بررسی صفات کیفی و تحلیل عملکرد گل همیشه‌بهار (Calendula officinalis L.) طی دوره رشد این گیاه در شرایط تنش خشکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای زراعت از دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند

2 عضو گروه پژوهشی گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی خراسان جنوبی، ایران

3 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، ایران.

4 استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، ایران

چکیده

مقدمه
علیرغم اینکه مطالعات زیادی در زمینه تاثیرات تنش های محیطی بر رشد و عملکرد گیاهان زراعی انجام شده است، اما اطلاعات بسیار کمی در ارتباط با پاسخ گیاهان دارویی به این تنش ها وجود دارد (Amiri Deh Ahmadi et al., 2014). در حالیکه تنش خشکی ممکن است رشد برخی از گیاهان دارویی از جمله گل راعی (Hypericum brasiliense) (Nacif de Abreu and Mazzafera, 2005) و چتر گندمی (Bupleurum chinense) (Zhu et al., 2009) را کاهش دهد، اما نتایج بسیاری از مطالعات نشان میدهد که خشکی میزان متابولیت های ثانویه در بسیاری از گونه های گیاهی از جمله رهمانیا (Rehmannia glutinosa) (Chung et al., 2006) را افزایش میدهد. هر چند گزارشات متناقضی نیز در این زمینه وجود دارد که از آن جمله میتوان به کاهش معنی دار تمامی پارامترهای رشدی و روغن های فرار در نعناء (Mentha piperita L.) اشاره کرد (Khorasaninejad et al., 2011). لذا با توجه به اهمیت همیشه بهار بعنوان یک گیاه دارویی مهم در برخی صنایع از جمله داروسازی (Bousselsela et al., 2012)، اثرات تنش خشکی بر عملکرد گل و برخی صفات مرتبط با کیفیت گل در دو نوع همیشه بهار در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها
اثر تنش خشکی بر کیفیت و کمیت گل همیشه بهار با استفاده از طرح اسپلیت پلات در قالب بلوک های کامل تصادفی با چهار تکرار در دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند و در سال 1394 مورد مطالعه قرار گرفت. تنش خشکی به‌عنوان عامل اصلی شامل آبیاری به میزان 75، 50 و 25 درصد ظرفیت زراعی خاک (به ترتیب بدون تنش، تنش متوسط و تنش شدید) بود و نوع همیشه بهار (دارویی و زینتی) نیز بعنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. گلها در طی دوره رشد زایشی گیاه 22 بار برداشت و بوسیله جریان هوا در محیط تاریک خشک شدند. بمنظور تعیین بهترین مدل برای توصیف روند تغییرات عملکرد تجمعی گل همیشه بهار در طول فصل رشد این گیاه، دو مدل خطی و غیر خطی با استفاده از نرم افزار آماری SAS مورد مقایسه قرار گرفتند. وزن خشک گیاه با میانگین گیری از سه بوته بصورت تصادفی در انتهای فصل رشد گیاه بدست آمد. از روش رنگ سنجی کلرید آلومینیوم (Yi et al., 2007) با برخی تغییرات برای تعیین محتوی فلاونوئیدهای گل همیشه بهار استفاده شد. روغن های فرار گلهای تازه همیشه بهار با استفاده از دستگاه کلونجر جداسازی شد. بدلیل اینکه میزان روغن های فرار همیشه بهار بسیار پایین بود، از حلال دی اتیل اتر برای بهبود فرآیند جداسازی استفاده شد.
نتایج و بحث
بررسی عملکرد گل در طی فصل رشد (22 برداشت) نشاندهنده کاهش معنی دار این صفت تحت تاثیر تنش خشکی بود. مدل غیر خطی لجستیک روند تغییرات عملکرد تجمعی گل را نسبت به مدل خطی بهتر توصیف می کرد. مقایسه پارامترهای مدل لجستیک نشان داد که در سطح بدون تنش، میزان افزایش عمکرد گل در بوته 0.059 گرم در روز بود که این میزان نسبت به سطح تنش شدید (0.035 گرم در روز)، حدود 69% بیشتر بود. بیشترین و کمترین میزان عملکرد تجمعی گل با 6.86 و 3.46 گرم در بوته به ترتیب به تیمار بدون تنش و تنش شدید تعلق داشت. بعلاوه میزان کل عملکرد گل در طی فصل رشد در دو نوع همیشه بهار مورد بررسی با هم اختلاف معنی داری نداشت. در شرایط تنش خشکی، فرآیند طویل شدن سلولی در گیاهان آلی بدلیل کاهش فشار تورژسانس، کاهش می یابد. در واقع کاهش جذب آب منجر به کاهش محتوی آب بافتها شده و فشار سلولی کم میشود. اما تنش خشکی منجر به نقصان اسیمیلاسیون نوری و متابولیت های مورد نیاز برای تقسیم سلولی نیز می شود (Farooq et al., 2009). لذا اختلال در تقسیم سلولی و طویل شدن و توسعه سلول ها در نهایت منجر به کاهش رشد گیاه خواهد شد (Kaya et al., 2006). بعلاوه کاهش اندازه برگها تحت تنش خشکی ظرفیت به دام انداختن نور توسط گیاه را کاهش داده و میزان کل فتوسنتز کاهش می یابد (Hsiao, 1973). وجود همبستگی معنی دار بین عملکرد گل و وزن خشک گیاه (**0.51) در مطالعه ما، نشان میدهد که کاهش عملکرد گل در شرایط کمبود رطوبت خاک میتواند نتیجه کاهش وزن خشک گیاه در این شرایط باشد.
محتوی فلاونوئید گلها در ابتدا با افزایش شدت خشکی افزایش یافت و از 25.14 در تیمار بدون تنش به 38.97 میلی گرم معادل روتین در گرم عصاره در تیمار تنش شدید رسید. هرچند با ادامه افزایش شدت خشکی، میزان فلاونوئیدها بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافت و در سطح تنش شدید با 22.96 میلی گرم معادل روتین در گرم عصاره به کمترین میزان خود رسید. افزایش فلاونوئیدها در سطح متوسط خشکی را میتوان به کارکرد آنتی اکسیدانی این ترکیبات نسبت داد (Franco et al., 2008). شرایطی که منجر به غیر فعال شدن آنزیم های آنتی اکسیدان شود، بیوسنتز فلاونوئیدها را تحریک می نماید. این موضوع نشان میدهد که فلاونوئیدها میتوانند بعنوان یک سیستم آنتی اکسیدانی ثانویه برای روبش گونه های اکسیژن فعال (ROSs) در گیاهانی که تحت تنش طولانی مدت قرار دارند، عمل نمایند. کاهش فلاونوئیدها در سطوح بالاتر تنش خشکی نیز ممکن است بدلیل کاهش فعالیت آنزیم هایی باشد که در بیوسنتز فلاونوئیدها دخیل هستند (Yang et al., 2007). پتانسیل تولید فلاونوئیدها در گلهای نوع دارویی همیشه بهار حدود 28% بیشتر از نوع زینتی بود. افزایش شدت خشکی همچنین میزان اسانس گل ها را نیز کاهش داد، بطوریکه میزان آن از 120/0 در سطح بدون تنش به 0.062 میلی گرم در گرم گُل تر در سطح تنش شدید، کاهش یافت. چنین کاهشی در روغن های فرار گل همیشه بهار میتواند نتیجه بر هم خوردن فتوسنتز و تولید کربوهیدراتها و نیز کاهش رشد گیاه باشد (Flexas and Medrano, 2002). با این وجود، میزان اسانس گل دو نوع همیشه بهار با هم تفاوتی نداشت.
نتیجه گیری
بر اساس مدل لجستیک با افزایش شدت خشکی، عملکرد تجمعی گل همیشه بهار بطور معنی داری کاهش یافت، بطوریکه بیشترین و کمترین میزان آن به ترتیب به تیمارهای بدون تنش و تنش خشکی شدید تعلق داشت. با افزایش شدت خشکی، محتوی فلاونوئیدها در ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. افزایش شدت خشکی همچنین میزان روغن های فرار گل همیشه بهار را نیز کاهش داد. میزان روغن های فرار در تیمار بدون تنش تقریبا دو برابر میزان آن در تیمار تنش شدید بود.

کلیدواژه‌ها


 

Amiri Deh Ahmadi, S.R., Parsa, M., Bannayan, M., Nassiri Mahallati, M., Deihimfard, R., 2014. Yield gap analysis of chickpea under semi-arid conditions: A simulation study. Journal of Plant Production. 8, 531-548.

Ashraf, M., Foolad, M., 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. Environmental and Experimental Botany. 59, 206-216.

Basu, S., Roychoudhury, A., Paromita Saha, P., and Sengupta, D.N., 2010. Differential antioxidative responses of indica rice cultivars to drought stress. Plant Growth Regulation. 60, 51-59.

Bin, J.H., Jiang, S., Huang, S.Q., Pan, R.C., 2000. The relationship between methyl jasmonate induced anthracnose resistance of tobacco seedlings and phenylalanine ammonia lyase activity and cell wall substances. Acta phytophysiologica Sinica. 26, 1-6.

Bousselsela, H., Benhouda, A., Yahia, M., Benbia, S., Ghecham, A., Zidani, A., 2012. In vitro evaluation of antioxidant and antibacterial activities of extracts of Hertia cheirifolia’s leaves. Natural Science. 4, 825-831.

Branzila, I., 2004. The dynamics of flavonoid and polyphenol content in ontogenesis in Calendula officinalis L. Cercetari in Pomicultura. 3, 243-251.

Chakraborthy, G.S., 2010. Phytochemical screening of Calendula Officinalis Linn leaf extract by TLC. International Journal of Research in Ayurveda and Pharmacy. 1, 131-134.

Charles, D.J., Joly, R.J., Simon, J.E., 1990. Effects of osmotic stress on the essential oil content and composition of peppermint. Phytochemistry. 29, 2837-2840.

Esmaielpour, B., Jalilvand, P., Hadian, J., 2013. Effects of drought stress and arbuscular mycorrhizal fungi on some morphophysiological traits and yield of savory (Satureja hortensis L.). Journal of Agroecology. 5, 169-177. [In Persian with English summary].

Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., Basra, S.M.A., 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development. 29, 185-212.

Fini, A., Brunetti, C., Di Ferdinando, M., Ferrini, F., Tattini, M., 2011. Stressinduced flavonoid biosynthesis and the antioxidant machinery of plants. Plant Signaling & Behavior. 6, 709-711.

Flexas, J., Medrano, H., 2002. Energy dissipation in C3 plants under drought. Functional Plant Biology. 29, 1209-1215.

Franco, D., Sineiro, J., Rubilar, M., Sanchez, M., Jerez, M., 2008. Polyphenols from plant materials: Extraction and antioxidant power. Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry. 7, 3210-3216.

Gazim, Z., Rezende, C., Fraga, S., Dias Filho, B., Nakamura, C., Cortez, D., 2008. Analysis of the essential oils from Calendula officinalis growing in Brazil using three different extraction procedures. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 44, 391-395.

Ghadiryan, R., Soltani, A., Zeinali, E., Kalateh Arabi, M., Bakhshandeh, E., 2011. Evaluating non-linear regression models for use in growth analysis of wheat. Electronic Journal of Crop Production. 4, 55-77. [In Persian with English summary].

Ghorbanli, M., Bakhshi Khaniki, G., Zakeri, A., 2012. Investigation on the effects of water stress on antioxidant compounds of Linum usitatissimum L. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants. 27, 647-658. [In Persian with English Summary].

Hassani, A., Omid Beighi, R., 2002. Effects of water stress on some morphological, physiological and metabolically characteristics of basil (Ocimum basilicum). Agricultural Knowledge. 12, 47-59.

Heidari, M., Jahan Tighi, H., 2014. Evaluate Effect of Water Stress and Different Amounts of Nitrogen Fertilizer on Seed Quality of Black Cumin (Nigella sativa L.). Iranian Journal of Field Crops Research. 11, 640-647. [In Persian with English Summary].

Hsiao, T.C., 1973. Plant responses to water stress. Annual Review of Plant Physiology. 24, 519-570.

Jafarzadeh, L., Omidi, H., Bostani, A.A., 2014. The study of drought stress and Bio fertilizer of nitrogen on some biochemical traits of Marigold medicinal plant (Calendula officinalis L.). Iranian Journal of Biology. 27, 180-193.

Kalvatchev, Z., Walder, R., Garzaro, D., 1997. Anti-HIV activity of extracts from Calendula officinalis flowers. Biomedicine & Pharmacotherapy. 51, 176-180.

Król, B., 2012. Yield and chemical composition of flower heads of selected cultivars of pot marigold (Calendula officinalis L.). Acta Scientiarum Polonorum Hortorum Cultus. 11, 215-225.

Merrill, R.K., Eckard, A.N. 1971. Evaluation of water stress control with polyethylene glycols by analysis of guttation. Plant Physiology. 47, 453-456

Metwally, S.A., Khalid, A.K., Abou-Leila, B.H., 2013. Effect of water regime on the growth, flower yield, essential oil and proline contents of Calendula officinalis. Bioscience. 5, 65-69.

Muley, B.P., Khadabadi, S.S., Banarase, N.B., 2009. Phytochemical constituents and pharmacological activities of Calendula officinalis Linn (Asteraceae): A review. Tropical Journal of Pharmaceutical Research. 8, 455-465.

Omidbeigi, R., 2000. Approaches to Production and Processing of Medicinal Plants. Astan Ghods Razavi Publications, Mashhad. [In Persian]

Paim, L.F., Fontana, M., Winckler, M., Grando, A.A., Muneron, T.L., Roman, W.A., 2010. Assessment of plant development, morphology and flavonoid content in different cultivation treatments of Calendula officinalis L., Asteraceae. Brazilian Journal of Pharmacognosy. 20, 974–980.

Preethi, K., Chandran, R.K., 2008. Effect of Calendula officinalis flower extract on acute phase proteins, antioxidant defense mechanism and granuloma formation during thermal burns. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. 43, 58-64.

Raal, A., Kirsipuu, K., 2011. Total flavonoid content in varieties of Calendula officinalis L. originating from different countries and cultivated in Estonia. Natural Product Research. 25, 658-662.

Rahimi, A., Madah Hosseini, S., Pooryoosef, M., Fatehd, I., 2010. Variation of leaf water potential, relative water content and SPAD under gradual drought stress and stress recovery in two medicinal species of Plantago ovata and P. psyllium. Plant Ecophysiology. 2, 53-60.

Rahmani, N., Daneshian, J., Aliabadi Farahani, H. 2009. Effects of nitrogen fertilizer and irrigation regimes on seed yield of calendula (Calendula officinalis L.). Journal of Agricultural Biotechnology and Sustainable Development. 1, 24-28.

Razmjoo, K., Heydarizadeh, P., and Sabzalian, M.R, 2008. Effect of salinity and drought stresses on growth parameters and essential oil content of Matricaria chamomila. International Journal of Agriculture and Biology. 10, 451-454.

Sarker, B. C., Hara, M., Uemura, M., 2005. Proline synthesis, physiological responses and biomass yield of eggplants during and after repetitive soil moisture stress. Scientia Horticulturae. 103, 387-402.

Scalia, R., Oddo, E., Saiano, F., Grisafi, F. 2009. Effect of salinity on Puccinellellia distans (L.) Parl. treated with Nacl and foliarly applied glycine betaine. Plant Stress. 3, 49-54.

Shabih, F., Farooqi, A.H.A., Ansari, S.R., Sharma, S., 1999. Effect of water stress on growth and essential oil metabolism in Cymbopogon martinii cultivars. Journal of Essential Oil Research. 11, 491-496.

Shahidi, A., Kashkuli, H. A., Zamani, G.R., 2006. Estimation of yield function of wheat cultivars under salinity and deficit irrigation conditions in Birjand region. Agricultural Sciences and Technology. 20, 397-410. [In Persian with English Summary]

Simon, J.E., Reiss-Buhenheinra, D., Joly, R.J., Charles, D.J., 1990. Water stress induced alterations in essential oil content and composition of sweet basil. Journal of Essential Oil Research. 4, 71-75.

Singh, M., Ramesh, S., 2000. Effect of irrigation and nitrogen on herbage, oil yield and water-use efficiency in rosemary grown under semi-arid tropical conditions. Journal of Medicinal and Aromatic Plant Sciences. 22, 659-662.

Soltani, A., 2010. Re-consideration of Application of Statistical Methods in Agricultural Research. Mashhad Jihad-e-Daneshgahi Press, Mashhad. [In Persian].

Soltani, A., 2012. Application of SAS in Statistical Analysis. Second Ed. Mashhad Jihad-e-Daneshgahi Press, Mashhad. [In Persian].

Yang, Y., He, F., Yu, L., Chen, X., Lei, J., Ji, J., 2007. Influence of drought on oxidative stress and flavonoid production in cell suspension culture of Glycyrrhiza inflata Batal. Journal for Nature Research. 62, 410-416.

Yuan, Y., Liu, Y., Wu, C., Chen, S., Wang, Z., Yang, Z., Qin, S., and Huang, L. 2012. Water deficit affected flavonoid accumulation by regulating hormone metabolism in Scutellaria baicalensis georgi roots. Vol. 7. PLoS ONE. e42946