Investigating the effect of Humic acid treatment on antioxidant capacity, phenol and photosynthetic pigments of the medicinal plant Artemisia annua L. under salt stress

Subject Areas : Journal of Plant Ecophysiology

A. Mohammadinia ¹ , Hossein Moradi ² , V. Akbarpoor ³

1 - دانشجوی ارشد گیاهان دارویی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
2 - Horticulture of Department, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 - استادیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

Received: 2022-03-19 Accepted : 2022-11-17 Published : 2021-11-22

Keywords: Proline, flavonoid, phenol, abiotic stress, elicitor,

Abstract :

Salinity is one of the most important abiotic stresses that, depending on the type of plant,reduces the ability to produce crops.In order to investigate the effect of different concentrations of Humic acid on decreasing adverse effects of salinity in the Artemisia annua plant,a field pot experiment with three replications was conducted in the form of a factorial randomized complete blocks design at Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources.The experimental treatments included three levels of Humic acid(0,150and300 mg/l)and three levels of salinity(laboratory NaCl:0,4 and 6 g/l).After applying the treatments and during the vegetative growth stage,samples were collected from the aerial parts, and the antioxidant capacity(DPPH),the amount of phenol(folinciocalto),flavonoid(aluminum chloride),photosynthetic pigment, proline and plant biomass were analyzed.The results showed that the application of Humic acid(300 mg/litre)and salinity(especially at 6 g/liter)respectively with the average 0.13, 0.39, 0.61, 6/18(mg/g fresh weight)and 20.92(μg/ml)could effectively increase the Artemisia annua photosynthetic pigments.The use of humic acid with a concentration of300 mg/liter and salinity(especially at a concentration of 4 g/liter)with an average of 2.39(mg of gallic acid per100g)and0.115(mg of quercetin per100g),respectively,in increasing the amount of phenol And flavonoid was effective.The maximum biomass of aerial organs was observed in the treatment of 150 mg/liter of humic acid and no application of salt with an average of15.5%.Therefore, Humic acid can partially compensate for the destructive effects of salinity in Artemisia annua.Using abiotic stresses(saline stress)and organic fertilizers(Humic acid)and combining these treatments at different concentrations could improve some morphological and biochemical characteristics in Artemisia annua, depending on the intended purpose.

References:

ابراهیمی، م. و ا. میری کرباسک. 1395. بررسی اثر اسید هیومیک بر جوانه‌زنی، رشد گیاهچه و رنگیزه‌های فتوسنتزی گیاه دارویی اسفرزه (Plantago ovata Forssk) . مجله علوم و تحقیقات بذر ایران. 3 (3): 46-35.

آزاد بخت، ف.، م. امینی‌دهقی، خ. احمدی و س. علیپور گراوند. 1399. تأثیر اسیدهای آلی و تنش شوری بر جوانه‌زنی بذر و خصوصیات فیزیولوژیک گیاهچه سرخارگل (Echinacea purpurea L.).  مجله علوم و تحقیقات بذر ایران. 7(1): 27-40 .

آقایی، ک.، ن. طایی، م. کنعانی و م. یزدانی. 1393. اثر تنش شوری بر برخی صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی دو گونه مریم گلی (Salvia). مجله فرآیند و کارکرد گیاهی. 3(9): 85-96.

امانی بِنی، م.، ع. حاتم زاده، ع. نیکبخت، م. قاسم نژاد، س. نیکخواه بهرامی و س. داورپناه. 1394. اثر تیمار هیومیکاسید و نانوذرات نقره در افزایش عمر پس از برداشت گل شاخه بریده مریم رقم «سینگل .«مجله گیاهان زینتی. 3(3): 133-141.

امینی فرد، م. ح. و ح. قادری زه. 1399. اثر سطوح مختلف اسید هیومیک و تراکم کاشت بر فعالیت آنتی اکسیدانی وخواص بیوشیمیایی گیاه دارویی (Trigonella foenum- graecum L.) . مجله اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی. 8 (1): 77-89.

خدابخش، آ. و ن. چاپارزاده. 1394. نقش آسکوربیک‌اسید در تقلیل اثرات اکسیداتیو شوری روی گیاه شاهی. مجله پژوهش‌های گیاهی (مجله زیست شناسی ایران). 28( 1) : 175-185.

دهقانی بیدگلی، ر. 1398. بررسی امکان افزایش عملکرد فیزیولوژیکی گیاه دارویی (Lippia citriodora L.) با استفاده از محرک‌های زیستی در شرایط تنش شوری اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی. 7(3): 77-88.

راسخ، ف.، و. روشن، آ. وزیری و ب. خلدبرین. 1398. اثر تنش شوری بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه داروئی بابونه (Matricaria chamomilla). مجله پژوهش‌های گیاهی (زیست شناسی ایران). 32(3 ): 583-595.

سنجری میجانی، م.، ع. سیروس مهر، و ب.  فاخری. 1394. اثر تنش خشکی و اسید هیومیک بر برخی ویژگی‌های    فیزیولوژیک چای ترش (Hibiscus sabdarifa). مجله به زراعی کشاورزی (مجله کشاورزی پردیس ابوریحان). 17(2): 403-414.

صالحی، ب.، ع. باقر زاده، و م. قاسمی. 1389. تاثیر ماده آلی هیومیک اسید بر ویژگی‌های رشد، عملکرد و اجزای عملکرد‌؟ سه رقم گوجه فرنگی (Lycopersicon esculentum L.). بوم شناسی کشاورزی. 2(4): 640-647.

فابریکی اورنگ، ص. و ب. داودنیا. 1397. بررسی تغییرات صفات رشدی و متابولیت‌های ثانویه در گیاه دارویی (Thymus vulgaris) تحت استرس‌های ملایم شوری و خشکی. مجله اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی. 6(2): 27-39.

موسوی، ن. س. و ر. رضوی زاده. 1400. بررسی تغییرات ترکیبات فنلی و متابولیت‌های ثانویه کالوس‌ها و گیاهچه‌های بادرنجبویه (.Mellissa officinal L) تحت تنش فلز سنگین کادمیوم. مجله فرآیند و کارکرد گیاهی ۱۰ (۴۱) : 34-17.

نریمانی،‌ ‌ر.، ‌م.‌ ‌مقدم‌، و ع. قاسمی پیربلوطی. 1398. بررسی تغییرات فیتوشیمیایی اسانس گیاه دارویی   (Dracocephalum moldavica L.) تحت تنش‌های مختلف شوری و کاربرد هیومیک و آسکوربیک اسید .مجله اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی. 7(4): 34-48.

یوسفی،  م.،  ش.  انتشاری، و م.  سعادتمند. 1393. بررسی تاثیر تیمار سیلیس بر برخی خصوصیات ریخت شناختی، تشریحی و فیزیولوژیک گاوزبان ایرانی (Echium amoenum Fisch&C.A. mey). مجله روابط خاک و گیاه (علوم و فنون کشت‌های گلخانه ای). 5(18): 83-93.

Abbaspour, J. and A. Ehsanpour. 2016. The impact of salicylic acid on some physiological responses of Artemisia aucheri Boiss. Under in vitro drought stress. Acta Agric Slov. 107(2): 287-298.

Abedi, T. and H. Pakniyat.  2010. Antioxidant enzymes changes in response to drought stress in ten cultivars of oilseed rape (Brassica napus L.). Czech J Genet Plant Breed. 46(1): 27-34.‏

Ali, A. Y. A., M. E. H. Ibrahim, G. Zhou, G. Zhu, A. M. I. Elsiddig, M. S. E. Suliman and E. G. I. Salah. 2021. Interactive Impacts of Soil Salinity and Jasmonic Acid and Humic Acid on Growth Parameters, Forage Yield and Photosynthesis Parameters of Sorghum Plants. S Afr J Bot. 146: 293-303.

Azam, F. and K. A Kauser. 1983. Effect of humic acid soaking on seedling growth of wheat (Triticum aestivum L.) under different conditions. Pak J Bot. 15(1): 31-38.

Bates, L. S., R. P. Waldren and I. D. Teare. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 39(1): 205-207.‏

Canellas, L. P., F. L.  Olivares, N. O. Aguiar, D. L. Jones, A. Nebbioso, P. Mazzei and A. Piccolo. 2015. Humic and fulvic acids as biostimulants in horticulture. Sci Hortic. 196:15-27.

Canellas,  L. P.,  F. L. Olivares, N. O. Canellas , P. Mazzei  and A. Piccolo. 2019. Humic acids increase the maize seedlings exudation yield. Chem. Biol. Technol. Agric. 6(1): 1-14.

Chang, C. C., M. H. Yang, H. M. Wen and J. C. Chern. 2002. Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods. J Food Drug Anal. 10(3): 3.

Dítě, Z., R. Šuvada, T. Tóth, P. E. Jun, V. Píš and  D. Dítě. 2021. Current Condition of Pannonic Salt Steppes at Their Distribution Limit: What Do Indicator Species Reveal about Habitat Quality?. Plants. 10(3): 530.‏

Ebrahimzadeh, M. A., S. F. Nabavi and S. M. Nabavi. 2009. Antioxidant activity of leaves and inflorescence of Eryngium Caucasicum Trautv at flowering stage. Pharmacognosy Res. 1(6): 435-439.

Ekin, Z.  2019.  Integrated use of humic acid and plant growth promoting rhizobacteria to ensure higher potato productivity in sustainable agriculture. Sustainability. 11(12): 3417.

Fatima, K., S. R. Abbas, M. Zia, S. M. Sabir, R. T. Khan, A. A. Khan and R. Zaman. (2021). Indução de metabólitos secundários no estresse de nanopartículas em cultura de calos de Artemisiaannua L. Braz J Biol. 81(2): 474-483.‏

Ferrara, G., A. Pacifico, P. Simeone and E. Ferrara. 2018. Preliminary study on the effects of foliar applications of humic acids on ‘Italia’ table grape. J. International des Sciences de la Vigne et du Vin. 42: 79-87.

Gao, F., Z. Sun, F. Kong and J. Xiao. 2020. Artemisinin-derived hybrids and their anticancer activity. Eur J Med Chem. 188: 112044.

Guo, Y., W. Fu, Y. Xin, J. Bai, H. Peng, L. Fu and H.  Jiang. 2018. Antidiabetic and antiobesity effects of artemether in db/db mice. Biomed Res Int. 2018.

Itelima, J.U. 2017. Phytochemical, antimicrobial and anti-diabetic properties of Artemisia annua L. (Sage Wort) and Plectranthus neochilus Schltr. (Blue Coleus). J. Biotechnol Biomater. 7:43.

Kadhim, M. J., A. A. Sosa and I. H. Hameed. 2016. Evaluation of anti-bacterial activity and bioactive chemical analysis of Ocimum basilicum using Fourier transform infrared (FT-IR) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) techniques. J. pharmacognosy phytother. 8(6): 127-146.‏

Kiani, R., A. Arzani and S. A. M. Mirmohammady Maibody. 2021. Polyphenols, flavonoids, and antioxidant activity involved in salt tolerance in wheat, Aegilops cylindrica and their amphidiploids. Front Plant Sci. 12: 493.

Liang, X., L. Zhang, S. K. Natarajan and D. F. Becker. 2013. Proline mechanisms of stress survival. Antioxid Redox Signal. 19(9): 998-1011.

Lichtenthaler, H. K. 1999. The 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants. Annu Rev Plant Biol. 50(1): 47-65.‏

Munyangi, J., L. Cornet-Vernet, M. Idumbo, C. Lu, P. Lutgen, C. Perronne and P. Weathers. 2019. Artemisia annua and Artemisia afra tea infusions vs. artesunate-amodiaquine (ASAQ) in treating Plasmodium falciparum malaria in a large scale, double blind, randomized clinical trial. Phytomedicine: Phytomedicine. 57: 49.‏

Nardi, S., D. Pizzeghello, A. Muscolo  and A. Vianello. 2002. Physiological effects of humic substances on higher plants. Soil Biol. Biochem. 34(11): 1527-1536.

National Center for Biotechnology Information 2022. PubChem Compound Summary for CID 5281224,Astaxanthin.RetrievedFebruary25,2022fromhttps://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/coan

Pandey, S., D. Fartyal, A. Agarwal, T. Shukla, D. James, T. Kaul and M. K. Reddy. 2017. Abiotic stress tolerance in plants: myriad roles of ascorbate peroxidase. Front Plant Sci. 8: 581.‏

Qian, Z., K. Gong, L. Zhang, J. Lv, F. Jing, Y. Wang and K. Tang. 2013. A simple and efficient procedure to enhance artemisinin content in Artemisia annua L. by seeding to salinity stress. Afr. J. Agric. Res. 1(4): i+-46.

Shabbir, A., G. Abbas, S. A. Asad, H. Razzaq, M. Anwar-ul-Haq and M. Amjad. 2021. Effects of arsenite on physiological, biochemical and grain yield attributes of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.): implications for phytoremediation and health risk assessment. Int J Phytoremediation. 23(9): 890-898.‏

Slinkard, K. and V. L. Singleton. 1977. Total phenol analysis: automation and comparison with manual methods. Am J Enol Vitic. 28(1): 49-55.

Yadav, R. K., R. S. Sangwan, F. Sabir, A. K. Srivastava and N. S. Sangwan. 2014. Effect of prolonged water stress on specialized secondary metabolites, peltate glandular trichomes, and pathway gene expression in Artemisia annua L. Plant Physiology and Biochemistry. 74: 70-83.