in vitro models. Journal of Agriculture and Food Chemistry. 50: 81–86.