Effect of ultrasound on the production of Carvone as a secondary metabolite in callus derived from Bunium persicum Boiss.

Document Type: Original article

Authors

1 Agriculture Biotechnology Institute (ABRII), Isfahan, Iran;

2 Member of Young Researchers Club, Islamic Azad University, Roudehen Branch, Tehran, Iran;

3 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran;

4 Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran;

Abstract

Background & Aim: Medicinal plants are most valuable and useful sources as productive factors of drugs. Production and extraction of secondary metabolites have a huge economical importance in recent years. Carvone is a compound in Bunium persicum fruit and shoot and, it is one of the wide range varieties of valuable and useful secondary metabolites. Due to limited crop production, using appropriate stimulating factors, such as ultrasound is an efficient way in the production of secondary metabolites in plant cell culture.
Experimental: In this study, callus in suspension environment influenced by treatments once or twice, with  times 0, 5, 20, 35, 50 and 240 seconds by means of ultrasonic bath with a frequency of 38.5 kHz and  constant power examined. After extraction of Carvone, the amount of this secondary metabolite was measured by High performance liquid chromatography (HPLC) method.
 Results & Discussion: Stimulating effect of ultrasound increased the synthesis of Carvone dramatically. According to the observations, combination of hormone with using the bath for 2 times and each time for 35 seconds, created highest rate of Carvone. By contrast, controlling the all cases showed the lowest level of Carvone.
Industrial and practical recommendations: Ultrasound irradiation can act as a potent abiotic elicitor to induce the defense responses of plant cells and to stimulate secondary metabolite production in plant cell cultures.

Keywords


Article Title [Persian]

تأثیر امواج فراصوت بر کارون در کالوس حاصل از کشت بافت زیره سیاه (Bunium persicum Boiss)

Authors [Persian]

  • محمود اطرشی 1
  • الهام توکلی دینانی 2
  • محمد تقی درزی 3
  • جواد هاشمی 1
  • شیرین روزبه 1
  • امیر معصومی 4
1 عضو هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی منطقه مرکزی کشور (ABRII)، اصفهان، ایران؛
2 باشگاه پژوهشگران جوان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن، تهران، ایران؛
3 عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن، دانشکده کشاورزی، گروه زراعت، تهران، ایران؛
4 دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران؛
Abstract [Persian]

مقدمه و هدف: گیاهان داروئی منابع اصلی و با ارزش سازنده داروهای مفید هستند. تولید و استخراج متابولیت­های ثانویه تأثیر شگرفی بر صنایع داروسازی داشته است. کارون یک ترکیب طبیعی است که در ساختار میوه و اندام هوایی زیره سیاه وجود دارد. با توجه به محدودیت تولید زراعی، کشت سلولی با اعمال محرک­های تولید، نظیر امواج فراصوت، از جمله روش­هایی است که می­تواند در جهت تولید متابولیت های ثانویه مؤثر و کارآمد باشد. لذا تحقیق حاضر با هدف مطالعه اثر امواج فراصوت بر تولید متابولیت ثانویه و مهم موجود در گیاه دارویی زیره سیاه (Bunium persicum) به نام کارون در کالوس حاصل از کشت بافت به مرحله اجرا درآمد. روش تحقیق: در این تحقیق کالوس در محیط سوسپانسیون تحت تأثیر تیمارهای یک­بار و دو بار صوت دهی با زمان­های 0، 5، 20، 35، 50 و 240 ثانیه توسط حمام فراصوت با فرکانس 5/38 کیلو هرتز و توان خروجی ثابت مورد بررسی قرار گرفت. پس از استخراج متابولیت ثانویه کارون، میزان کارون تولید شده با روش کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا (HPLC) اندازه گیری گردید. نتایج و بحث: اثر تحریک کنندگی امواج فراصوت، سنتز متابولیت­ ثانویه کارون را به میزان چشمگیری افزایش داد. چنان­چه مشاهده گردید ترکیب محیط هورمون دار با تیمار 2 بار صوت دهی و زمان 35 ثانیه صوت دهی بالاترین میزان تولید کارون را در نمونه­های مورد بررسی ایجاد نمود. تیمار شاهد (فاقد صوت دهی) نیز در همه موارد کمترین میزان کارون را داشت. توصیه کاربردی / صنعتی: امواج فراصوت می توانند به عنوان یک محرک غیر زنده، با تشدید پاسخ های دفاعی در گیاه، سنتز متابولیت کارون را در نمونه های کشت بافت افزایش دهند.

Keywords [Persian]

  • فراصوت متابولیت ثانویه کشت بافت کارون زیره سیاه

احمدی، ل. 1380. بررسی ترکیبات شیمیایی اسانس زیره سیاه  carum carvi L.رویش یافته در منطقه آپارچای استان اردبیل. تحقیقات گیاهان داروئی و معطر ایران. وزارت جهاد کشاورزی. 120.

امیدبیگی، ر. 1376 . رهیافت های تولید و فرآوری گیاهان دارویی، انتشارات طراحان نشر، 2: 95 - 106.

توکلی دینانی، ا.  و معصومی، ا. 1388، زیره سیاه. ماهنامه علمی، تخصصی، کشاورزی زیتون ، 204: 30.

شمس اردکانی، م. امین زاده، ی. جهانشیر، ف. و ، ا.  1383، مقایسه متابولیت های تولید شده (گیاه بادرنجبویه Melissa officinalis L) در کشت سلولی در کالوس با گیاه کامل. فصلنامه گیاهان دارویی. 4 (13) 68-73 .

شمس اردکانی، م. حاجی آخوندی، ع. جمشیدی، ا. و محمدرفیعی، پ. 1384، تولید و نگهداری کشت سلولی گیاه Achillea millefolium L و مقایسه متابولیت­های تولیدشده در کالوس با گیاه کامل. فصلنامه گیاهان دارویی. 5 (17): 21-25.

قاسمی پیربلوطی، ع. 1388 . گیاهان دارویی و معطر (شناخت و اثرات آنها).چاپ دوم. انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی. واحد شهرکرد. 407.

مرتضوی، ع. و مسکوکی، ع. 1385. افزایش بهره وری غشاهای اولترا- میکروفیلتر با استفاده از اولتراسوند. دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد. 103-121.

نجف پور نوائی، م. 1386. معرفی گیاهان داروئی ضد سرطان ایران. موسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور. 38-39.              

Alissadrakis, F., Daferera, D., Taratilis, P.A., Polossou, M., and Harizanis, P.C. 2003.Ultrasound-assisted extraction of volatile compounds from citrus flowers and citrus honey. Food chemistry., 82: 572-582. 

DeCarvalho, C. R. and Da Fonseca, M. 2006. Carvone: Why and how should   one bother to produce this terpene. Food Chemistry., 95: 413-422.

DiCosmo, F. and Misawa, M. 1985. Eliciting secondary metabolism in plant cell cultures. Trends Biotechnol., 3:318–322.

Dönenburg, H. and Knorr, D. 1995. Strategies for the improvement of secondary metabolite production in plant cell cultures. Enzyme Microb Technol., 17:674–684.

Karim, a., Parviz, M. and Bhatty, M. 1977. Studies on the essential oils of the Pakistan species of the family Umbelliferae Pak. J. Sci. Ind. Res., 2: 106-108.

Lin, L.D., Wu, J.Y., Ho, K.P. and Qi, S.Y. 2001. Ultrasound-induced physiological effects and     secondary metabolite (saponin) production in Panax ginseng cell cultures. Ultrasound Med Biol., 27: 1147–1152.

Schroeder, M. 2007. Handbook of Acousti.  Springer.

Roberts, S.C. and Shuler, M.L. 1997. Large-scale plant cell culture. Curr Opin Biotechnol., 8: 154–159.

Tao, L. and Pereira, M. A. 1997. Quantification of carvone, cineol, perilladehyde, perilly1 alcohol and sobrerol by isocratic high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography A., 793: 71-76.                 

Tripathi, L. and Tripathi, J.N. 2003. Role of biotechnology in medicinal plants. Tropical J. of Pharmaceutical  Res., 2: 243 - 253. 

Wagner, G. 1894. Chemische Berichte. 27: 2270. 

Wu, J. and Lin, L. 2003. Enhancement of taxol production and release in Taxus chinensis cell cultures by ultrasound, methyl jasmonate and in situ solvent extraction. Appl Microbiol Biotechnol., 62: 151–155.