Effect of drought stress on some physiological properties and antioxidant activity of Achillea tenuifolia Lam.

Document Type: Original article

Authors

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

2 Department of Plant Biotechnology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan Iran;

3 Department of Food Science and Technology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan Iran;

Abstract

Background & Aim: Osmotic stress in plants lead to increase free radicals and plants use different mechanisms to scavenge these radicals. So, researchers apply stresses especially drought stress to increase secondary metabolites such as phenolics, and antioxidants. One of the valuable medicinal plants is yarrow (Achillea tenuifolia) which is a perennial plant with different medicinal applications.
Experimental: In order to assess the effect of drought stress, four different treatments (25%, 50%, 75% and 100% of Field Capacity) with four replicates was done in plastic pots at greenhouse. After 30 days, leaves of samples were used to evaluate total phenolics, antioxidant activity using three model systems including 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazy (DPPH), ferric thiocyanate (FTC), and β-carotene-linoleic acid assay. In addition, malone dialdehyde (MDA), and proline content were evaluated.
Results & Discussion:  Drought stress in A.tenuifolia significantly increased total phenoloics, and antioxidant activity (in DPPH and β-carotene-linoleic acid assay).  In addition, proline and malone dialdehyde were elevated by stress, while according to FTC model, there was no significant differences between 25% and 50% FC treatments.





Industrial and practical recommendations: According to the results of present study, the 50% FC treatment can be introduced as acceptable drought level to produce sufficient phenolics and acceptable plant yield. Finally, more studies suggested for assessing the effect of drought stress on amount of other compounds in this medicinal plant.

Keywords


Article Title [Persian]

اثر تنش خشکی بر برخی صفات فیزیولوژیک و فعالیت آنتی اکسیدانی بومادران بیابانی (Achillea tenuifolia Lam)

Authors [Persian]

  • شیما غریبی 1
  • بدرالدین ابراهیم سید طباطبایی 2
  • قدرت الله سعیدی 1
  • سید امیرحسین گلی 3
  • مجید طالبی 2
1 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران؛
2 گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران؛
3 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران؛
Abstract [Persian]

مقدمه و هدف: تنش های اسمزی در گیاهان باعث تولید رادیکال های آزاد شده و گیاهان برای پاکسازی این رادیکال های سمی راهبرد های گوناگونی را در پیش می­گیرند که از مهم ترین آن­ها تولید و تجمع متابولیت های ثانویه می باشد. امروزه این موضوع محققین را بر آن داشته است که از تنش های محیطی به خصوص تنش خشکی برای افزایش ترکیبات مهم ثانویه مانند فنول ها و آنتی اکسیدان­ها بهره بگیرند. از جمله گیاهان دارویی ارزشمند، گیاه بومادران بیابانی (Achillea tenuifolia) می­باشد که گیاهی است چند ساله که دارای بسیاری از خواص دارویی است.
روش تحقیق: به منظور بررسی اثر تنش خشکی، چهار تیمار مختلف (25%، 50%، 75%و 100 % تخلیه رطوبتی بر اساس ظرفیت مزرعه) با سه تکرار در گلدان های پلاستیکی واقع در گل­خانه اعمال شد و پس از 30 روز، برگ نمونه ها برداشت و آزمایشات اندازه گیری کل ترکیبات فنولیک، فعالیت آنتی اکسیدانی با سه مدل سیستم DPPH،  قدرت احیا کنندگی آهن و روش بی رنگ شدن بتاکاروتن اندازه گیری شد. غلظت مالون دی آلدهید و میزان تجمع پرولین نیز در برگ گیاه محاسبه گردید.
نتایج و بحث: تنش خشکی در گیاه بومادران بیایانی توانست به صورت معنی داری میزان ترکیبات فنولیک و فعالیت آنتی اکسیدانی آنها (در دو مدل سیستم DPPH و بی رنگ شدن بتاکاروتن) را افزایش دهد. میزان پرولین و مالون دی آلدهید نیز با افزایش شدت تنش افزایش یافت. در حالی که بر اساس مدل قدرت احیا کنندگی، اختلاف معنی داری میان سطوح 25% و 50% ظرفیت مزرعه مشاهده نشد.
توصیه کاربردی/صنعتی: با توجه به نتایج حاصل از تحقیق حاضر می توان سطح 50% ظرفیت مزرعه تخلیه رطوبتی خاک یعنی تنش ملایم را سطحی مناسب جهت تحریک بیشتر تولید ترکیبات فنولیک در این گیاه توصیه نمود. در پایان، مطالعات بیشتری در خصوص اثر تنش خشکی بر مقدار سایر ترکیبات مهم موثره در این گیاه پیشنهاد می شود.

Keywords [Persian]

  • بومادران بیابانی تنش خشکی فعالیت آنتی اکسیدانی

احمدی، ل. 1378 . تحقیقات گیاهان دارویی و معطر (4) .وزارت جهاد سازندگی معاونت آموزش و تحقیقات. موسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع.

پور اسماعیل، پ. 1385. تاثیرات پلیمر سوپر جاذب بر کارایی مصرف آب و عملکرد در لوبیای قرمز. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج.

دادنیا، م. 1384. بررسی اثر کمبود آب بر روی خصوصیات فیزیولوژیکی و زراعی ارقام مختلف آفتابگردان. پایان نامه  دکتری زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی اهواز.

عطائی شیخ، ا. 1383. بررسی تنش خشکی بر برخی خصوصیات فیزیولوژیکی و سطح فعالیتهای آنزیمهای آنتی اکسیدانت در ارقام مختلف نخود. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج.

قانی، ف.، قاسمی پیربلوطی، ع.، حامدی، ب.، ف. ملک پور. 1390. بررسی اثر سطوح مختلف آب و نیتروژن بر صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه دارویی بابونه اورآ (Matricaria aurea L). داروهای گیاهی.، 2(2):101–111.

گلی موحد، غ.  1383 ، بررسی اثر روش استخراج و نوع ماده اولیه بر قدرت آنتی اکسیدانی عصاره استحصالی از برگ گیاه چای .(Camellia sinensis) پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی.

Ahmed, A.R., Gabr,  A.M.M., AL–Sayed, H.M. and Smetanska, I. 2012. Effect of drought and salinity stress on total phenolic, flavonoids and flavonols contents and antioxidant activity in in vitro sprout cultures of garden cress (Lepidium sativum). Journal of Applied Sciences Research. 8: 3934–3942.

Asada, K. 2000. The water–water cycle as alternative photon and electron sinks. Philosophical Transactions of the Royal Society B. 355: 1419–1431.

Asgarirad, H., Pourmorad, F., Hosseinimehr, S., Saeidnia, J., Ebrahimzadeh, S. and Lotfi, F. 2010. In vitro antioxidant analysis of Achillea tenuifolia. African Journal of Biotechnology. 9 (24): 3536–3541.

Bates, L.S., Waldern, R.P., Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water–stress studies. Plant and Soil. 39(1): 205–207.

 

Chung, H. S., Chang, L. C., Lee, S. K., Shamon, L. A., van Breemen, R. B., Mehta, R. G., et al., 1999. Flavonoid constituents of Chorizanthe diffusa with potential cancer chemopreventive activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry47(1), 36–41.

Esteban, M. A., Villanueva, M. J. and Lissarrague, J. R. 1999. Effect of irrigation on changes in berry composition of Tempranillo during maturation. Sugars, organic acids, and mineral elements. American Journal of Enology and Viticulture50(4): 418–434.

Gonzalez, M. L. 1989. Comportaminto de compuestos de metabolismo secandario en lu maduracian de La uva de Vitis vinifera L. Tesis universidad Autonoma de Madrid.

MatÉs, J. M., Pérez–Gómez, C. and De Castro, I. N. 1999. Antioxidant enzymes and human diseases. Clinical Biochemistry32(8): 595–603.

Kulisic, T., Radonic, A., Katalinic, V. and Milos, M. 2004. Use of different methods for testing antioxidative activity of oregano essential oil. Food Chemistry. 85: 633 – 40.

Nickavar, B., Kamalinejad, M., HajYahya, M. and Shafagh, B. 2006. Comparison of the free radical scavenging activity of six Iranian Achillea species. Pharmaceutical Biology. 44: 208–212.

Oberprieler, C. and Vogt, R. 2000. The position of Castrilanthemum Vogt & Oberprieler and the phylogeny of Mediterranean Anthemideae (Compositae) as inferred from nrDNA ITS and cpDNA trnL/trnF IGS sequence variation. Plant Systematics and Evolution. 225: 145–170.

Peterlunger, E., Siviloti, P., Celoti, E. and Zironi, R. 2000. Water stress and polyphenolic quality in red grapes. 6th International symposium on grapevine physiology and biotechnology, Heraklion, Greece.

Prior, R.L. and Cao, G. 2000 .Antioxidant phytochemicals in fruits and vegetables. Diet and health implications. Horticultural Science. 35: 588–92.

Schwars, K., Bertelsen, G., Nissen, L.R., Gardner, P.T., Heinonen, M.I. and Hopia, A., et al., 2001. Investigation of plant extracts for antioxidant assay based on radical scavenging, lipid oxidation and analysis of the principal antioxidant compounds. Food Research Technology. 212: 319–328.

Slinkard, K. and Singleton, V.L. 1977. Total phenol analysis; automation and comparison with manual methods. American Journal of Enology and Viticulture. 28: 49–55.

Trumbeckaite, S., Benetis, R., Bumblauskiene, L., Burdulis, D., Janulis, V., Toleikis, A., et al., 2011. Achillea millefolium L. s.l. herb extract: antioxidant activity and effect on the rat heart mitochondrial functions. Food Chemistry. 127: 1540–1548.

Vitalini, S., Giangiacomo, B. Iriti, M. Orsenigo, S. Iorizzi, M. and Gelsomina, F. 2011. Phenolic compounds from Achillea millefolium L. and their bioactivity. Acta Biochimica Polonica. 58: 203–209.

Zhang, H., Feng, C. and Wang, X. 2006. Evaluation of antioxidant activity of parsley (Petroselinum crispum) essential oil and identification of its antioxidant constituents. Food Chemistry. 39: 833 –839.

Zhou, S. and Abaraha A. 2007. Response to heat stress in warm season and cool season turf grass cultivars. Scientific Research and Essays. 2: 95–100.