Journal of Crop Breeding

fa بررسی ارتباط برخی متابولیت‌های ثانویه و فعالیت آنتی‌اکسیدانی گیاه شکرتیغال (.Echinops kotschyi Boiss) تحت تاثیر رویشگاه‌های مختلف The Relationship Between Secondary Metabolites and Antioxidant Activity of Echinops kotschyi Boiss. under the Influence of Different Habitats ساير ساير پژوهشي Research چکیده مبسوط مقدمه و هدف: تغذیه گیاهان یکی از دلایل مهم و تاثیرگذار بر بهبود کمیت و کیفیت محصول آن&lrm;ها  است، و خاک تامین&lrm; کننده بیشتر عناصر مغذی مورد نیاز گیاه است. علاوه &lrm;بر عناصر مغذی، پارامترهای هدایت الکتریکی، اسیدیته و شوری خاک از علل مهم دخیل در حاصل&lrm;خیزی خاک هر منطقه‌ای هستند. جنس شکرتیغال (Echinops) متعلق به خانواده  Asteraceaeاست که معمولاً در زیستگاه‌هایی با نور زیاد، مقداری رطوبت، نواحی نیمه &lrm;گرمسیری و انواع مختلفی از خاک‌ها رویش دارند. این گیاهان خودرو هستند، از نظر شیمیایی و ترکیبات آن بسیار اهمیت دارند و دارای ارزش‌های اقتصادی، کاربرد دارویی و کاربردهایی در صنایع کشاورزی و پزشکی هستند. در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر برخی شرایط محیطی و ارتباط آن&lrm;ها  با میزان متابولیت‌های ثانویه و فعالیت آنتی‌اکسیدانی عصاره گیاه شکرتیغال در سه رویشگاه طبیعی در غرب ایران پرداخته شد. مواد و روش‌ها: بخش‌های هوایی گیاه شکرتیغال، شامل شاخساره و گل‌آذین، به &lrm;همراه خاک اطراف ریشه گیاه از سه ایستگاه واقع در اسلام آباد (استان کرمانشاه)، و مانشت&lrm; قلارنگ و کبیرکوه (استان ایلام) به&lrm; صورت تصادفی جمع &lrm;آوری شدند. اطلاعات هر ایستگاه شامل نام ایستگاه، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی)، ارتفاع از سطح دریا و سایر ویژگی‌ها ثبت گردید. بخش‌های هوایی گیاه در سایه و دمای اتاق خشک و از آن&lrm;ها  پودر تهیه گردید. پس از تهیه عصاره متانولی از شاخساره و گل‌آذین، مقادیر فنول و فلاونوئید کل به&lrm; ترتیب با روش‌های فولین &lrm;سیو کالتیو و روش رنگ‌سنجی آلومینیوم&lrm; کلرید، و ظرفیت ضد‌اکسیدانی از طریق مهار رادیکال آزاد DPPH ارزیابی شد. نمونه‌برداری خاک از لایه سطحی صفر تا عمق 30 سانتی‌متری اطراف ریشه گیاهان انجام شد. میزان هدایت الکتریکی خاک با دستگاه EC متر، اسیدیته با استفاده از دستگاه pH متر، و میزان عناصر مغذی گیاه با محلول تیزاب سلطانی (مخلوط اسیدنیتریک و اسیدکلردریک) سنجیده شدند. از نرم&lrm; افزار SPSS برای انجام آنالیزهای آماری استفاده شد. میانگین داده‌ها با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح احتمال 5% مقایسه شد. یافته‌ها: کم&lrm;ترین میزان هدایت الکتریکی خاک در ایستگاه کبیرکوه (3/13 دسی‌زیمنس بر متر) و بیشترین مقدار در ایستگاه مانشت&lrm; قلارنگ (3/26 دسی‌زیمنس بر متر) بودند. اسیدیته (pH) خاک بین 7/28 در ایستگاه کبیرکوه تا 0/81 در ایستگاه اسلام &lrm;آباد غرب متغیر بود. میزان فسفر در ایستگاه کبیرکوه با مقدار 8/55 در مقیاس ppm بیشتر از دو ایستگاه مانشت&lrm; قلارنگ و اسلام&lrm; آباد بود. مقدار عناصر کلسیم و منیزیم با مقادیر 1301 و 98/1 در ایستگاه کبیرکوه بالاتر از دو ایستگاه دیگر بود. عنصر سدیم در خاک ایستگاه مانشت &lrm;قلارنگ با مقدار 11/69 دارای بالاترین مقدار و ایستگاه کبیرکوه با مقدار 7/8 دارای کم&lrm;ترین مقدار بودند. ایستگاه کبیرکوه دارای بالاترین مقدار عنصر نیتروژن (74 ppm) بود و پس از آن، ایستگاه اسلام&lrm; آباد با مقدار 56 و مانشت&lrm; قلارنگ با مقدار 53 قرارداشتند. بیشترین محتوای فنول و فلاونوئید کل مربوط به بخش گل‌آذین در رویشگاه کبیرکوه (به &lrm;ترتیب 0/21 ± 1/31 و 0/12 ± 0/61 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک)، و کمترین میزان مربوط به شاخساره در رویشگاه مانشت&lrm; قلارنگ بودند. بین میانگین‌های فنول و فلاونوئید کل عصاره‌های به&lrm; دست &lrm;آمده از دو بخش شاخساره و گل‌آذین گیاه و نیز بین رویشگاه‌های کبیرکوه و اسلام &lrm;آباد با رویشگاه مانشت&lrm; قلارنگ اختلافات معنی‌داری وجود داشتند (0/05 > P). پایین‌ترین میزان IC50 (یعنی بالاترین میزان فعالیت آنتی‌اکسیدانی) مربوط به بخش گل‌آذین گیاه از رویشگاه کبیرکوه به میزان 0/21 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر بود. بالاترین مقدار IC50، که دلالت&lrm; بر فعالیت آنتی‌اکسیدانی کمتر دارد، به بخش شاخساره گیاه در رویشگاه مانشت&lrm; قلارنگ به میزان 0/41 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر تعلق داشت. نتیجه‌گیری: از آنجا که گیاهان همیشه در معرض تنش‌های محیطی پیرامون خود قرار دارند، دارای ترکیبات شیمیایی متنوعی، به&lrm; عنوان ضداکسیدان&lrm;های با ساختار و عملکرد مختلف هستند. نتایج نشان دادند که بخش گل‌آذین گیاه در منطقه کبیرکوه دارای بالاترین میزان فنول و فلاونوئید کل، و فعالیت آنتی‌اکسیدانی (مقدار IC50 پایین‌تر) بود. رویشگاه کبیرکوه به &lrm;دلیل ارتفاع از سطح دریای پایین‌تر، میزان بارش کمتر و دمای محیطی بالاتر می‌تواند نسبت به دو رویشگاه دیگر، محیط مناسب‌تری برای این گیاه باشد. محیط زندگی و اقلیم در مناطق مختلف اثر معنی‌داری بر محتوای ترکیبات زیست‌فعال و فعالیت آن&lrm;ها  دارند. سنتز متابولیت‌های ثانویه در گیاهان متاثر از علل محیطی و ژنی است و به&lrm; نظر می‌رسد که عوامل ژنتیکی تاٌثیر قوی‌تری نسبت به علل محیطی داشته باشند. رویشگاه کبیرکوه دارای مقدار pH و هدایت الکتریکی پایین‌تری نسبت به دو رویشگاه اسلام &lrm;آباد غرب و مانشت&lrm; قلارنگ بود. عناصر مغذی مثل کلسیم، فسفر، منیزیم و نیتروژن در رویشگاه کبیرکوه، و سدیم در رویشگاه مانشت&lrm; قلارنگ دارای مقادیر بالاتری بودند. بین سنتز متابولیت‌های ثانویه و میزان فعالیت آنتی‌اکسیدانی با اسیدیته، هدایت الکتریکی و میزان عنصر سدیم رابطه معکوس، و بین سایر عناصر مغذی رابطه مستقیمی وجود دارد. مقدار برخی عناصر غذایی مثل فسفر، کلسیم، نیتروژن و پتاسیم که در خاک وجود دارند در سنتز متابولیت‌های ثانویه و ترکیبات موثره گیاه، و نیز رشد و نمو گیاه جزوه عوامل تعیین&lrm;کننده هستند. در کنار این عوامل، pH یا اسیدیته خاک به&lrm;علت اثر بر جذب عناصر غذایی خاک، یک علت مهم دیگر در ساخت ترکیبات موثره گیاه است.   <div style="margin-right: 38px; text-align: justify;">Extended Abstract Background: Nutrition is an important factor in improving the quantity and quality of plant products, and the soil provides most of the nutrients required by plants. In addition to nutrients, other factors, such as electrical conductivity, soil acidity, and salinity, are important in soil fertility in any region. The genus Echinops belongs to the Asteraceae family, which usually grows in habitats with high light, some humidity, subtropical areas, and different types of soils. These plants are wild and very important in terms of their chemistry and compounds. They have economic values, medicinal uses, and applications in agricultural and medicinal industries. This research investigated the effects of some environmental factors on secondary metabolites and antioxidant activity of Echinops kotschyi plant extract in three natural habitats in the west of Iran. Methods: The aerial parts of E. kotschyi, including inflorescence and shoot parts, as well as the soil around the roots of the plant, were randomly collected from three stations: Eslamabad-e Gharb (Kermanshah province), Manshet-Qalarang, and Kabirkouh (Ilam province). Information about the station name, geographical coordinates, altitude above sea level, and other characteristics was recorded for each station. Powder was prepared from aerial parts of plant specimens after drying in the shade at room temperature. After preparing a methanolic extract from the inflorescence and shoot parts, the Folin-Ciocalteu reagent and aluminium chloride were used to measure the total phenol and flavonoid contents of the extracts after being prepared as methanolic extracts. The antioxidant capacity was determined using the DPPH method. Soil samples were collected from the surface layer to a depth of 30 cm around the plant roots. The soil electrical conductivity, acidity, and the amount of plant nutrients were calculated using an EC meter, a pH meter, and aqua regia (mixture of HCl and HNO3), respectively. The statistical analysis was performed using the SPSS software package. A comparison of the data means was performed using Duncan’s multiple range test at a probability level of 5%. Results: The lowest and the highest soil electrical conductivity values were measured at the Kabirkouh station (3.13 dS/m) and the Manesht-Qalarang station (3.26 dS/m), respectively. Soil acidity (pH) varied between 7.28 at the Kabirkouh station and 8.81 at the Eslamabad-e Gharb station. The phosphorus content (8.55 ppm) was higher in the Kabirkouh station than in Manesht-Qalarang and Eslamabad-e Gharb stations. Kabirkouh contained more calcium and magnesium contents (1301 and 98.1, respectively), which were higher than the other two stations. The highest amount of sodium was 11.69 in the soil of Manesht-Qalarang, while the lowest amount was 7.8 at Kabirkouh. The Kabirkouh station had the highest amount of nitrogen (74 ppm),  followed by the Eslamabad-e Gharb station (a value of 56) and Manesht-Qalarang (a value of 53), respectively. The highest total phenolic and flavonoid content belonged to the inflorescence part in the Kabirkouh station (1.31 ± 0.21 and 0.61 ± 0.12 mg/g DW, respectively), and the lowest content was found in the shoots of the Manesht-Qalarang station. The Manshet-Qalarang station was significantly different in the total phenolic and flavonoid extracts obtained from the shoot and inflorescence parts of the plant, and a significant difference between the habitats of Kabirkouh and Eslamabad-e Gharb stations (P < 0.05). The lowest amount (0.21 mg/ml) of IC50 (that is, the highest amount of antioxidant activity) was measured in the flowering part of the plant from the Kabirkouh habitat. A lower antioxidant activity was indicated by the highest IC50 value for the shoot part in the Manesht-Qalarang habitat, at 0.41 mg/mL. Conclusion: Since plants are always exposed to environmental stress, they contain a variety of chemical compounds as antioxidants with different structures and functions. The results showed that the inflorescence part of the plant in the Kabirkouh station contained the highest amount of total phenol and flavonoids and the highest antioxidant activity (with a lower IC50 value). Kabirkouh's habitat may be more suitable for this plant due to its lower altitude, lower rainfall, and higher ambient temperature than the other two habitats. The living environment and climate of different regions have a significant impact on the content of bioactive compounds and their activity. Environmental and genetic factors affect the synthesis of secondary metabolites in plants, and it seems that genetic factors have a stronger effect than other factors. The Kabirkouh's habitat was less acidic in pH and conductivity than Manesht-Qalarang and Eslamabad-e Gharb's habitats. The Kabirkouh habitat contained more nutrients, such as calcium, phosphorus, magnesium, and nitrogen, while the Manshet-Qalarang habitat contained more sodium. There is an inverse relationship between the synthesis of secondary metabolites and the amount of antioxidant activity with acidity, electrical conductivity, and the amount of sodium, and there is a direct relationship between other nutrients. The amount of certain nutrients in the soil, such as phosphorus, calcium, nitrogen, and potassium, is a factor in the production of secondary metabolites and plant active compounds, as well as the growth and development of the plant. Moreover, soil pH or acidity is another important factor in the production of plant active compounds due to its effect on the absorption of soil nutrients.  </div> ظرفیت آنتی‌اکسیدانی, غرب ایران, شکرتیغال, متابولیت‌های ثانویه Antioxidant capacity, Echinops kotschyi, Secondary metabolites, West of Iran 82 91 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1280-1&slc_lang=fa&sid=1 Elahe Shokrollahi الهه شکرالهی zahmansoori3@gmail.com 100319475328460026784 100319475328460026784 No Department of Biology, Payame Noor University, Tehran, Iran گروه زیست ‎شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران Zahra Baghaeifar زهرا بقایی فر z_baghaeifar@pnu.ac.ir 100319475328460026785 100319475328460026785 No Department of Biology, Payame Noor University, Tehran, Iran گروه زیست ‎شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران Hamid Darvishnia حمید درویش نیا darvishnia_h@pnu.ac.ir 100319475328460026786 100319475328460026786 Yes Department of Biology, Payame Noor University, Tehran, Iran گروه زیست ‎شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران Mahtab Asgari Nematian مهتاب عسگری نعمتیان fooladimi78@gmail.com 100319475328460026787 100319475328460026787 No Department of Biology, Payame Noor University, Tehran, Iran گروه زیست ‎شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران