بررسی تغییرات میزان آتروپین واسکوپولامین و ویژگی‌های رشدی گیاه دارویی Atropa belladonna L. تحت تأثیرکودهای زیستی و شیمیایی

اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی

مقاله 1، دوره 7، شماره 4 - شماره پیاپی 28، اسفند 1398، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد اینانلوفر¹؛ حسنعلی نقدی بادی^{* 2}؛ مصطفی حیدری¹؛ مجید تولیت ابوالحسنی³؛ حسن مکاریان⁴؛ محمدرضا عامریان⁴

¹گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

²مرکز تحقیقات گیاهان دارویی، پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی، کرج، ایران

³جهاد دانشگاهی، مرکز ملی ذخایر ژنتیکی و زیستی ایران، تهران، ایران.

⁴کروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

چکیده

چکیده [1]
امروزه بکارگیری باکتری­های محرک رشد (PGPR)^[2] یکی از راهکارهای بهبود رشد و ویژگی­های فیتوشیمیایی گیاهان دارویی می­باشد. این تحقیق در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی در سال 1395 به‌صورت فاکتوریل و بر پایه طرح آماری بلوک­های کامل تصادفی انجام ­شد. باکتری­های محرک رشد شامل عدم ­تلقیح، سودوموناس، ازتوباکتر، سودوموناس+ ازتوباکتر، تیوباسیلوس+ گوگرد به‌عنوان عامل اول، و کود شیمیایی شامل عدم مصرف کود شیمیایی یا شاهد، 50 درصد و 100 درصد کود شیمیایی توصیه شده به عنوان عامل دوم این آزمایش بودند.آلکالوئیدهای گیاه در مرحله گلدهی و با استفاده از حلال­های کلروفرم، متانول و آمونیاک استخراج و مقدار آتروپین و اسکوپولامین با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) اندازه­گیری شد. نتایج نشان داد که کودهای زیستی و شیمیایی و اثر متقابل آنها بر صفات رشدی و میزان آتروپین و اسکوپولامین برگ و ریشه تأثیر معنی­داری داشته­اند (p<0.01). بیشترین مقدار عملکرد بیولوژیک در تیمار سودوموناس با 100 درصد کود شیمیایی توصیه شده مشاهده شد. بیشترین میزان آتروپین و اسکوپولامین در برگ به‌ترتیب مربوط به تیمارسودوموناس با 50 درصد کود توصیه شده و تیمار عدم استفاده از کود زیستی با 50 درصد کود شیمیایی توصیه شده بود. بیشترین میزان آتروپین ریشه مربوط به تیمار سودوموناس با عدم استفاده از کود شیمیایی توصیه شده بود و بیشترین میزان اسکوپولامین ریشه در تیمار سودوموناس با 100 درصد کود توصیه شده مشاهده شد. بنابراین بیشترین عملکرد بیولوژیک و میزان آتروپین در برگ و ریشه و همچنین میزان اسکوپولامین ریشه در گیاه شابیزک با کاربرد باکتری سودوموناس حاصل شده ­است. 
 



*نویسنده مسئول:  [e-mail]


[2]. Plant growth-promoting rhizobacteria

کلیدواژه‌ها

آلکالوئید؛ آتروپین؛ اسکوپولامین؛ باکتری‌های محرک رشد؛ شابیزک

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1.pdf

اصل مقاله

 

 

فصلنامه اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی، شماره پیاپی 28، سال هفتم، شماره 4، زمستان 1398

 

بررسی تغییراتمیزانآتروپین واسکوپولامینوویژگی‌هایرشدیگیاه دارویی

شابیزک (Atropa belladonna L.) تحتتأثیرکودهایزیستیوشیمیایی

 

محمد اینانلوفر¹، مصطفی حیدری²، حسنعلی نقدی‌بادی^3*، مجید تولیت ابوالحسنی⁴،

حسن مکاریان²، محمدرضا عامریان²

¹دانشجوی دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.
²دانشیار دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.
³دانشیار مرکز تحقیقات گیاهان دارویی، پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی، کرج، ایران.
⁴ استادیار جهاد دانشگاهی، مرکز ملی ذخایر ژنتیکی و زیستی ایران، تهران، ایران.

 

تاریخ دریافت:18/05/98؛     تاریخ پذیرش:25/09/98

 

چکیده

امروزه بکارگیری باکتری­های محرک رشد(PGPR)[1]یکی از راهکارهای بهبود رشد و ویژگی­های فیتوشیمیایی گیاهان دارویی می­باشد.این تحقیق در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی در سال 1395 بصورت فاکتوریل و بر پایه طرح آماری بلوک­های کامل تصادفیانجام ­شد. باکتری­های محرک رشد شامل عدم­تلقیح، سودوموناس، ازتوباکتر، سودوموناس+ازتوباکتر، تیوباسیلوس+گوگرد به‌عنوان عامل اول، و کود شیمیایی شاملعدم مصرف کود شیمیایی یا شاهد، 50درصدو 100درصد کود شیمیایی توصیه شده به عنوان عامل دوم این آزمایش بودند.آلکالوئیدهای گیاه در مرحله گلدهی و با استفاده از حلال­های کلروفرم، متانول و آمونیاک استخراج و مقدار آتروپین و اسکوپولامین با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC)اندازه­گیری شد. نتایج نشان داد که کودهای زیستی و شیمیایی و اثر متقابل آنها بر صفات رشدی و میزان آتروپین و اسکوپولامین برگ و ریشه تأثیر معنی­داریداشته­اند (p<0.01).بیشترین مقدار عملکرد بیولوژیک در تیمار سودوموناس با100درصد کود شیمیایی توصیه شدهمشاهده شد. بیشترین میزان آتروپین و اسکوپولامین در برگ به ترتیبمربوط به تیمارسودوموناس با 50درصد کود توصیه شده و تیمار عدم استفاده از کود زیستی با 50درصد کود شیمیایی توصیه شدهبود. بیشترین میزان آتروپین ریشهمربوط به تیمار سودوموناسباعدم استفاده از کود شیمیایی توصیه شده بود و بیشترین میزان اسکوپولامین ریشهدرتیمار سودوموناس با 100درصد کود توصیه شدهمشاهده شد. بطورکلیبیشترین عملکرد بیولوژیک و میزان آتروپین در برگ و ریشه و همچنین میزان اسکوپولامین ریشه در گیاه شابیزک با کاربرد باکتری سودوموناس حاصل شده­است. 

 

واژه­های کلیدی:آلکالوئید، آتروپین، اسکوپولامین، باکتری­های محرک رشد، شابیزک.[2]

 

 

 

 

مقدمه

            استفادهازگیاهانداروییبهمنظوردرمان بیماری‌هاباتاریخزندگیانسانهمزمانبودهاست. اگر چهدر50 سال گذشتهاستفادهازداروهایشیمیاییو سنتزیرواجزیادییافته،ولیآثارزیانبارآنها برسلامتانسانسببگرایشمجددبهکاربردگیاهان داروییشدهاست. بنابرایندرطولتاریخ،استفادهازگیاهاندارویییکیاز روشهایمهمدردرمانبیماری­هابودهاست(Omidbeigi, 2015). اگرچهمصرفگیاهانداروییباتوسعهصنــــایعشیمیایــیمحدودشدهاست،اماچشم­اندازمقداراستفادهازاینگیاهانروبهافزایشاست وپژوهش­هایعلمی،اثربخشیوایمنیبرخیازروش­هایطبمکملازجملهگیاهانداروییرادردرمانبرخیبیماریهابهاثباترساندهاست (Nourhosseini et al., 2017).

تیره سیب­زمینی نزدیک به 2000 گونه دارد که برخی از آن­ها دارای آلکالوئیدهای مهمی مانند آتروپین و اسکوپولامین هستند(Ghahreman, 2008). گیاهشابیزک(Atropabelladonna L.) یکی از گیاهان این تیره است که به دلیل داشتن آلکالوئیدهای مهم به عنوان گیاه دارویی استفاده می­شود(Zhang et al., 2004).شابیزک با نام­های انگلیسیDeath cherries، Devil's berries، Belladona، Deadly nightshade گیاهی است پایا، چند ساله، که از قدیم به عنوان گیاه دارویی در طب سنتی استفاده شده است. خواص دارویی آن مربوط به آلکالوئیدهای موجود در این گیاه است. شابیزک با بوی نامطبوع، دارای آلکالوئیدهای مشتق از تروپان(C₈H₁₅N) شامل آتروپین و اسکوپولامین است(Latif and Gray, 2006).آلکالوئیدهایآتروپین و اسکوپولامینجزءمهمترینآلکالوئیدهایتـــروپانـیمی­باشندکهبهعنوانداروهایضدکولیکواسپاسمولیتیکیدردستگاهگوارشودفــعادرارمورد استفادهقرارمی­گیرند.آتروپین، آلکالوئیداصلیدرریشه­هایگیاهشابیزک Atropa belladonna است وبیشتربه خاطراثراتآنتیکولینرژیک(Anti-cholinergic) کهرویگیرندگانموسکارین(Muscarinicreceptors) عملمی­کند، شناختهمی­شود. اسکوپولامین نیزمانندآتروپینبه‌عنوانآنتی‌موسکارین(Anti- Muscarin)عملمی­کند،اماتأثیربیشتریرویسیستمعصبمرکزیدارد(Navasi et al., 2019).

            امروزه باکتری­ها توجه زیادی را به عنوان تقویت کننده رشد گیاه به خود جلب کرده­اند. این ریزوباکتری­ها اثر متقابل بر خاک و ریشه گیاه دارند و بر رشد گیاه تأثیر مثبت دارند و به همین دلیل به آنها تحریک کننده­های رشد(PGPR) می­گویند. این باکتری­ها مستقیماً باعث تحریک رشد می­شوند و یا بصورت غیرمستقیم از طریق کنترل بیماری­ها به عملکرد گیاه کمک می­کند. به‌دلیل این ویژگی­های مهم، امروزه به عنوان راهبردی مطمئن برای افزایش عملکرد، حفاظت از گیاهان زراعی، جایگزینی مناسب و بوم سازگار برای کودهای شیمیایی و آفت­کش­های شیمیایی برای آینده معرفی می­شود. باکتری­های آزادزی در برخی فرآیندهای کلیدی بوم نظام مانند فرآیندهای دخیل در کنترل بیولوژیکی پاتوژن‌های گیاهی، چرخه عناصر غذائی و استقرار گیاهچه نقش دارند(Wu et al., 2005). بنابراین بکارگیری مواد بیولوژیک، دارای کارکردهای چند منظوره­ای در بوم نظام­های زراعی هستند بطوریکه بالقوه سبب بهبود کیفیت فیزیکی خاک (از طریق گسترش ریسه­های قارچ یا کلنی­های باکتریایی)، کیفیت شیمیائی خاک(از طریق افزایش جذب عناصر غذائی)و کیفیت بیولوژیکی خاک (از طریق شبکه غذائی خاک) می‌گردند(Emam, 2007). بهرحال مصرف کودهای زیستی روی ذرت، اثر مثبت بر جذب عناصر غذایی و عملکرد دارد (Ehteshami et al., 2008).

            کودهای زیستی نیتروژن از طریق ترشحات حل‌کننده و کاهش pH، عناصر مختلف غذایی بیشتر را به صورت محلول در اختیار گیاه قرار داده و با تولید بیشتر مواد فتوسنتزی در افزایش تولید مؤثر واقع می‌شود (Hanet al., 2006). اگرچه اینعنصرمی­تواندبه صورتکوددهیشیمیایی وزیستیدراختیارگیاهقرارگیردولیمصرفنامتناسبو بی­رویهکودهایشیمیایینیتروژن،نتیجه­ایجزکاهشکیفیت محصول،افزایشهزینهتولیدوافزایشآلودگیمنابـعآب زیرزمینیدربرنخواهدداشت(Mohammedvarzi, 2010). فلاحنصرت­آّبادوهمکاران (2014) دربررسیتأثیرکودهایزیستیو شیمیایینیتروژنبرعملکردو اجزایعملکردگندمنشاندادندکهبرهمکنشکودزیستی حاویازتوباکتر،آزوسپیریلوم،سودوموناسوباسیلوسباکود شیمیایی نیتروژن،به‌طورقابلتوجهیمنجربهافزایشعملکرد دانهشده­است.

            باکتری­های حل کننده فسفات، گروهی از ریز موجودات را در بر می گیرند که قادرند فسفر نامحلول در خاک را به فرم محلول قابل دسترس گیاه تبدیل کنند. از مهم‌ترین جنس‌های این خانواده می توان به Bacillus و Pseudomonas اشاره کرد. گونه‌هایمختلفجنس Pseudomonas درکنترلقارچ­های بیماریزامؤثربودهوP.fluorescens ازطریقسازوکارهای مختلفی از جمله تولید سیدروفورها، سنتز آنتی بیوتیک­ها، تولید هورمون­های گیاهی، افزایش جذب فسفر، تثبیت نیتروژن و سنتز آنزیم‌هایی که مقدار اتیلن در گیاه را تنظیم می­کنند، سبب تحریک رشد گیاه می­گردد(Abdul-Jaleel et al., 2007).در مطالعه­ای کهگیاه عدس به سویه­های باکتری سودموناس فلورسنس و قارچ میکوریزای آربسکولارتلقیح شده­بود مشخص گردید که یک رابطه همکاری مثبت بین قارچ‌های میکوریزای و بعضی از سویه­های باکتری وجود دارد سبب افزایش عملکرد گیاه عدس شده­است (Zarei et al., 2006).

            باکتری­هایجنستیوباسیلوسازمهمترینورایجترینانواعباکتری­هایاکسیدکنندهگوگرداستوگوگردموجوددرخاکرابه­صورتSO₄قابلجذببرای­گیاهاندرمی­آورد(Ravichandra et al., 2007).تیوباسیلوس­ها اثرات قابل ملاحظه­ای بر pH محیط دارند وبا تولید اسید توسط، حلالیت عناصر افزایش یافته و قابلیت دسترسی آنها تسهیل می­گردد
(Fallah et al., 2010). بهرحال کاهش اسیدیته خاک، یکی از روشهای مؤثر مقابله با کمبود فسفر و ریزمغذیها در خاک­های آهکی و قلیایی به شمار می‌رود (Doroudian et al., 2010).

            با توجه به اهمیت آلکالوئیدهای مهم موجود در گیاه دارویی شابیزک و از آنجاییکه تاکنون پژوهشی زراعی در خصوص اثر کودهای زیستی و مصرف توام آنها با کودهای شیمیایی بر آلکالوئیدهای این گیاه انجام نشده است، این تحقیق در راستای تولید پایدار این گیاه با هدف ارزیابی خصوصیات رشدی و فیتوشیمیایی گیاه شابیزکدر شرایط مزرعه­ایانجام شده است.

 

مواد و روش‌ها

            این آزمایش در سال 1395درمزرعه تحقیقاتی پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی واقع در کرج انجام شده است.قبل از انجام آزمایش، از خاک نمونه برداری و خصوصیات فیزیکی وشیمیایی آن تعیین شد(جدول1).

 

 

 

جدول 1:خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه تا عمق 30 سانتی‌متری

کلاس بافت‌ خاک	درصد  اجزاء رس     سیلت     شن	اسیدیته (pH)	شوری (dS/m)	ازت کل (درصد)	مواد آلی (درصد)	فسفر قابل جذب (mg.kg-1)	پتاسیم قابل جذب (mg.kg-1)
لوم سیلتی	8         13       79	2/8	95/0	071/0	82/0	9/48	6/33

 

جدول 2:مشخصات اقلیمیو جغرافیایی مزرعه تحقیقاتی

میانگین سالیانه دما (سانتی­گراد)	میانگین بارندگی (میلی­متر)	ارتفاع از سطح دریا (متر)	عرض جغرافیایی	طول جغرافیایی
21/13	263	1426	´36 º35	´56  º50

 

جدول 3: میانگین برخی شاخص­های آب و هوایی منطقه کشت گیاه شابیزک در طول دوره رشدگیاه (سال 2018-2017)­

مجموع بارش ماهانه mm	مینیمم دمای ماهانه (℃)	ماکزیمم دمای ماهانه (℃)	میانگین دمای ماهانه (℃)	ماه
46.4	-8.6	13.3	2.1	January
77.7	-12.3	13.2	0.9	February
81.8	-3.1	17.9	7.2	March
97.1	-1.8	25.2	13.1	April
35.2	8.3	31.1	20.6	May
0	9.1	35.2	24.9	June
0.6	12.9	37.8	27.4	July

 

 

این آزمایش به‌صورت فاکتوریل و بر پایه طرح آماری بلوک­های کامل تصادفی با 3 تکرار انجام ­شد. تیمارهای آزمایش شامل باکتری­های محرک رشد: عدم تلقیح(N)،سودوموناس(Pseudomonasputida strainP₅;S)، ازتوباکتر( Azotobacter vinelandii strain O₄; A)، سودوموناس+ازتوباکتر(SA)، تیوباسیلوس (Thiobacillus spp.) +گوگرد(T) به عنوان عامل اول و کود شیمیایی در سه سطح : عدم مصرف کود شیمیایی«شاهد»(F₁)، 50درصد کود شیمیایی توصیه شده(F₂)و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده(F₃) به‌عنوان عامل دوم بودند. بذر گیاه شابیزک در تاریخ01/11/1395 در بستر گلخانه کشت و در تاریخ 15/01/1396 نشاءها به زمین اصلی مزرعه منتقل گردیدند. در این آزمایش کرتهای آزمایش به ابعاد 2×2 متر ایجاد و نشاهای شابیزک در فواصل50 ×20 سانتی‌متر کشت گردیدند در نهایت در مرحله گلدهی، گیاهان جهت اندازه­گیری صفات برداشت شدند.

در آخرین مرحله آماده سازی مزرعه برای کاشت نشاء شابیزک و همزمان با آماده سازی کرت­ها، مقدار 50درصد توصیه کودی هر تیمار به خاک اضافه شد. اعمال تیمار تلقیح با باکتری­های محرک رشد در تاریخ 15/01/1396 همزمان با کشت نشاء صورت پذیرفت. 50درصد توصیه کودی نیز در 30/02/1396 قبل از شروع مرحله گلدهی به مزرعه داده شد. در این آزمایش، سایر عملیات زراعی برحسب نیاز انجام شد. نمونه برداری و اندازه گیری صفات نیز با به گل رفتن گیاه در تیرماه 1396 آغاز گردید.صفات مورد اندازه­گیری شامل ارتفاع بوته، طول برگ، عرض برگ،عملکرد بیولوژیک، قطر ساقه، میزان سبزینگی برگ، میزان آتروپین و اسکوپولامین گیاه بودند.برایخشک
کردن اندام­ هوایی گیاه جهت محاسبه عملکرد بیولوژیکو نیز حفظ کیفیت، نمونه‌ها بصورت یکنواخت در قفسه‌ها پخش گردیده و در دمای اتاق خشک گردید. میزان سبزینگی برگ‎ها با استفاده از دستگاه SPAD(مدل MINOLTA-502 JAPAN) تعیین شد.

            برای سنجش آتروپین و اسکوپولامین برگ و ریشه از عصاره نمونه­ها از روش فاچینی و دلوکا(Facchini and De Luca, 1995) و فریک و همکاران(Frick et al., 2004) استفاده شد. بر اساس این روش، مقدار یک گرم از پودر گیاه شابیزک را به ارلن cc250 انتقال داده و به آنcc5 آمونیاک 25 درصد، cc25 متانول و cc75 کلروفرم به آن اضافه شد و درب آن بسته و به مدت 10 دقیقه در دستگاه اولتراسونیک قرار داده شد. سپس به مدت 30 دقیقه در مکانی تاریک قرار نگهداری شد و بعد به وسیله کاغذ صافی و پنبه صاف شد و به کمک cc10 کلروفرم محتویات باقیمانده در ارلن نیز از کاغذ صافی عبور داده شد. محلول صاف شده، در یک بالن cc200 به دستگاه روتاری متصل شد تا حلالهای آن تبخیر و خارج شود. به رسوب حاصل، cc25 کلروفرم و cc10 اسید سولفوریک یک نرمال اضافه شد. برای بهتر حل شدن رسوب میتوان از دستگاه اولتراسونیک برای مدت زمان کوتاهی استفاده کرد. محلول فوق را به یک دکانتور منتقل کرده و پس از ایجاد دو فاز مجزا، فاز پایینی که فاز کلروفرمی بود، از دکانتور خارج و فاز بالایی را که فاز آبی بود، نگه داشته شد. در صورت ایجاد اینترفاز (یک لایه بین دو فاز آبی و کلروفرمی) از چند میلی­لیتر محلول آب نمک اشباع برای جداسازی بهتر دو فاز استفاده گردید. با استفاده از چند قطره محلول آمونیاک pH محلول بین 11 - 10 تنظیم شد. در این مرحله فاز کلروفرمی (فاز پایینی) در بالنهای کوچکتر جمع­آوری و فاز آبی مجدداً با cc10 کلروفرم استخراج و جمع­آوری شد. برای آبگیری از محلول حاصل، به محلول کلروفرمی جمع­آوری شده، سدیم سولفات انیدرید اضافه و سپس به وسیله کاغذ صافی صاف شد. سپس با دستگاه روتاری، حلال آن کاملاً خارج شد و مواد باقیمانده با cc5 متانول ویژه HPLC جمع­آوری شد. برای انحلال کامل رسوب در متانول، به مدت چند دقیقه در اولتراسونیک قرار داده شد. به این ترتیب نمونه­ها برای تزریق به دستگاه HPLC آماده شد.

مشخصات دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC): روش کروماتوگرافی مورد استفاده جهت جداسازی و تعیین مقدار آتروپین و اسکوپولامین موجود در گیاه شابیزک، روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) (performance High chromatography liquid)بود. در بین روش‌های گوناگون آنالیز آلکالوئیدها، روش HPLC با ردیاب ماورای بنفش، به دلیل گزینش­پذیری مناسب و حساسیت بالا، بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد. در این تحقیق برای آنالیز عصاره از دستگاه HPLC مدل Knauer با rate Flow،2 میلی­لیتر در دقیقه و ترکیب فاز متحرک به کار برده شده، آمونیوم استات 100 mM ،دی­اکسان، استونیتریل، به نسبت (40:50:50:860) با استیک اسید 6/5pH=و دتکتور UV با طول موج nm 254 ستون CN 5micrometer (4.9*250) استفاده شد. حجم هر بار تزریق 50 میکرولیتر بود.میزان دو آلکالوئیـد آتـروپین و اسـکوپولامین در نمونـه­هـای گیاه براساس سطح زیرمنحنی به دست آمـده (شـکل1)و با استفاده از منحنی استاندارد آنها محاسـبه شد. منحنـی اســتاندارد نیــز براســاس ســطح زیــرمنحنــی دو ترکیــب استاندارد (آتروپین سولفات و اسکوپولامین هیدروبروماید) در4 غلظت 5، 10، 25 و 50 میکروگرم بر میلی­لیتر ترسیم شد.

تجزیه داده­ها:مقایسه میانگین­ها به روش LSDدر سطح 5 درصد و آنالیز داده­های این تحقیق توسط نرم­افزار SAS ver 9.1انجام شد.

 

 

(الف)

(ب)

(ج)

 

شکل 1:نمونه کروماتوگرامHPLCآتروپین و اسکوپولامین اندام هوایی (الف)، ریشه (ب) و محلول استاندارد (ج)

 

نتایج

صفاترشدی: نتایج آزمایش بیانگر آن بود کهکودهای زیستی و شیمیایی و همچنین اثر متقابل آنها تأثیر معنی­داری(p≤0.01) بر صفات کمی شاملارتفاع بوته، قطر ساقه، طول برگ، عرض برگ، عملکرد بیولوژیکی و میزان سبزینگی برگداشت (جدول 4). بیشترین مقدارارتفاع بوته (64 سانتی‌متر) در تیمار F₂S(سودوموناس+ 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین مقدار ارتفاع بوته (به‌ترتیب 37 و 36 سانتی‌متر)در تیمارهایF₁T(تیوباسیلوس+ گوگرد و عدم استفاده از کود شیمیایی) و F₁A(ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی) مشاهدهشد(جدول 5). بیشترین و کمترین مقدار قطر ساقه (به‌ترتیب 33/15و 51/8 میلی‌متر)مربوط بهتیمارهای F₂S(سودوموناس+ 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و F₁A(ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی)بود(جدول 5). بیشترین مقدار طول برگ و عرض برگ (به‌ترتیب 94/23و 75/12 سانتی‌متر)از تیمار F₃T(تیوباسیلوس+گوگرد و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین مقدار طول برگ و عرض برگ(به‌ترتیب 97/14و 78/7 سانتی‌متر) از تیمارF₁A(ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی) حاصل گردید(جدول 5). بیشترین عملکرد بیولوژیک(8701و 8674کیلوگرم در هکتار)  به‌ترتیب در تیمار F₃S(سودوموناس و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) و F₃SA(سودوموناس + ازتوباکتر و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین عملکرد بیولوژیک (5022 کیلوگرم در هکتار) در تیمار F₁A (ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی) مشاهده گردید(جدول 5).حداکثر میزان سبزینگی برگ (2/46) در تیمار F₂A (ازتوباکتر و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده)و کمترینمیزان سبزینگی برگمربوط به تیمارهایF₁T(تیوباسیلوس + گوگرد و عدم استفاده از کود شیمیایی)، F₃T(تیوباسیلوس+گوگرد و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده)،F₁N (عدم تلقیح کود زیستی و عدم استفاده از کود شیمیایی)،F₁A (ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی) و F₁S(سودوموناس و عدم استفاده از کود شیمیایی)بود(جدول 5).

صفات فیتوشیمیایی: کودهای زیستی و شیمیایی و همچنین اثر متقابل آنها بر میزان آتروپین برگ، آتروپین ریشه، اسکوپولامین برگ و اسکوپولامین ریشهتأثیر معنی­داری(p ≤ 0.01)داشتند (جدول 4).بیشترین میزان آتروپین برگ(5/27 میلی­گرم/گرم ماده خشک)در تیمار F₂S (سودوموناس و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین آن (05/4 میلی­گرم/گرم ماده خشک) در تیمار F₃SA (سودوموناس + ازتوباکترو 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) مشاهده شد (جدول 5).بیشترین و کمترین میزان آتروپین ریشه (5/11و 5/7 میلی­گرم/ گرم ماده خشک) به‌ترتیب در تیمار F₁S(سودوموناس و عدم استفاده از کود شیمیایی) و تیمار F₂N (عدم تلقیح کود زیستی و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) حاصل گردید (جدول 5).

            بیشترین میزان اسکوپولامین برگ(4/10 میلی­گرم/ گرم ماده خشک)  در تیمار F₂N (عدم تلقیح کود زیستی و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین آن(03/0 میلی­گرم/ گرم ماده خشک) از تیمارهایF₂T(تیوباسیلوس+گوگرد و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و F₁SA (سودوموناس + ازتوباکتر و عدم استفاده از کود شیمیایی)مشاهده شد (جدول 5). بیشترین میزاناسکوپولامین ریشه(77/1 میلی­گرم/ گرم ماده خشک)  در تیمار F₃S (سودوموناس و 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) و کمترین آن (56/0 و 48/0 میلی­گرم/ گرم ماده خشک) به ترتیباز تیمارهایF₂N (عدم تلقیح کود زیستی و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) و F₂S (سودوموناس و 50درصد کود شیمیایی توصیه شده) حاصل گردید (جدول 5).

 

 

 

 

جدول4: تجزیه واریانس پاسخ‌های رشدیو فیتوشیمیایی گیاه شابیزک به کودهای زیستی و شیمیایی در شرایط زراعی

منابع تغییرات (S.O.V)	درجه آزادی (D.F)	میانگین مربعات (MS)
		ارتفاع بوته	قطر ساقه	طول برگ	عرض برگ	عملکرد بیولوژیک	میزان سبزینگی برگ
تکرار (R)	2	ns011/0	ns39/0	ns43/0	ns062/0	ns053/0	ns73/0
کود زیستی (B)	4	**53/13	**12/45	**01/38	**75/28	**12/5	**45/5
کود شیمیایی (F)	2	**12/9	**06/11	**70/11	**37/5	**25/8	**93/2
اثر متقابل F × B	8	**41/28	**42/51	**62/54	**08/11	**17/4	**15/1
خطا (E)	28	114/0	089/0	311/0	221/0	143/0	045/0
ضریب تغییرات (C.Vدرصد)	---	86/15	34/15	25/13	49/16	96/12	86/11

**و ns به‌ترتیب معنی‌دار در سطح احتمال1 درصد و عدم معنی‌داری

 

ادامه جدول 4:

منابع تغییرات (S.O.V)	درجه آزادی (D.F)	میانگین مربعات (MS)
		آتروپین برگ	آتروپین ریشه	اسکوپولامین برگ	اسکوپولامین ریشه
تکرار (R)	2	ns042/0	ns63/0	ns52/0	ns19/0
کود زیستی (B)	4	**27/13	**08/25	**12/6	**41/19
کود شیمیایی (F)	2	**09/3	**43/6	**75/4	**13/10
اثر متقابل F × B	8	**843/0	**12/7	**26/2	**04/30
خطا (E)	28	315/0	344/0	286/0	204/0
ضریب تغییرات (C.Vدرصد)	---	97/13	62/14	73/11	06/12

**و ns به ترتیب معنی‌دار در سطح احتمال1 درصد و عدم معنی‌داری

 

 

 

 

 

 

بحث

نتایج آزمایش نشان داد که بیشترین میزان ارتفاع بوته و قطر ساقه مربوط به تیمار سودوموناس با 50درصد کود شیمیایی توصیه شده بود (جدول5). سودوموناسباتأثیربر رویسیستمریشهسببافزایشجذبآبوموادغذایی درگیاهمی­شود،همچنینازطریقتولیدهورمونهایی مانندجیبرلینکهرویرشدطولیسلولهابه ویژهمیانگره­هایساقه نقش داردو یااکسینوسیتوکنینکهرویتقسیمسلولی نقشدارند،تاثیر گذاشته و در نتیجهسبب افزایش ارتفاعگیاهشده­است.باکتری­های محرکرشد بخصوص سودوموناس­هاممکن است ازطریقمکانیسمهایدیگریهمچونتولیدآنزیمACCدآمینازیاافزایشفراهمیفسفر موجبتحریکرشدوافزایشارتفاعوقطربوتهگیاهانشوند(Ehteshami et al., 2014). بهرحالریزجاندارانحلکنندهفسفاتموجبتحریکرشدو افزایشارتفاعگیاهمی­شوند (Larsen et al., 2009) و افزایشارتفاعوقطربوته­هایگندمدرپاسخبهاستفادهاز باکتری­هایحل کننده فسفات نیز قبلاگزارششدهاست (Ramezanian, 2005).

            این تحقیق نشان داد که بیشترین طول و عرض برگ گیاه شابیزک مربوط به تیمار تیوباسیلوس + گوگرد با 100درصد کود شیمیایی توصیه شده می‌باشد (جدول 5).تأثیر کاهش pH محیط و اسیدی شدن آن بر اثر استفاده از تیوباسیلوس ودر نتیجه افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی گزارش شده­است (Fallah et al., 2014).بنابراین افزایشطولوعرضبرگممکن استناشی از افزایشجذبعناصر غذایی مانندنیتروژنبه سبب تاثیر باکتری­های تیوباسیلوس باشد. زیراافزایشنیتروژنباعثافزایشپروتوپلاسموتقسیمسلولیو درنتیجهاندازهسلولوسـطحبـرگشـدهودر نهایتبابالارفتنفعالیتفتوسنتزی،رشدرویشیگیاهافزایش یافته است(Saikia et al., 2010).در مطالعه­ای بر روی گیاه نعناع فلفلی مشخص شد که بیشترین میزان طول و عرض برگ در استفاده از تیمار تیوباسیلوس حاصل شده است (Kheiry et al., 2018).

بیشترین میزان عملکرد بیولوژیک (وزن خشک گیاه) نیز از تیمار سودوموناس با 100درصد کود شیمیایی توصیه شده حاصل گردید(جدول 5). افزایشعملکرد بیولوژیک در گیاهانتحت تیمارباکتریسودوموناس عمدتاًممکناستبه دلیلتولیدمواد تحریککنندهرشدگیاهماننداکسینوسایتوکینینباشد کهموجبتوسعهسیستمریشه­ایگیاهشدهو در نتیجهگیاهتوانسته ازحجمبیشتریازخاکاستفادهکندوموجب افزایشبازدهجذبآبوموادغذاییشده­است (Alipour and Sobhanipour, 2012).در مطالعه­ای، تلقیحگندمبا باکتری سودوموناستحتشرایطتنشمحیطی موجبکاهشجذبیون‌هــایسمی،افزایشتولیدهورموناکسینوپروتئینهایمخصوص در گیاه شد و در نتیجه سببتحریکرشدگیاه و افزایش عملکرد بیولوژیک گردید (Davoodifard et al., 2011).

            در این آزمایش،بیشترین میزان سبزینگی برگ از تیمار ازتوباکتر با 50درصد کود شیمیایی توصیه شده بدست آمد(جدول 5).ازباکتری­هایموجود درکودهایزیستیمی­توانبهازتوباکتر به عنوان باکتریتثبیت کننده نیتروژناشارهکردکهدارایمیکروارگانیسم­هایمفید برایتامینموادمغذیبه ویژهنیتروژناست. بارزترین ویژگیآن نیزقابلیتتثبیتنیتروژنجوازطریق فرآیندتثبیتبیولوژیکینیتروژناست. علاوهبرایناز طریقسنتزموادمحرکرشدگیاهیسبببهبودرشد گیاهمی­شود. ازتوباکترها موادمغذیخاصمانندکربن، نیتروژن،فسفروگوگردراازطریقتسریعمعدنیشدناز بقایایآلیخاکدردسترس گیاه قرار داده وازجذبفلزات سنگیننیز جلوگیریمی­کنند (Zhang et al., 2013).

            نیتروژنبهسببتأثیرقابلتوجهی کهدرتشکیلرنگدانه­هایفتوسنتزیفعالازطـــریقافزایشمقداراستروماوپروتئینتیلاکوئیددربرگداردسببافزایشمیزانکلروفیلگیاهانمی­شود. همچنیناثراتمثبتمنابعنیتروژنبرتشکیلکلروپلاستبرگنیـز گزارششده است(Hong et al., 2012).درتحقیقینیزمشخص شدکهتیمارتلقیحباازتوباکتربهتنهاییوهمچنینبهصورتتوأمبا کودنیتروژنباعثافزایشمعنی­داریدرغلظتکلروفیلبرگهادرگندم گردید(Haji Boland et al., 2013).

            بیشترین میزان آتروپین ریشه از تیمار سودوموناس در عدم استفاده از کود شیمیاییو بیشترین میزان اسکوپولامین ریشه نیز از تیمار سودوموناس بعلاوه 100درصد کود شیمیایی توصیه شده حاصل گردید. بیشترین میزان آتروپین برگ از تیمار سودوموناس به همراه 50درصد از کود شیمیایی توصیه شده و بیشترین میزان اسکوپولامین برگ نیز از تیمار عدم استفاده از کود زیستی به همراه 50درصد از کود شیمیایی توصیه شده بدست آمد(جدول 5). سنتز آتروپین و اسکوپولامین ابتدا در ریشه گیاه بوده و پس از تولید مقدار توجهی از آن به اندام هوایی گیاه منتقل شده و تجمع می‌یابد(Samanani and Facchini, 2006). این باکتری­ها با مکانیسم­های مستقیم و غیرمستقیم خود، نقش اساسی در رشد و فیزیولوژی گیاه بازی می­کنند. این مکانیسم­ها مانند افزایش انحلال عناصر غذایی کم­محلول مانند فسفر، تولید
ACC-دآمیناز، تولید سیدروفور(از دیدگاه افزایش قابلیت جذب آهن)، ترشح هورمون­های رشد از قبیل اکسین، سیتوکنین و جیبرلین می­باشند که مراحل
مختلف رشد گیاه یا آنزیم­هایی که رشد و نمو گیاه را تنظیم می­کنند تحت تأثیر خود قرار می­دهند. این نتایج در راستای گزارش بسیاری از محققان مبنی بر تأثیر مثبت باکتری­های ریزوسفری روی شاخص­های رشد گیاهان تحت تلقیح آنها می­باشد(Glick et al., 2007).گزارش­های متعددی از آثار مثبت سودوموناس بر عملکرد کتان، ذرت، گندم، جو، تنباکو و خردل وجود دارد که نشان داده این باکتری­ها موجب افزایش تثبیت نیتروژن، افزایش جذب عناصری چون فسفر، پتاسیم و آهن، بهبود وضعیت آب گیاه و تولید فیتوهورمون­ها در این گیاهان شده­اند(Ehteshami et al., 2008).

 

نتیجه­گیری نهایی

            بطورکلی نتایج نشان داد که بیشترین عملکرد بیولوژیک مربوط به تیمارهای F₃S (کاربرد باکتری سودوموناس+ 100درصد کود شیمیایی توصیه شده) و F₃SA(باکتری سودوموناس + ازتوباکتر و 100درصد کود شیمیایی)­است.همچنین بیشترین میزان آتروپین برگ و ریشه و همچنین اسکوپولامین ریشه گیاه شابیزک با کاربرد باکتری سودوموناس حاصل شده­است. با توجه به اینکه میزان آلکالوئیدهای آتروپین و اسکوپولامین در برگ بسیار بیشتر از ریشه می­باشد، نتایج نشان می­دهد که بیشترین عملکرد بیولوژیک و فیتوشیمیایی از کاربرد سودوموناس حاصل شده است.

 

تشکر و قدردانی

            از گروه محترم پژوهشی کشت و توسعه گیاهان دارویی پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی که تجهیزات و امکانات لازم را در اجرای انجام این تحقیق و پژوهش فراهم آوردند تشکر می­گردد.

 

 

 

References

1. Abdul-Jaleel, C., Manivannan, P., Sankar, B., Kishorekumar, A., Gopi, R., Somasundaram, R. and Panneerselvam, R. 2007. Pseudomonase fluorescens enhances biomass yield and ajmalicine production in Catharanthus roseus under water deficit stress. Colloids and Surfaces. B: Biointerfaces, 60: 7-11.
2. Alipour, Z.T. and Sobhanipour, A. 2012. The Effect of Thiobacillus and Pseudomonas fluorescens inoculation on maize growth and Fe uptake. Annals of Biological Research, 3: 1661-1666.
3. Davoodifard, M., Habibi, D., Paknejad, F., fazeli, F. and Farhanipad F. 2011. Effect of plant growth promoting rhizobacteria and foliar application of amino acids and silicic acid on antioxidant enzyme activity of wheat under drought stress. Journal of Agriculture and Plant Breeding, 4: 11-36.
4. Doroudian, H.R., BesharatiKelayeh, H., FallahNosrat Abad, A.R., Heidary Sharif Abadi, H., Darvish, F. and Allahverdi, A. 2010. Study of absorbable phosphorus changes in lime soils and its impact on corn yield. Agricultural Modern Knowledge(Modern Knowledge of Sustainable Agriculture), 6(18): 27-35.
5. Ehteshami, S.M.R., AghaAlikhani, M., Khavazi, K. and Chaichi, M.R. 2008. Effect of phosphate solubilizing microorganisms on quantitative and qualitative of corn under water deficit stress. Iranian Journal of Crop Science, 40(1): 15-27.
6. Ehteshami, S.M., Kashani, M. and Yousefi Rad, M.2014. Effect of Seed inoculation with Pseudomonas and Azotobacter bacteria on quantitative and qualitative yield of two sesame cultivars. Iranian Journal of Seed Science and Research, 3(3): 47-57.
7. Ehteshami, S.M., Agha Alikhani, R.M., Chaichi, M.R. and Khavazi, K. 2008. Effect of biological phosphate fertilizer on qualitative and quantitative properties of maize (Zea mays L.)(SC 704) in the water deficit stress condition. Iranian Journal of Field Crops Research, 40(1): 15-26.
8. Emam, Y. 2007. Cereal production. 3^rd edition. Shiraz University Press, 190 P.
9. Facchini, P.J. and De Luca, V. 1995. Phloem-specific expression of tyrosine/dopa decarboxylase genes and the biosynthesis of isoquinoline alkaloids in opium poppy. The Plant Cell, 7(11): 1811-1821.
10. Fallah Nosratabad, A., Momeni, S. and Shariati, S. 2015. The effect of bio-fertilizers and nitrogen on yield and yield components of wheat in greenhouse condition. Journal ofAgricultural Engineering, 37(2): 73-86.
11. Fallah, A., Besharati, H. and Khosravi, H. 2009. Soil Microbiology. 2^nd  edition. Abizh press: Tehran, Iran,136 P.
12. Frick, S., Chitty, J.A., Kramell, R., Schmidt, J., Allen, R.S., Larkin, P.L. and Kutchan, T.M. 2004. Transformation of opium poppy (Papaver somniferum L.) with antisense berberine bridge enzyme gene(anti-bbe) via somatic embryogenesis results in an altered ratio of alkaloids in latex but not in roots. Transgenic Research, 13: 607-613. 
13. Ghahreman, A. 1994. Plant Systematics: Chromophytes of Iran. Volume 3. Iran University Press,775 P.
14. Glick, B.R., Todorovic, B., Czamy, J., Cheng, Z., Duan, J. and McConkey, B.2007. Promotion of Plant Growth by Bacterial ACC Deaminase. Critical Reviews in Plant Sciences, 26: 227-242.
15. Haji Boland, R., Aliasgharzadeh, N. and Mehrfar, Z. 2013. Ecological study of Azotobacter in two Zrbayhan Highland region and its effect on growth and mineral nutrition of plants inoculated wheat. Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 2(8): 75-89.
16. Han, H., Supanjani, S. and lee, K.D. 2006. Effect of co-inoculation with phosphate and potassium soluble bacteria on mineral uptake and growth of popper and cucumber. Plant Soil and Environment, 52: 130-137.
17. Hong, L., Li, M., Luo, J., Cao, X., Qu, L., Gai, Y., Jiang, X., Liu, T., Janz, H., Bai, D., Polle, A., Peng, C. and Luo, Z.B. 2012. N fertilization has different effects on the growth, carbon and nitrogen physiology, and wood properties of slow- and fast-growing Populus species. Journal of experimental botany, 63: 6173-6185.
18. Kheiry, A., Babakhani, R., Sanikhani, M. and Razavi, F. 2018. Effects of Nitroxine and Thiobacillus biofertilizers on morphological and phytochemical properties of Mentha pipertita L. Journal of Plant Ecophysiology, 10(33): 34-42.
19. Larsen, J., Cornejo, P. and Míguel Barea, J. 2009. Interactions between the arbuscular mycorrhizal fungus Glomusintraradices and the plant growth promoting rhizobacteria Paenibacilluspolymyxa and P.macerans in the mycorrhizosphere of Cucumis sativus. Soil Biology and Biochemistry, 41: 286-292.
20. Sarker, S.D., Latif, Z. and Gray, A.I. 2006. Natural Product Isolation. Humana Press: Totowa, New Jersy, USA,507 P.
21. Mohammedvarzi, R. 2010. The effect of microbial fertilizers (Nitroxin and Biospher) and nitrogen on the qualitative and quantitative characteristics of sunflower, MSc. Thesis, Islamic Azad University of Karaj, Iran.
22. Navasi, F., Naghdi Badi, H., Mehrafarin, A., Rezazadeh, S., Mustafavi, S. and Ghorbanpour, M.2019. A Comprehensive Overview on Valuable Tropane Alkaloids: Scopolamine, Atropine, and Hyoscyamine. Journal of Medicinal Plants, 2(70):21-44.
23. Noorhosseini, S.A., Fallahi, E., Samizadeh, M. and Beheshtipoor, N. 2017.The relative priority of medicinal plants, herbal and chemical medicines by consumers based on economic and treatment criteria: Case study of Rasht district. Journal of Agricultural Economics Research, 9: 71-99.
24. Omidbeigi, R. 2015. Production and processing of medicinal plants. Volume 1. Astan GhodsRazavi press, Mashhad, Iran,348 P.
25. Ramezanian, A. 2005. Role of reproducer ACC deaminase enzyme rhizobium bacteria on moderation the adverse effect of ethylene stress in wheat. M.Sc. Thesis in soil science, University of Tehran.
26. Ravichandra, P., Gopal Mugeraya, A., Gangagni Rao, M., Ramakrishna, V. and Annapurna Jetty, Y. 2007. Isolation of Thiobacillus sp. from aerobic sludge of distillery and dairy effluent treatment plants and its sulfide oxidation activity at different concentrations. Journal of Environmental Biology, 28(4): 819-823.
27. Saikia, S.P., Dutta, S.P., Goswami, A., Bhau, B.S. and Kanjilal, P.B. 2010. Role of Azospirillum in the improvement of legumes. Microbes for Legume Improvement, 389-408.
28. Samanani, N. and Facchini, P.J. 2006. Compartmentalization of plant secondary metabolism. In: Romeo, J.T. (ed) Recent advances in phytochemistry, vol 40. Elsiever Ltd., Amsterdam, 54 P.
29. Wu, S.C., Caob, Z.H., Lib, Z.G., Cheunga, K.C. and Wong, M.H. 2005. Effects of biofertolizer containing N-fixer, P and Ksolubilizers and AM fungi on maize growth: a greenhouse trial. Geoderma, 125: 155-166.
30. Zarei, M., Saleh-Rastin, N., Alikhani, H.A. and Aliasgharzadeh, N. 2006. Responses of lentil to co-Inoculation with phosphate-solubilizing rhizobial strains and arbuscular mycorrhizal fungi. Journal Plant Nutrition, 29: 1509-1522.
31. Zhang, W., Franco, C., Curtin, C. and Conn, S. 2004. To stretch the boundary of secondary metabolite production in plant cell-based bioprocessing: Anthocyanin as a case study. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 5: 264-271.
32. Zhang, N., Wang, D., Liu, Y., Li, S., Shen, Q. and Zhang, R. 2013. Effects of different plant root exudates and their organic acid components on chemotaxis, biofilm formation and colonization by beneficial rhizosphere-associated bacterial strains. Plant and Soil, 374: 689-700.

 

 

 

Eco-phytochemical Journal of Medicinal Plants, 7th Year, Volume Four, Winter 2019

 

 

 

Study onChanges ofAtropine and Scopolamine Content and GrowthCharacteristics of Atropa (Atropa belladonna L.) as Affected by

Bio-fertilizers and Chemical-fertilizers

 

 

Inanloo Far, M.¹, Heidari, M.², Naghdi Badi H.^3*
Tolyat Abulhassani, S.M.⁴, Makarian, H.², Amerian M.R.²

¹Ph.D. student of Plant Physiology, Dept. Agronomy, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.

²Associate Prof., Dept. Agronomy, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.

³Associate Prof., Medicinal Plants Research Centre, Institute of Medicinal Plants, ACECR, Karaj, Iran.

⁴Iranian Biological Resource Center (IBRC), ACECR, Tehran, Iran.

 

Received: 2019-8-9;    Accepted:  2019-12-16

 

Abstract

Nowadays, the use of Plant Growth Promoting Rhizobacter (PGPR) asa biofertilizers is one of the ways to improve growth and phytochemical characteristics of medicinal plants.This study was carried out as afactorial experiment based on randomized complete block design with a randomized complete block designwith 3 replications in the research farm of the Institute of Medicinal Plants - ACECR in 2017.The growth-promoting bacteria as a first factor were non-inoculation, Pseudomonas, Azotobacter, Pseudomonas + Azotobacter, and Thiobacillus + Sulfur. The chemical fertilizers as asecond factor were no fertilizer or control, 50% recommended fertilizerand 100% recommended fertilizer. At flowering stage, the alkaloids were extracted by using chloroform, methanol and ammonia solvents. The amount of atropine and scopolamine was measured by High-performance liquid chromatography (HPLC). The biological and chemical fertilizers, as well as their interaction effect had significant effect (p<0.01) on growth traits, atropine and scopolamine content of leaf and root.The maximum biological yield was observed in Pseudomonas with 100% of recommended fertilizer. The highest amount of leaves atropine and scopolamine was related to Pseudomonas with 50% fertilizer and non-biofertilizer treatment with 50% recommended fertilizer, respectively. The highest amount of root atropine was related to Pseudomonas without chemical fertilizer application. The highest content of root scopolamine was observed in treatment of Pseudomonas with 100% recommended. Therefore, the highest biological yield and the amount of atropine in leaves and roots, as well as the scopolamine content ofthe root were obtained usingPseudomonas application.

 

Keywords: Atropa belladonna L., Alkaloids, Atropine, Scopolamine, Plant growth-promoting rhizobacteria.[3]

---

^*مسئول مکاتبه: [e-mail]

 

*Corresponding author;[e-mail]

مراجع

References

1. Abdul-Jaleel, C., Manivannan, P., Sankar, B., Kishorekumar, A., Gopi, R., Somasundaram, R. and Panneerselvam, R. 2007. Pseudomonase fluorescens enhances biomass yield and ajmalicine production in Catharanthus roseus under water deficit stress. Colloids and Surfaces. B: Biointerfaces, 60: 7-11.
2. Alipour, Z.T. and Sobhanipour, A. 2012. The Effect of Thiobacillus and Pseudomonas fluorescens inoculation on maize growth and Fe uptake. Annals of Biological Research, 3: 1661-1666.
3. Davoodifard, M., Habibi, D., Paknejad, F., fazeli, F. and Farhanipad F. 2011. Effect of plant growth promoting rhizobacteria and foliar application of amino acids and silicic acid on antioxidant enzyme activity of wheat under drought stress. Journal of Agriculture and Plant Breeding, 4: 11-36.
4. Doroudian, H.R., BesharatiKelayeh, H., FallahNosrat Abad, A.R., Heidary Sharif Abadi, H., Darvish, F. and Allahverdi, A. 2010. Study of absorbable phosphorus changes in lime soils and its impact on corn yield. Agricultural Modern Knowledge(Modern Knowledge of Sustainable Agriculture), 6(18): 27-35.
5. Ehteshami, S.M.R., AghaAlikhani, M., Khavazi, K. and Chaichi, M.R. 2008. Effect of phosphate solubilizing microorganisms on quantitative and qualitative of corn under water deficit stress. Iranian Journal of Crop Science, 40(1): 15-27.
6. Ehteshami, S.M., Kashani, M. and Yousefi Rad, M.2014. Effect of Seed inoculation with Pseudomonas and Azotobacter bacteria on quantitative and qualitative yield of two sesame cultivars. Iranian Journal of Seed Science and Research, 3(3): 47-57.
7. Ehteshami, S.M., Agha Alikhani, R.M., Chaichi, M.R. and Khavazi, K. 2008. Effect of biological phosphate fertilizer on qualitative and quantitative properties of maize (Zea mays L.)(SC 704) in the water deficit stress condition. Iranian Journal of Field Crops Research, 40(1): 15-26.
8. Emam, Y. 2007. Cereal production. 3^rd edition. Shiraz University Press, 190 P.
9. Facchini, P.J. and De Luca, V. 1995. Phloem-specific expression of tyrosine/dopa decarboxylase genes and the biosynthesis of isoquinoline alkaloids in opium poppy. The Plant Cell, 7(11): 1811-1821.
10. Fallah Nosratabad, A., Momeni, S. and Shariati, S. 2015. The effect of bio-fertilizers and nitrogen on yield and yield components of wheat in greenhouse condition. Journal ofAgricultural Engineering, 37(2): 73-86.
11. Fallah, A., Besharati, H. and Khosravi, H. 2009. Soil Microbiology. 2^nd  edition. Abizh press: Tehran, Iran,136 P.
12. Frick, S., Chitty, J.A., Kramell, R., Schmidt, J., Allen, R.S., Larkin, P.L. and Kutchan, T.M. 2004. Transformation of opium poppy (Papaver somniferum L.) with antisense berberine bridge enzyme gene(anti-bbe) via somatic embryogenesis results in an altered ratio of alkaloids in latex but not in roots. Transgenic Research, 13: 607-613. 
13. Ghahreman, A. 1994. Plant Systematics: Chromophytes of Iran. Volume 3. Iran University Press,775 P.
14. Glick, B.R., Todorovic, B., Czamy, J., Cheng, Z., Duan, J. and McConkey, B.2007. Promotion of Plant Growth by Bacterial ACC Deaminase. Critical Reviews in Plant Sciences, 26: 227-242.
15. Haji Boland, R., Aliasgharzadeh, N. and Mehrfar, Z. 2013. Ecological study of Azotobacter in two Zrbayhan Highland region and its effect on growth and mineral nutrition of plants inoculated wheat. Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 2(8): 75-89.
16. Han, H., Supanjani, S. and lee, K.D. 2006. Effect of co-inoculation with phosphate and potassium soluble bacteria on mineral uptake and growth of popper and cucumber. Plant Soil and Environment, 52: 130-137.
17. Hong, L., Li, M., Luo, J., Cao, X., Qu, L., Gai, Y., Jiang, X., Liu, T., Janz, H., Bai, D., Polle, A., Peng, C. and Luo, Z.B. 2012. N fertilization has different effects on the growth, carbon and nitrogen physiology, and wood properties of slow- and fast-growing Populus species. Journal of experimental botany, 63: 6173-6185.
18. Kheiry, A., Babakhani, R., Sanikhani, M. and Razavi, F. 2018. Effects of Nitroxine and Thiobacillus biofertilizers on morphological and phytochemical properties of Mentha pipertita L. Journal of Plant Ecophysiology, 10(33): 34-42.
19. Larsen, J., Cornejo, P. and Míguel Barea, J. 2009. Interactions between the arbuscular mycorrhizal fungus Glomusintraradices and the plant growth promoting rhizobacteria Paenibacilluspolymyxa and P.macerans in the mycorrhizosphere of Cucumis sativus. Soil Biology and Biochemistry, 41: 286-292.
20. Sarker, S.D., Latif, Z. and Gray, A.I. 2006. Natural Product Isolation. Humana Press: Totowa, New Jersy, USA,507 P.
21. Mohammedvarzi, R. 2010. The effect of microbial fertilizers (Nitroxin and Biospher) and nitrogen on the qualitative and quantitative characteristics of sunflower, MSc. Thesis, Islamic Azad University of Karaj, Iran.
22. Navasi, F., Naghdi Badi, H., Mehrafarin, A., Rezazadeh, S., Mustafavi, S. and Ghorbanpour, M.2019. A Comprehensive Overview on Valuable Tropane Alkaloids: Scopolamine, Atropine, and Hyoscyamine. Journal of Medicinal Plants, 2(70):21-44.
23. Noorhosseini, S.A., Fallahi, E., Samizadeh, M. and Beheshtipoor, N. 2017.The relative priority of medicinal plants, herbal and chemical medicines by consumers based on economic and treatment criteria: Case study of Rasht district. Journal of Agricultural Economics Research, 9: 71-99.
24. Omidbeigi, R. 2015. Production and processing of medicinal plants. Volume 1. Astan GhodsRazavi press, Mashhad, Iran,348 P.
25. Ramezanian, A. 2005. Role of reproducer ACC deaminase enzyme rhizobium bacteria on moderation the adverse effect of ethylene stress in wheat. M.Sc. Thesis in soil science, University of Tehran.
26. Ravichandra, P., Gopal Mugeraya, A., Gangagni Rao, M., Ramakrishna, V. and Annapurna Jetty, Y. 2007. Isolation of Thiobacillus sp. from aerobic sludge of distillery and dairy effluent treatment plants and its sulfide oxidation activity at different concentrations. Journal of Environmental Biology, 28(4): 819-823.
27. Saikia, S.P., Dutta, S.P., Goswami, A., Bhau, B.S. and Kanjilal, P.B. 2010. Role of Azospirillum in the improvement of legumes. Microbes for Legume Improvement, 389-408.
28. Samanani, N. and Facchini, P.J. 2006. Compartmentalization of plant secondary metabolism. In: Romeo, J.T. (ed) Recent advances in phytochemistry, vol 40. Elsiever Ltd., Amsterdam, 54 P.
29. Wu, S.C., Caob, Z.H., Lib, Z.G., Cheunga, K.C. and Wong, M.H. 2005. Effects of biofertolizer containing N-fixer, P and Ksolubilizers and AM fungi on maize growth: a greenhouse trial. Geoderma, 125: 155-166.
30. Zarei, M., Saleh-Rastin, N., Alikhani, H.A. and Aliasgharzadeh, N. 2006. Responses of lentil to co-Inoculation with phosphate-solubilizing rhizobial strains and arbuscular mycorrhizal fungi. Journal Plant Nutrition, 29: 1509-1522.
31. Zhang, W., Franco, C., Curtin, C. and Conn, S. 2004. To stretch the boundary of secondary metabolite production in plant cell-based bioprocessing: Anthocyanin as a case study. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 5: 264-271.

Zhang, N., Wang, D., Liu, Y., Li, S., Shen, Q. and Zhang, R. 2013. Effects of different plant root exudates and their organic acid components on chemotaxis, biofilm formation and colonization by beneficial rhizosphere-associated bacterial strains. Plant and Soil, 374: 689-700.