تأثیر نانو ذرات اکسید آهن بر القای ریشه‌های مویین و فعالیت آنتی‌اکسیدانی گیاه خرفه (Portulaca oleracea L.)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه باغبانی دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه علوم باغبانی، دانشکده‌ی کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران،

چکیده

هدف: بیشتر متابولیت‌های ثانویه توسط گیاهان تولید می‌شوند و در تولید داروها و درمان‌های نوین کابرد دارند. اما سنتز شیمیایی بسیاری از این متابولیت‌ها مشکل، پرهزینه و یا غیر ممکن است. با استفاده از پیشرفت‌های بیوتکنولوژی، تولیدات طبیعی گیاهان می‌تواند منبعی غنی از ترکیبات جدید با منشا گیاهی را برای کاربردهای گوناگون فراهم سازد. گیاه خرفه از جمله‌ی گیاهان دارویی مهم بوده و سازمان بهداشت جهانی به آن لقب اکسیرجهانی داده است. القای ریشه‌های مویین با استفاده از rhizogenes Agrobacterium یکی از روشهای کاربردی برای افزایش بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه می‌باشد. مواد و روش‌ها: در این پژوهش ریشه‌های مویین خرفه با استفاده از Agrobacterium rhizogenes سویه‌های A4 و ATCC15834 تولید شد و به‌منظور تائید تراریختی ریشه‌ها، حضور ژن rolB توسط PCR و با استفاده از آغازگرهای اختصاصی ژن rolB بررسی شد. تأثیر سویه‌ی باکتری (A4 و ATCC15834)، ریز‌نمونه‌ی گیاهی (کوتیلدون، هیپوکوتیل و گیاهچه کامل) و غلظت‌های مختلف نانوذرات اکسید آهن (صفر، 20، 40 و 60 میلی‌گرم در لیتر) به‌عوان محرک غیرزیستی بر میزان القا و رشد ریشه‌های مویین و افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه بررسی شد. نتایج: نتایج بدست آمده نشان داد بیشترین درصد القای ریشه‌های مویین (80 درصد) توسط سویه‌ی A4، بر روی ریزنمونه‌ی گیاهچه کامل و با استفاده از 40 میلی‌گرم در لیتر نانوذرات اکسید آهن به‌دست آمد. بیشترین طول ریشه در غلظت 60 میلی‌گرم در لیتر نانوذرات اکسید آهن تولید شد و همچنینن سویه‌ی ATCC15834، ریزنمونه‌ی گیاهچه کامل و 40 میلی‌گرم در لیتر نانوذرات اکسید آهن بیشترین تأثیر را در افزایش محتوای فنول و فلاونوئید (92/4 و 48/0 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک ریشه) و همچنین میزان مهار رادیکال آزاد (59/52 درصد) و قدرت آنتی‌اکسیدانی احیا آهن فریک (37/60 مول بر گرم وزن خشک ریشه) داشتند. لاین‌های ریشه‌های مویین تفاوت معنی‌داری را از نظر میزان رشد و تولید زیست‌توده نشان دادند و همچنین لاین G بیشترین میزان زیست‌توده را داشت. نتیجه‌گیری: به‌طور کلی نوع سویه‌، ریزنمونه‌ و مقدار نانوذرات اکسید آهن نقش مهمی در القای ریشه‌های مویین گیاه خرفه و تولید متابولیت‌های ثانویه دارند. نتایج به‌دست آمده نشان داد سویه‌ی A4 و ATCC15834، ریزنمونه‌ی گیاهچه کامل و 40 میلی‌گرم در لیتر نانوذرات اکسید آهن افزایش معنی‌داری در تولید ریشه‌های مویین و ترکیبات دارویی گیاه خرفه سبب شدند. همچنین لاین‌های ریشه‌های مویین تفاوت معنی‌داری از نظر رشد و تولید زیست‌توده نشان دادند و بیشترین زیست توده توسط لاین G تولید شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of iron oxide nanoparticles on hairy root induction and antioxidant activity in Purslane (Portulaca oleracea)

نویسندگان [English]

  • mehdi Mohebodini 1
  • Roghayeh Fathi 2
1 Assoc. Prof, plant breeding, University of Mohaghegh Ardabili
2 Department of Horticultural science, Faculty of Agriculture and Natural resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran
چکیده [English]

Objective Many secondary metabolites produced by plants are used in manufacturing drugs and new treatments, but are too difficult, expensive or impossible to prepared by chemical synthesis. Biotechnology progresses have provided a huge source of new chemical compounds of plant origin to various applications. Purslane (Portulaca oleracea L.) is one of the valuable medicinal plants that World Health Organization (WHO) called it Global Panacea. Hairy root induction by Agrobacterium rhizogenes is an effective method for production of secondary metabolites. Materials and methods In this study, hairy roots of Purslane were produced using Agrobacterium rhizogenes strains A4 and ATCC15834. The presence of the rolB gene in the hairy roots was confirmed by PCR using rolB gene specific primers. The effect of the type of strain (A4 and ATCC15834), explant (cotyledon, hypocotyl and seedling) and also different concentrations of Iron oxide nanoparticles (0, 20, 40 and 6 mg l-1) were examined as abiotic elicitors on the hairy root induction, growth and increase of secondary metabolites of hairy roots.   Results The results showed that the highest hairy root induction (80 percent) was observed in the A4 strain, seedling explants and 40 mg l-1 the iron oxide nanoparticles. The greatest hairy root length was obtained by 60 mg l-1 the iron oxide nanoparticles (4.17 cm) and also ATCC15834 strain, seedling explants and 40 mg l-1 the iron oxide nanoparticles were superior for highest phenolic and flavonoid content (4.92 and 0.48 mg g DW) and also 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (52.59%) and ferric reducing antioxidant power (60.37(Mol g-1 DW)). Hairy root lines showed significant differences in growth rate and biomass production and the largest biomass production was exhibited by G line. Conclusions Overall, the strain and explant types and iron oxide nanoparticles had considerable effects on the hairy roots induction secondary metabolites production. The results indicated significant increases in hairy root induction and medicinal compounds by A4 and ATCC15834 strains, seedling explant and 40 mg l-1 the iron oxide nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Iron oxide nanoparticles
  • Phenolic
  • RolB gene
  • Seedling
مرادی فاطمه، زارع مهرجردی محبوبه، وحدتی کوروش، حسنلو طاهره (1397) تأثیر عوامل مختلف بر القای ریشه‌های مویین در سیر ایرانی. تولیدات گیاهی )مجله علمی کشاورزی( (14)1، 54- 43.
References
Aamirul-Alam M, Juridimi A, Rafii A (2014) Genetic improvement of porslane (Portulaca oleracea L.) and its future prospects. Mol Biol Rep 41, 7395- 7411.
Ahmadi-Moghadam Y, Piri K, Bahramnejad B, Habibi P (2013) Methyl jasmonate and salicylic acid effects on the dopamine production in hairy cultures of Portulaca oleracea (Purslan). BEPLS 2, 89–94.
Argolo A, Sant'Ana A, Pletsch M, Coelho L (2004). Antioxidant activity of leaf extracts from Bauhinia monandra. Bioresour Technol 95(2), 229-233.
Arumugam P, Ramamurthy P, Ramesh A (2010) Antioxidant and Cytotoxic Activities of Lipophilic and Hydrophilic Fractions of (Mentha Spicata L.) (Lamiaceae). Inter. J Food Properties 13(1), 23-31.
Balakrishnan K (2000) Peroxidase activity as an indicator of the iron deficiency banana. Indian J Plant Physiol 5, 389-391.
Baskaran P, Jayabalan N (2009). Psoraleh production in hairy roots and adventitious roots culture of Psoralea coryfolia. Biotechnol Lett 31, 1037-1077.
Bathoju G, Rao K, Giri A (2017) Production of sapogenins (stigmasterol and hecogenin) from genetically transformed hairy root cultures of Chlorophytum borivilianum (Safed musli). Plant Cell Tissue Organ Cult 131(3), 369-376.‏
Benzie I F, Strain JJ (1996) The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: the FRAP assay. Anal Biochem 239(1), 70-76.
Castiglione M R, Giorgetti L, Geri C, Cremonini R (2011). The effects of nano-TiO 2 on seed germination, development and mitosis of root tip cells of Vicia narbonensis L. and Zea mays L. J Nanoparticle Res 13(6), 2443-2449.
Damien Dorman H J, Koşar M, Kahlos K et al. (2003) Antioxidant Properties and Composition of Aqueous Extracts from Mentha Species, Hybrids, Varieties, and Cultivars. J Agric Food Chem 51 (16), 4563-9.
Dewal GS, Pareek RG (2004) Effect of phosphorus, sulphur and zinc on growth, yield and nutrient uptake of wheat (Triticum aestivum). Indian J Agron 49, 160-162.
El-Esawi M A, Elkelish A, Elansary H O et al. (2017) Genetic transformation and hairy root induction enhance the antioxidant potential of Lactuca serriola L. Oxid Med Cell Longev 56, 1-8.
Fathi R, Mohebodini M, Chamani E (2019) High-efficiency Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation in Cichorium intybus L. via removing macronutrients. Ind Crop Prod 128, 572-580.
Ghorbani M, Ghorbani M, Omidi S, Hashemi M (2015). Response surface modelling of noradrenaline production in hairy root culture of purslane (Portulaca oleracea L.). Turkish JASFT 3(6), 349-443.‏
Golluce M, Sahin F, Sokmen M et al. (2007) Antimicrobial and antioxidant properties of the essential oils and methanol extract from (Mentha longifolia L.) ssp. longifolia. Food Chem103, 1449-1456.
Heimler D, Isolani L, Vignolini P, Romani A (2009) Polyphenol content and antiradical activity of Cichorium intybus L. from biodynamic and conventional farming. Food Chem 114, 765–770.
Henzelyova J, Cellarova E (2018) Modulation of naphthodianthrone biosynthesis in hairy root-derived Hypericum tomentosum regenerants. Acta Physiol Plant 40(5), 82.
Kabata-Pendias A, Pendias H (1999) Biogeochemistry of trace elements. PWN, Warsaw, Poland 12, 398.
Kabirnataj S, Zolala J, Nematzadeh GA, Shokri E (2013) Optimization of hairy root culture establishment in Chicory plants (Cichorium intybus) through inoculation by Agrobacterium rhizogenes. Crop Biotechnol 4, 61-75.
Katalinic V, MIlos M, Kulisic T, Jukic M (2006) Sceerning of 70 medical plant extracts for antioxidant capacity and total phenols. Food Chem 94, 550-577.
Khan S, Irfan QM, Kamaluddin AT, Abdin MZ (2007) Protocol for isolation of genomic DNA from dry and fresh roots of medicinal plants suitable for RAPD and restriction digestion. Afr J Biotechnol 6, 175-178.
Kim Y, Wysolouzil B, Weathers PJ (2002) Secondary metabolism of hairy root cultures bioreactore. In Vitro Cell Dev Biol Plant 38, 1-10.
Kondo S, Tsukada N, Niimi Y, Seto H (2001). Interactions between jasmonates and abscisic acid in apple fruit, and stimulative effect of jasmonates on anthocyanin accumulation. J JPN Soc Hortic Sci 70(5), 546-552.‏
Mahipal SSH, kanan N, manokari M (2015) Propagation of purtulacae oleracea L. in liquid medium: implications of plant growth regulators in culture. J microbiol biotechnol food sci 4(4), 332 -335.
Menek, S (2009) İç mekanlar için geleneksel form ve desenlerle tasarlanmış aydınlatma elemanları (Doctoral dissertation, DEÜ Güzel Sanatlar Enstitüsü).‏
Moharrami F, Hosseini B, Sharafi A, Farjaminezhad M. (2017). Enhanced production of hyoscyamine and scopolamine from genetically transformed root culture of Hyoscyamus reticulatus L. elicited by iron oxide nanoparticles. In Vitro Cell Dev Biol Plant 53(2), 104-111.
Nigutova K, Kusari S, Sezgin S (2019). Chemometric evaluation of hypericin and related phytochemicals in 17 in vitro cultured Hypericum species, hairy root cultures and hairy root‐derived transgenic plants. J Pharm Pharmacol 71(1), 46-57.‏
Pirian LK, Piri K (2012) Effect of methyl jasmonate and salicylic acid on noradrenalin accumulation in hairy roots. Portulaca oleracea, International Research J Appl Bas Sci 3(1), 213-218.
Ramachandra RS, Ravishancar GA (2002) Plant cell culture: Chemical factories of secondary metabolites. Biotechnol Adv 20, 101-153.
Reddy CS, Praveena CH, Veeresham C (2012) Strategies to improve the production of Forskolin from hairy root cultures of Coleus forskohlii Briq. Pharm Sci Nanotechnol 5, 1720-1726.
Shanjani PS (2003) Nitrogen effect on callus induction and plant regeneration of Juniperus excelsa. Int J Agric Biol 5, 419-422.
Sharafi A, Sohi HH, Azadi P, Sharafi AA (2014) Hairy root induction and plant regeneration of medicinal plant Dracocephalum kotschyi. Physi Mol Biol Plants 20(2), 257-262.
Sharafi E, Khayam Nekoei SM, Fotokian MH et al. (2013) Improvement of Hypericin and Hyperforin Production Using Zinc and Iron Nano-oxides as Elicitors in Cell Suspension Culture of St John's wort (Hypericum perforatum L.). JMPB 2,177-184.
Shi HP, Kintzios S (2003) Genetic transformation of pueraria phaseoloides with Agrobacterium rhizogenes and puerarin production in hairy roots. Plant Cell Rep 21, 1103-1107.
Shirin F, Parihar NS, Shah SN (2015) Effect of nutrient media and KNO3 on in vitro plant regeneration in Saraca asoca (Roxb.) Willd. Am J Plant Sci 6, 3282.
Sonald SF, Laima SK (2001) Phenolics and cold tolerance of Brassica napus, Plant Agric 1, 1-5.
Verpoorte R, Memelin J (2002) Engineering secondary metabolite production in plants, Curr Opin Biotechnol 13, 181–187.
Yin, Robert K (2001) Applications of case study research. Sage.