| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 3,016 |
| تعداد مقالات | 33,706 |
| تعداد مشاهده مقاله | 44,916,512 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 44,379,401 |
بهبود ویژگی‌های متابولیکی و آنتی‌اکسیدانی در کالوس گیاه گزنه (Urtica dioica L.) تحت تأثیر نانوذرات اکسید روی | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 12، دوره 41، شماره 2 - شماره پیاپی 124، تیر 1404، صفحه 355-372 اصل مقاله (1022.79 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2025.367754.3496 | ||
| نویسندگان | ||
| فرزانه عباسی سرداری1؛ محسن محمودنیا میمند* 2؛ محمد رضا دهقانی3 | ||
| 1دانشگاه ولی عصر رفسنجان | ||
| 2دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان | ||
| 3گروه ژنتیک و تولید گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: گیاه گزنه از ارزشمندترین گیاهان دارویی است که برای مداوای بیماری‌های متعدد استفاده می‌شود. عصاره این گیاه شامل ترکیباتی مانند فلاونوئیدها، لوکوآنتوسیانیدین، کاروتن و ... می‌باشد، از این‌رو خواص ضد سرطانی، ضد دیابتی و آنتی‌اکسیدانی این گیاه بر کسی پوشیده نیست. با توجه به نقش مهم محرک‌ها (الیسیتورها) در افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهی و کیفیت خصوصیات دارویی گیاهان، این پژوهش با هدف بررسی اثر نانوذرات اکسید روی بر ویژگی‌های بیوشیمیایی و متابولیکی در کشت کالوس گیاه گزنه انجام شد. مواد و روش‌ها: ابتدا بذرهای گزنه در محیط کشت ½ MS برای تولید گیاهچه استریل کشت شدند. سپس ریزنمونه‌ها از گیاهچه‌های استریل جداسازی شد و برای تولید کالوس به محیط کشت MS حاوی هورمون (BA و NAA به ترتیب ۱ و 2.5 میلی‌گرم بر لیتر) منتقل و در شرایط نوری ۱۶ ساعت روشنایی و ۸ ساعت تاریکی با دمای ۲۴ درجه سلسیوس نگهداری شدند. در نهایت کالوس‌های همگن در پی واکشت‌های متوالی حاصل گردید. سپس کالوس‌ها به محیط کشت مایع منتقل شدند و اعمال تیمار با اضافه کردن نانوذرات اکسید روی با غلظت صفر، ۲۵ و ۵۰ میلی‌گرم بر لیتر انجام شد. نمونه‌برداری از کالوس‌ها در زمان‌های ۱۲، ۲۴، ۴۸ و ۹۶ ساعت پس از اعمال تیمار نانو ذرات اکسید روی انجام شد. در نهایت ویژگی‌های بیوشیمیایی و متابولیکی (فعالیت آنزیم‌هایی مانند کاتالاز، پراکسیداز، پلی‌فنل‌اکسیداز، فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز و پروتئین و فنل کل و میزان کوئرستین و کامفرول) اندازه‌گیری و بررسی شد. آزمایش‌ها در قالب طرح کاملاً تصادفی و براساس آزمایش فاکتوریل با سه تکرار انجام گردید. نتایج: نتایج حکایت از این داشت که میزان فعالیت آنزیم پلی‌فنل اکسیداز در زمان ۴۸ ساعت پس از اعمال نانوذره اکسید روی و در غلظت ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی افزایش یافت و فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز در زمان ۱۲ ساعت پس از اعمال اکسید روی و در غلظت ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر افزایشی بود. پراکسیداز جزو آنزیم‌هایی بود که فقط در غلظت ۵۰ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی و زمان ۱۲ ساعت پس از اعمال آن افزایشی و در بقیه تیمارها کاهشی شد. در آنزیم کاتالاز بیشترین فعالیت آنزیمی در غلظت ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی و زمان ۱۲ ساعت پس از اعمال اکسید روی ثبت شد. میزان پروتئین کل در زمان ۲۴ ساعت پس از اعمال نانوذره و غلظت ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی و زمان ۹۶ ساعت و غلظت ۵۰ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی افزایش یافت. در محدوده زمانی خاص عبور کوئرستین و کامفرول در دستگاه HPLC برای کامفرول، جذب نمونه‌ای ثبت نشد اما در محدوده زمانی متعلق به کوئرستین جذب نمونه‌ها ثبت گردید و طبق آنالیز داده‌ها، بالاترین میزان تولید متابولیت کوئرستین در غلظت ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی و زمان نمونه‌برداری ۹۶ ساعت پس از اعمال نانوذره و غلظت ۵۰ میلی‌گرم بر لیتر نانوذره اکسید روی و زمان نمونه‌برداری ۴۸ ساعت بود. نتیجه‌گیری: در این پژوهش استفاده از محرک نانوذرات اکسید روی سبب افزایش فعالیت آنزیم‌هایی مانند کاتالاز، پراکسیداز، پلی‌فنل‌اکسیداز، فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز و میزان پروتئین کل در غلظت و زمان‌های مشخص شد. همچنین تولید فلاونوئید کوئرستین در زمان‌ها و غلظت‌های معین تحت تأثیر مثبت نانوذرات اکسید روی قرار گرفت. بنابراین، براساس نتایج این پژوهش می‌توان استفاده از محرک نانوذرات اکسید روی را برای افزایش خصوصیات دارویی و متابولیکی در کشت‌های درون شیشه گزنه پیشنهاد داد. بدیهی است برای تولید اقتصادی، باید شرایط کشت در مقیاس بالا در بیوراکتورها بررسی و بهینه‌سازی شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان؛ فلاونوئید؛ کوئرستین؛ گزنه؛ محرک | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Zinc oxide nanoparticles enhance metabolic and antioxidant properties in Urtica dioica L. callus | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Farzaneh Abasi Sardari1؛ Mohsen Mahmoodnia Meimand2؛ Mohammad Reza Dehghani3 | ||
| 1Vali e Asr University of Rafsanjan | ||
| 2Vali-e-Asr University of Rafsanjan | ||
| 3Genetics and Plant Production Dept, Agriculture College, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Urtica dioica L. is a highly valued medicinal plant traditionally used to treat various diseases. Its extracts contain bioactive compounds such as flavonoids, leucoanthocyanidins, and carotene, contributing to its well-documented anticancer, antidiabetic, and antioxidant properties. Given the crucial role of elicitors in enhancing the production of plant secondary metabolites and improving medicinal quality, this study investigates the stimulatory effects of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) on the biochemical and metabolic properties of Urtica dioica callus cultures. Methodology: Nettle (Urtica dioica) seeds were cultured on half-strength Murashige and Skoog (½ MS) medium to obtain sterile seedlings. Internode explants from these seedlings were then excised and transferred to full-strength MS medium supplemented with 1 mg.l-1 benzylaminopurine (BA) and 2.5 mg.l-1 naphthaleneacetic acid (NAA) to induce callus formation. Cultures were maintained under a 16/8 h light/dark photoperiod at 24 °C. Homogeneous calli were obtained through successive subcultures. These calli were then transferred to liquid MS medium and treated with zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) at 0, 25, and 50 mg.l-1 concentrations. Samples were collected at 12, 24, 48, and 96 hours post-treatment. Biochemical and metabolic parameters, including the activities of catalase (CAT), peroxidase (POD), polyphenol oxidase (PPO), and phenylalanine ammonia lyase (PAL), as well as total protein, total phenolics, quercetin, and kaempferol contents, were measured. The experiment was arranged in a completely randomized design (CRD) using a factorial layout with two factors: ZnO-NP concentration and sampling time, each with three replications. Results: The results showed that polyphenol oxidase (PPO) activity significantly increased 48 hours after ZnO-NP treatment, particularly at a concentration of 25 mg.l-1. Phenylalanine ammonia lyase (PAL) activity peaked at 12 hours post-treatment at the same concentration (25 mg.l-1). Peroxidase (POD) activity increased only at 12 hours following treatment with 50 mg.l-1 ZnO-NPs, while it declined under all other conditions. Catalase (CAT) activity was highest at 12 hours after ZnO-NP application at 25 mg.l-1. Total protein content increased at two distinct points: 24 hours after treatment with 25 mg.l-1 and 96 hours after treatment with 50 mg.l-1 ZnO-NPs. High-performance liquid chromatography (HPLC) analysis showed no detectable kaempferol at its expected retention time, while quercetin was detected. The highest quercetin accumulation occurred at 25 mg.l-1 ZnO-NPs after 96 hours, and at 50 mg.l-1 after 48 hours of treatment. Conclusion: This study demonstrated that ZnO-NP elicitation enhanced the activities of key antioxidant and metabolic enzymes, catalase, peroxidase, polyphenol oxidase, and phenylalanine ammonia lyase, as well as increased total protein, total phenolic content, and quercetin accumulation in Urtica dioica callus cultures, depending on concentration and exposure time. These findings suggest that ZnO-NPs can serve as effective elicitors to boost the medicinal and metabolic potential of nettle in vitro. To translate these results into practical applications, further research is needed to optimize large-scale culture systems, such as bioreactors, for cost-effective production. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Antioxidant enzymes, flavonoid, quercetin, Urtica dioica, elicitor | ||
| مراجع | ||
|
- Angelova, Z., Georgiev, S. and Roos, W., 2006. Elicitation of plants. Biotechnology, Biotechnological Equipment, 20(2): 72-83. https://doi.org/10.1080/13102818.2006.10817345 - Alizadeh, N., Majd, A., Mahmoudzadeh, H. and South, P., 2015. Investigating the effect of zinc oxide nanoparticles on some biochemical characteristics of safflower plant (Carthamus tinctorius L.), 2nd National Conference on Medicinal Plants, Traditional Medicine and Organic Agriculture, Permanent Secretariat of the Conference, Hamedan, 27 August. (In Persian) - Bradford, M.M., 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72: 248-254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3 - Cakmak, I. and Horst, J.H., 1991. Effects of aluminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, and peroxidase activities in root tips of soybean (Glycine Max). Physiologia Plantarum, 83: 463-468. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1991.tb00121.x - Dcunha, G.B., Satyanarayan, V. and Madhusudanan Nair, P., 1996. Purification of phenylalanine ammonia lyase from Rhodotorula glutinis. Phytochemistry,42:17-20. https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00914-0 - Ebrahimzadeh, L., Ebrahimi, J. and Darvishi, Sh., 2021. A review of secondary metabolites and their biosynthesis pathways, the 4th International Conference of Interdisciplinary Studies in Food Industry and Nutritional Sciences of Iran, Center for Development and Expansion of Interdisciplinary Studies, Tehran, 22 July: 1-11. (In Persian) - Farghaly, F.A., Radi, A.A., Al-Kahtany, F.A. and Hamada, A.M., 2020. Impacts of zinc oxide nano and bulk particles on redox-enzymes of the Punica granatum callus. Sciences Report, 10: 1-13. https://doi.org/10.1038/s41598-020-76664-4 - Garcia-Lopez, J.I., Zavala-Garcia, F., Olivares-Saenz, E., Lira-Saldívar, R.H., Diaz Barriga-Castro, E., Ruiz-Torres, N.A., Ramos-Cortez, E., Vazquez-Alvarado, R. and Nino-Medina, G., 2018. Zinc oxide nanoparticles boosts phenolic compounds and antioxidant activity of Capsicum annuum L. during Germination. Agronomy, 8(10): 1-13. https://doi.org/10.3390/agronomy8100215 - Imam, Y. and Pirasteh Anoushe, H., 2014. Field and laboratory methods in agricultural sciences. Mashhad University Press, Mashhad, 108 pages. (In Persian) - Jan, K.N., zarafshan, K. and Singh, S., 2017. Stinging nettle (Urtica dioica L.): a reservoir of nutrition and bioactive components with great functional potential. Food Measure 11: 423-433. https://doi.org/10.1007/s11694-016-9410-4 - Jaimand, K., Rezaee, M., Asareh, M., Tabaei Aghdaei, S. and Meshkizadeh, S., 2010. 'Extraction and determination of Kaempferol and Quercetin in petals of 10 genotypes of Rosa damascena Mill. from western Iran', Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 25(4): 547-555. https://doi.org/10.22092/ijmapr.2010.7140 - Khan, A.U., Khan, T., Khan, M.A., Nadhman, A., Aasim, M., Khan, N.Z., Ali, W., Nazir, N. and Zahoor, M., 2021. Iron-doped zinc oxide nanoparticles-triggered elicitation of important phenolic compounds in cell cultures of Fagonia indica. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 147: 287-296. https://doi.org/10.1007/s11240-021-02123-1 - Khoshnazar Porshokohi, R., 2011. Medicinal plants, natural heritage at risk. National Conference of Medicinal Plants, Mazandaran Academic Jihad, Sari, 2 March: 1-10. (In Persian) - Liu, X.J., Chuang, Y.N., Chiou, C.Y., Chin, D.C., Shen, F.Q. and Yeh, K.W., 2012. Methylation effect on chalcone synthase gene expression determines anthocyanin pigmentation in floral tissues of two Oncidium orchid cultivars. Planta, 236(2): 401-409. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1616-z - Maehly, A.C. and Chance, B., 1954. The assay of catalases and peroxidases. Methods Biochemical Analsys, 1: 357-424. - Martens, S., Preuss, A. and Matern, U., 2010. Multifunctional flavonoid dioxygenases: flavonol and anthocyanin biosynthesis in Arabidopsis thaliana L. Phytochemistry, 71(10): 1040-1049. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2010.04.016 - Mouazenzadeh Khayawi, A., Iqbal, H., Jafari, R. and Arbabi, A., 2015. Identifying and investigating the components of the essential oil and extract of the medicinal plant Urtica dioica and its pharmacological effects. The first international conference and the fourth national conference on medicinal plants and sustainable agriculture, Permanent Conference Secretariat, Hamedan, 17 December. (In Persian) - Namdeo, A., 2007. Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review. Pharmacognosy Reviews, 1(1): 69-79. - Nicoli, M., Elizalde, B., Pitotti, A. and Lerici, C., 1991. Effect of sugars and Maillard reaction products on polyphenol oxidase and peroxidase activity. Journal of Food Biochemistry, 15: 169-184. https://doi.org/10.1111/j.1745-4514.1991.tb00153.x - Riahi Madvar, A., Ghazizadeh Ahsaei, M., Jadid Bonyad, F. and Nasirifar, E., 2019. Investigation of nano-and balk ZnO particles effects on genes expression level of peroxidase and Δ 1-pyrroline-5-carboxylate synthetase and peroxidase activity and proline content in Lepidium draba seedlings. Journal of Cell & Tissue, 10(2): 118-132. https://doi.org/10.52547/JCT.10.2.118 - Salehi, H., Chehregani Rad, A., Majd, A. and Gholami, M., 2019. Effect of ZnO and CeO2 nanoparticles on the element accumulation, growth and biochemical parameters in Phaseolus vulgaris L. Journal of Plant Research, 32(2): 390-405. https://doi.org/20.1001.1.23832592.1398.32.2.17.2 - Sarrafi, M., Mahmoodnia Meimand, M., Dahajipour Heidarabadi, M. and Dehghni, M.R. 2024. Optimization of nettle (Urtica dioica L.) callogenesis and the effect of methyl jasmonate elicitor on biochemical properties of callus. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 40(2): 331-351. https://doi.org/10.22092/ijmapr.2023.363123.3353 - Singh, A., Sengar, R.S., Shahi, U.P., Rajput, V.D., Minkina, T. and Ghazaryan, K.A., 2023. Prominent effects of zinc oxide nanoparticles on roots of rice (Oryza sativa L.) grown under salinity stress. Stresses,3(1):33-46. https://doi.org/10.3390/stresses3010004 - Singleton, V.L., Orthofer, R. and Lamuela-Raventós, R.M., 1999. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. Methods in Enzymology. AcademicPress,152-178. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1 - Sood, H., 2020. Production of medicinal compounds from endangered and commercially important medicinal plants through cell and tissue culture technology for herbal industry. In: Sharma, K., Mishra, K., Kamal Senapati, K., Danciu, C., (Eds.). Bioactive Compounds in Nutraceutical and Functional Food for Good Human Health. IntechOpen, United Kingdom, 358p. - Tarroum, M., Alfarraj, N.S., Al-Qurainy, F., Al-Hashimi, A., Khan, S., Nadeem, M., Salih, A.M. and Shaikhaldein, H.O., 2023. Improving the production of secondary metabolites via the application of biogenic zinc oxide nanoparticles in the calli of Delonix elata: A potential medicinal plant. Metabolites,13:1-19. https://doi.org/10.3390/metabo13080905 - Voloshina, M., Rajput, V.D., Minkina, T., Vechkanov, E., Mandzhieva, S., Mazarji, M., Churyukina, E., Plotnikov, A., Krepakova, M. and Wong, M.H., 2022. Zinc Oxide Nanoparticles: Physiological and Biochemical Responses in Barley (Hordeum vulgare L.).Plants,11(20):1-15. https://doi.org/10.3390/plants11202759 - Zu, Y., Li, C., Fu, Y. and Zhao, C., 2006. Simultaneous determination of catechin, rutin, quercetin kaempferol and isorhamnetin in the extract of sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) leaves by RP-HPLC with DAD. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 41: 714-719. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2005.04.052 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 2 |
||