ニュース

Aug 01, 2023

水ストレス条件下での微生物接種に応じたCuppressus arizonica G.の精油組成と総フェノール含有量

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1209 (2023) この記事を引用

677 アクセス

1 引用

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

アリゾナサイプレスは、乾燥に強く、芳香があり、見た目にも美しい木のひとつで、いくつかの薬理学的用途があります。 特定の微生物は、芳香植物や薬用植物の生物活性化合物の二次代謝と合成に寄与します。 この研究は、2 つの灌漑計画と微生物接種の下でのアリゾナヒノキの光合成色素、総フェノール含有量、抗酸化能力、および精油組成を測定することを目的としました。 我々は、3 つの菌根菌接種 (Rhizophagus minimumis、Funneliformis mosseae、および R.不規則性と F.mosseae の混合物)、1 回の根粒菌接種 (Pseudomonas fluorescens)、および 2 つの灌漑計画 (十分な水やりと水ストレス) を用いた要因実験を確立しました。 水ストレス体制下では、F. mosseae を接種した苗木 (0.46%) と接種していない対照植物 (0.29%) の精油含有量がそれぞれ最も高く、最も低くなりました。 GC-MS 分析により、リモネン、α-ピネン、テルピネン-4-オール、およびウンベルロンが、研究中の苗木および処理中に最も豊富に含まれる化合物であることが明らかになりました。 水ストレス体制はエッセンシャルオイルと抗酸化能力に顕著かつ支配的な影響を及ぼしましたが、苗木の成長と光合成色素はストレス条件下で減少する傾向がありました。 しかし、実生に菌根菌と細菌を同時接種すると、フェノール化合物とカロテノイドが増加しました。 水ストレスと菌根共生の条件下では、今回の研究の結果は、アリゾナヒノキの貴重な化合物のレベルを増加させ、さらなる医薬品応用に役立つ可能性がある。

アリゾナ サイプレス (Cupressus arizonica Greene) は、乾燥に強く、芳香があり、観賞用の木です1。 米国南部では観賞用および防風林として栽培されています1。 治療対象として、アリゾナヒノキのエッセンシャルオイル（EO）は、毛細血管の損傷や静脈瘤の治療、皮膚の収斂剤や強壮剤、免疫系の刺激剤、鎮静剤として使用できます2。 アリゾナヒノキは芳香を放ち、さまざまな医薬品や化粧品の目的に使用されます2。 さらに、アリゾナヒノキには抗菌性と抗真菌性があります3,4。 アリゾナ州のヒノキから得られる EO のいくつかの組成物は、主要なマラリア媒介生物であるハマダラカに対する天然の殺虫剤と考えられる可能性があります 5。 アリゾナヒノキの葉の EO に含まれる最も重要な化合物は、p-シメン、α-ピネン、シス-ムウロラ-3,5-ジエン、ゲルマクレン D で、油の約 40% を占めます。 他の主要な化学成分はリモネンとウンベリュロンです5。

環境に悪影響を与える要因の 1 つとして、干ばつは乾燥地域および半乾燥地域の農業生産全体に対する重大な懸念であり、将来的にはさらに悪化する可能性さえあります6。 特に、水ストレスは植物の成長を著しく阻害し、最終的には全体的なパフォーマンスを低下させます7。 水ストレスなどのさまざまな環境要因は、芳香植物の EO 収量と組成に顕著な影響を与える可能性があります 8、9、10。 水分ストレスにさらされた植物は、通常、より高いレベルの二次代謝産物を生成します11。 薬用植物の水分ストレス下での EO 収量とその主成分の増加は、すでに多くの研究で報告されています 9、10、12、13。

EO の品質と組成は、さまざまな環境要因によって大きく影響される可能性があります 14。 生物的要素の中でも、有益な微生物の利用が大きな注目を集めています。 そのような微生物グループの 1 つはアーバスキュラー菌根菌 (AMF) であり、薬用植物や芳香植物で生理活性化合物の生産につながる可能性があります 15,16。 植物への AMF の接種は、宿主植物における水ストレスの影響を緩和するための最も有望なツールの 1 つです17。 宿主植物の干ばつ耐性を高め、ひいては干ばつ条件下での植物の生存を高めることができる他の有益な微生物は、植物成長促進根粒菌 (PGPR)18 です。 さまざまな研究でも、PGPR を植物に接種すると植物の成長と作物の生産に有益な効果があることが述べられています 13,19,20。

さまざまな植物における PGPR と AMF の間の相乗的相互作用を確認するために多くの研究が行われてきました 13,20,21。 これまでに、薬用植物の生理活性化合物の組成に対するAMFとPGPRの同時接種の相乗効果も報告されています。 Hemashenpagam と Selvaraj は、Glomus aggregatum と Bacillus coagulans を Trichoderma harzianum と組み合わせて接種すると、Solanum viarum のフェノール、フラボノイド、アルカロイド、サポニン、タンニンが大幅に増加したと報告しました22。 Alamらによる別の研究。 らは、G. intraradice または/および G. mosseae と Bacillus subtilis を同時接種したペラルゴニウム グラベオレンの総油収量の向上を示しました 23。 シンら。 らはまた、薬用植物における共生真菌と PGPR の同時接種が、植物精油の改良のための有用なツールとして機能することを報告しました 24。

現在の研究では、アリゾナヒノキの植物の成長、EO組成、総フェノール含量、抗酸化能力、およびいくつかの光合成色素が、2つの灌漑計画と微生物接種の下で調査されました。 私たちは、アリゾナヒノキの成長速度の低下につながる要因の1つは水ストレスであるという仮説を立てました。 水ストレス条件下でのアリゾナヒノキの質的変動とEO組成に対するAMFおよびP.フルオレセンス接種の役割を調査した研究はないと考えています。 したがって、我々の研究の目的は、(1) 十分な水やりと水ストレス条件下でのアリゾナヒノキのバイオマス、色素濃度、総フェノール含量、抗酸化活性、および EO 組成に対する微生物接種の影響を評価することでした。 (2) アリゾナヒノキの水ストレス耐性を改善するために、AMF と P. fluorescens の間の相互作用を評価する。

私たちは、イスファハン工科大学の森（北緯 32 度 39 分、東経 51 度 40 分、1590 m）で生育した 1 本のアリゾナヒノキの木から球果を収集しました。 植物材料は、イスファハン工科大学都市景観研究グループの同意を得て収集されました。 この観賞用の木の球果の収集には、それ以上の法的要件は必要ありませんでした。 植物材料の収集は、関連する機関（イスファハン工科大学）、国内および国際のガイドラインおよび法律に準拠しました。 球果から種子を取り出し、暗所で発芽させた後（4℃で2週間）、発芽体をオートクレーブ滅菌培地（120℃で2時間）に注意深く入れ、6か月間生育させた後、10Lポットに移植しました。 元の土壌のいくつかの重要な特性を表 1 に示します。これらのデータは、イスファハン工科大学農学部土壌科学科の研究室から得たものです。 ポットは温室に保管し、研究期間中昼夜 28/16 ± 2 °C、相対湿度 30 ～ 35% に維持しました。

4 つの接種レベルの AMF、2 つの接種レベルの P. fluorescens、および 2 つのレベルの灌漑計画で構成される要因実験を、3 つの複製 (各複製に 3 つの植物) による完全にランダム化された設計を使用して実施しました。 菌根処理の場合、Rhizophagus minimumis (Ri) または Funneliformis mosseae (Fm) のいずれか、あるいは R.不規則菌 –F を苗木に接種しました。 コケ科混合物（ミックス）。 このために、苗を移植する前に、菌根接種材料（イラン、カラジの国立土壌水研究センター）60 g（1 gあたり50〜60の胞子）を各ポットに追加しました（成長培地と混合しました）。 接種されていない植物を対照として使用した。 PGPR 計画では、苗木を移植した後、4 mL の蛍光菌 (Ps) 懸濁液 (107 CFU mL-1) を表面に塗布しました (以前の研究では、使用する土壌の量に対してこのサイズの接種材料で十分であることが示されています)。各ポット内のメディアの量。 さらに、4 mL の滅菌蒸留水を対照 (接種されていない) ポットに適用しました。 灌漑計画については、移植後 5 か月で、土壌-水特性曲線に従って、それぞれ十分な水やり (通常の水やり、N) または水ストレス (S) 処理として示される、100% または 50% の圃場容量を使用しました。 。 さらに、植物の成長中の施肥は、移植時および移植前に市販の肥料（20-5-10 NPK、12.8％S、および1.3％MgO; NovaTec Solub、Compo、ドイツ）2 g L-1を添加することによって行われました。灌漑計画の開始。

実験終了時の根のコロニー形成を計算するために、根組織サンプルを KOH (10% w/v) で 95 °C で 55 分間洗浄しました。 次に、根をHClに50分間浸しました。 根を10 mmの断片に切断した後、100個の断片をラクトグリセロール中のトリパンブルー(0.05% w/v)に20分間入れました。 最後に、Gionnetti と Mosse のグリッド線交差法を使用して、光学顕微鏡下で根の定着率を定量化しました 25。

新鮮重量を測定した後、各苗を苗条と根に分割しました。 次に、乾燥重量を測定するために、風乾する前にシュートを個別に袋詰めしました。 最後に、秤量する前に、すべてのサンプルを 65 °C のオーブンで一定の重量になるまで乾燥させました。

光合成色素 (クロロフィルおよびカロテノイド含有量) を測定するために、4000 x g で 15 分間遠心分離機を使用して、新鮮な葉のサンプル 0.2 g をアセトン (10 mL、100%) 中で均質化しました。 最後に、顔料濃度は、Lichtenthaler によって提案された方法に従って分光測光的に決定されました 26。

総フェノール含量を測定するために、0.2 mL の葉抽出物に水中のフォリン-チオカルテウ試薬 (10%、2.5 mL) を加えました。 簡単に説明すると、植物地上部粉末 2 グラムを 80% メタノール 10 mL で 25 °C で 24 時間抽出しました。 メタノール抽出溶液 500 μg のアリコートを、10 倍希釈した Folin-Ciocalteu 試薬 (1:10 Folin-Ciocalteu、蒸留水) 5 mL および 7.5% 炭酸ナトリウム 4 mL と混合しました。 次に、サンプルを室温で 60 分間保持し、分光光度計 (UV-160A UV-Visible Recording Spectrophotometer、島津製作所、東京、日本) を使用して 760 nm の波長で吸収率を測定しました27。

抗酸化活性を測定するために、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル (DPPH) 溶液 (0.1 mM、5 mL) を 200 μL の植物抽出物と混合する前に、0.2 mL の植物抽出物をメタノール (80%) で調製しました。希釈したエキス。 次に、サンプルを暗所で 25 °C で 30 分間保持しました。 メタノール溶液を含むブランクに対して分光測光装置を使用して、517 nmでの吸収率を測定しました。 ブチル化ヒドロキシトルエンを標準酸化防止剤として使用しました。 最後に、DPPH の除去による抗酸化活性は、次の方程式を使用して計算されました 28:

アリゾナヒノキの苗木（生後 22 か月）の地上部（若い針葉と成熟した針葉/枝）を、室温（20 ± 2 °C）で 1 週間日陰で乾燥させた後、細かく切断し、次の方法で粉砕しました。ブレンダーミル。 EO 含有量は、ポーランド薬局方 VI29 に記載されている内容に従って、クレベンジャー型装置を使用した水素蒸留法を使用して 3 時間抽出しました。 EO を無水硫酸ナトリウム (Na2SO4) で乾燥させ、分析するまで密閉バイアルに入れて 0 °C で保管しました。 EO含有量(%)は、乾物に基づいて次の式により計算されました。

EO 組成は、HP-5MS 5% フェニルメチル シロキサン キャピラリー カラム (30 m × 0.25 mm、膜厚 0.25 μm) を備えた Agilent 7890 ガスクロマトグラフィーを使用して分析しました。 分析は、キャリアガスとしてヘリウムを使用し、分割比 1:20、流量 2 mL min-1 で実行されました。 オーブンの初期温度は 60 °C で 3 分間最適化され、3 °C min-1 で 120 °C まで上昇し、その後 15 °C min-1 で 300 °C まで上昇しました。 インジェクターの温度は 300 °C に維持されました。 この研究では、Agilent 質量選択検出器 5975 C が使用されました。 スキャン条件は、39 ～ 400 m/z、200 °C、電子イオン化 70 eV で構成されました。 ガスクロマトグラフ（ＧＣ）は、ＦＩＤ検出器と溶融シリカカラム（ＢＰ－５、２５ｍ×０．２２ｍｍ、膜厚０．２５ｍｍ）を備えた島津製作所製ＧＣ－１７を用いた。 動作条件は次のとおりです。オーブン温度 60 ～ 280 °C、速度 8 °C/分。 インジェクター温度 280 °C、スプリット比 1:10、キャリアガス N2、 検出器温度 300 °C。

EO 構成成分は、保持指数 (RI) に従って特定されました。 この基準は、同じ操作条件下での同種の一連の n-アルカン (C5 ～ C24) と比較して特定されました。 さらなる同定は、化合物の質量スペクトルライブラリの比較によって達成された30。

データは、3 つの独立したアッセイの平均として、それぞれの SD バー (平均 ± SD) で表示されました。 データの正規性が評価され、必要に応じて分析前に対数変換が使用されました。 次に、データを三元配置分散分析に供しました。 次に、最小有意差 (LSD) テストを使用して、特定の差異を検出しました。 平均比較の結果は、実験因子の統計的に有意な効果を持つ形質についてのみ提示されたこと。 ＡＮＯＶＡは、ＳＡＳソフトウェア（ＳＡＳ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、米国ノースカロライナ州ケアリー、１９９０年）を使用して実行された。 主成分分析 (PCA) を使用して、アリゾナヒノキで測定される変数の数を減らし、StatGraphics (ver. 9) を使用して実行された形質と項目間の多変量共線性を測定しました。

AMF による根定着は、N 処理と比較して S 条件で有意に減少しました。 興味深いことに、根のコロニー形成は、灌漑体制に関係なく、Ps によって増加しました (表 3)。 最も高い根定着率は、N 条件で Ps の存在下で 2 つの AMF 種の混合物 (54.7%) に属し、最低 (19.4%) (非接種処理に関係なく) は S 条件での RI 種の処理に属しました。状態 (表 3)。 非菌根性対照植物のいずれにおいても真菌の定着は観察されなかった（表３）。

アリゾナヒノキ苗のバイオマス（シュートと根の乾燥重量）は、AMF接種、Ps接種、灌漑レベル、およびそれらの相互作用によって顕著な影響を受けました（表2）。 具体的には、苗木バイオマスは、N 条件と比較して S 条件によって悪影響を受けました。 対照的に、AMF種を接種した植物の実生バイオマスは、非接種対照と比較してS条件下で有意に増加した(表3)。 さらに、N 条件下では、Ps と Mix の同時接種に応じて最大の実生バイオマスが見出されました。 結果は、AMFとPsによる実生への共接種がアリゾナヒノキの成長性能を著しく改善したことを明確に示した(表3)。

S レジメンでは、非接種植物と比較して、接種苗の葉ではクロロフィルとカロテノイドが減少する一方、クロロフィルとカロテノイドの増加が観察されました (図 1 および 2)。 FM および Mix を接種したアリゾナヒノキ苗木は、非接種対照植物と比較して、S 条件下でクロロフィル含有量が増加しました (図 1)。 Sに曝露された苗木では、FMによるAMF定着により、非接種苗木よりもはるかに高いクロロフィル含有量が維持されました（図1）。 また、S条件下では、AMFとPsの共接種により、非接種対照植物と比較して、アリゾナヒノキ苗のカロテノイド含量が有意に増加した(図2)。 特に、FM と Ps による同時接種は、S 療法下での他の治療よりもカロテノイド含有量の改善に効果的であることが示されました (図 2)。

アリゾナヒノキ苗木のクロロフィル含有量における灌漑体制×菌根の相互作用。 N 十分に水を与えた (100% 圃場能力)、S 水分ストレス (50% 圃場能力)、RI Rhizophagus minimumis、FM Funneliformis mosseae。 ミックス: R. イレギュラーリス – F. コケ科混合物。 C: 非接種植物。

アリゾナヒノキ苗木のカロテノイド含有量における灌漑体制×菌根菌×根粒細菌の相互作用。 N 十分に水が供給されています (100% 圃場容量)。 S: 水ストレス (圃場容量の 50%)。 RI リゾファガス・イレギュラーリス、FM Funneliformis mosseae。 R. イレギュラーリス – F を混合します。 コケ科混合物、C 非接種植物、Ps Pseudomonas fluorescens。

アリゾナヒノキ苗の総フェノール含有量 (Phe) は、N 管理と比較して S 管理下で大幅に減少し、抗酸化活性についても同様の傾向が観察されました (表 3)。 灌漑計画に関係なく、Phe 含有量が最も低かったのは接種されていない植物でした。 さらに、すべてのAMF種をP.フルオレッセンスと同時接種すると、単回接種と比較してPheの量が有意に増加した(表3)。

抗酸化活性は、灌注計画およびAMF接種によって顕著な影響を受けました(表2)。 灌漑計画に関係なく、FM および Ps を接種した苗木からは、非接種対照と比較して、より高い抗酸化活性が得られました (表 3)。 RI 接種も混合接種も、抗酸化活性の増加という点で S の影響を軽減するのには役に立ちませんでした。 FM と Ps を共接種した植物は最も高い抗酸化活性を示し、この特性に対する FM と Ps の相乗効果が示唆されました (表 3)。

EO 収量は、処理が異なると低い変動を示しました。 それは、水欠乏体制下で非接種対照植物の0.29%からF. mosseaeのみを接種した苗木の0.46%までの範囲であった。 N 体制下では、接種されていない対照植物 (0.33%) および R. 不規則性 – F. それぞれ、Ｐ．フルオレッセンス接種を含むコケ科混合物（０．４４％）（表４）。

アリゾナヒノキの EO プロファイルの主成分として 23 の化合物が同定され、その中にはリモネン (15 ～ 17.9%)、α-ピネン (12.8 ～ 15.8%)、テルピネン-4-オール (6.6 ～ 8.3%) の 4 つの成分が含まれていました。 %)、ウンベルロン (6.9-8.3%) が主要なものとして特定されました。 微生物の種類が異なると、これらの各化合物に対して異なる影響が生じますが、AMF 種の中で最も多量のリモネンとα-ピネンは、S レジメンの下での混合接種に属していました (表 4)。 Mix と Ps を同時接種した植物は、S 管理下でより高い量のテルピネン-4-オールとウンベリュロンを記録しました。 一部の成分は、S 管理下よりも N 管理下の非接種植物で量が増加しました。 たとえば、α-ツジェン、カンフェン、γ-クルクメン、セドロールは、S 環境と比較して N 環境下で増加しました。 対照的に、実生がＳレジームではなくＮレジームで接種されなかった場合には、いくつかの成分が減少した。 p-シメンとゲルマクレン D の最高量は、それぞれ RI の治療 (3.9%) と RI と Ps の同時接種 (4.8%) に属しました。 サビネンとテルピノレンは、Psを接種した個体で最高量を記録した。 テルピノレンとウンベルロンの生産は、接種されていない植物では減少しました。 これは、有益な微生物の適用により、いくつかの特別な EO 組成物の生成を刺激できることが示されています (表 4)。

PCA 分析は、形質間の多変量共線性を測定し、適用される治療法をグループ化し、さまざまな特性に関して最適な治療法を選択するために実行されました。 トリプロットの結果は、3 つの主成分が変動の 80.25% を説明していることを示しています (図 3)。 PC1 は、DPPH、Phe、カロテノイド (Car)、および EO を除くすべての特性に対して正の係数を持っていました。 このPCは形態学やクロロフィルインデックスと考えられるようです。 逆に、PC2 は DPPH に対して正の係数を示し、Phe と PC3 は Car に対して高い正の係数を示しました。 したがって、後者の 2 つの成分は、抗酸化特性の指標をより代表しています。

リゾファガス・イレギュラーリス、ファンネリフォルミス・モッセエ、およびシュードモナス・フルオレッセンスを接種した場合としない場合の両方の種の混合物を接種したアリゾナヒノキの特性について主成分分析（PCA）を実施しました。 N 十分に水を与えた (100% 圃場容量)、S: 水ストレス (50% 圃場容量)、RI リゾファガス・イレギュラーリス、FM Funneliformis mosseae、ミックス R. イレギュラーリス – F。 コケ混合物、+ シュードモナス・フルオレセンス接種、− シュードモナス・フルオレセンス接種なし、C 非接種植物、Hi: 草丈、FWS シュート新鮮重量、DWS シュート乾燥重量、DWR 根乾燥重量、EO 精油含有量、Phe 総フェノール含有量、クロン根のコロニー形成、Chla クロロフィル a、Chlb クロロフィル b、Chlab 総クロロフィル、Car カロテノイド。

トリプロット チャートによると、苗の成長パラメーターは、両方の AMF 種による根定着率と高い正の相関関係がありました。 一方、EO は定着率を含むすべての特性と負の相関がありました。 また、実生抽出物の抗酸化能力は、EO 含有量と AMF コロニー形成の影響を受けませんでした (図 3)。

トリプロットは、水ストレス下でのすべての処理 (S) が十分な水を与えられた処理 (N) から完全に分離されていることを明確に示しており、微生物接種に対する灌漑計画の高度な識別効果を示しています。 灌漑計画と微生物処理の組み合わせにより、あらゆる面での分散が示されました。 PC1 値が非常にプラスである N ゾーンでは、MixN- および RiN- が苗の成長の促進に関して最良の処理であり、一方、PC1 がマイナスである S ゾーンでは、より高い PC2 値と抗酸化に関して最良の処理は FMS+ および FMS- でした。活動。 したがって、水不足の後では、AMF接種の方がPs接種よりも高い識別値を有すると思われる。 また、トリプロットで観察されたように、CS+ と CS- は両方とも他の処理から完全に分離された最も弱い処理です (図 3)。

私たちの研究では、AMFのみを接種した苗と比較して、AMFとPsを共接種した苗ではAMF定着の非常に有意な効果が観察されました。 この結果は、個別に接種した場合と比較して、同時接種した植物ではより多量のAMFコロニー形成が報告された他の研究者の過去の結果を裏付けるものであった13、20、31、32。 この観察は、「菌根化ヘルパーバクテリア」として機能する可能性のあるPGPRの存在に起因する可能性があり、そうすることで宿主の根での菌根のより良好な確立と菌根のより良好な機能がもたらされます32,33。

その結果、さまざまなAMF種を接種したアリゾナヒノキの苗木は、窒素条件と硫黄条件の両方で、非接種植物よりもクロロフィルとカロテノイドの含有量が高くなることが示されました。 私たちの以前の研究では、さまざまなAMF種がアリゾナヒノキの総クロロフィルおよびカロテノイド含有量を増加させることも明らかにしました20。 テルペノイドは、植物の成長、発育、および干ばつなどの環境ストレスへの応答に関与しています12。 テルペノイドは、病原体に対する植物の反応にも関与しています 34。 クロロフィル、カロテノイド、テルペノイドなどのイソプレノイド代謝産物は、環境ストレスに対する植物の順応と適応反応にとって重要です35。 今回の研究では、対照植物と比較してすべての接種植物に存在する光合成色素の量が多いことが、水ストレス条件下でのアリゾナヒノキの成長改善の重要な要因である可能性がある。 カロテノイド含有量は、水ストレス条件下で生育した苗木の抗酸化能力も向上させる可能性があります。

この実験では、AMF を接種した苗木で抗酸化活性が上昇しました。これは、強い抗酸化活性があることでよく知られているフェノール含有量が高いことで説明できます 36。 また、AMF接種は、Ps接種と比較して、抗酸化能力に対してはるかに高い効果をもたらしました。 しかし、AMFとPsの両方を同時接種すると、抗酸化特性が増加しました。 エフテカリら。 は、Vitis vinifera に AMF を接種した結果として Phe が上昇したことを報告しました 37。 メクリら。 も同様の傾向を示し、植物に菌根種を接種するとオリーブの木の Phe が上昇することを示しました 38。 Dutta と Neog は、クルクマ ロンガ L. に AMF および PGPR を同時接種すると、接種していない植物よりも高い Phe 含有量が得られると報告しました 31。 AMF は、フェノール化合物の生合成の重要な酵素であるフェニルアラニン アンモニア リアーゼを蓄積する可能性があります 39。

この研究では、実生の EO 含有量は AMF および/または Ps 定着の影響を受けませんでした。 苗木が予防接種の影響下にあった短期間に発生した可能性があります。 また、この点では、水ストレス処理が微生物接種よりも優勢だったようです。 しかし、有益な微生物と薬用植物の相互作用は、植物がストレスから身を守るのに役立つ重要な要素として報告されています40。 ウルコヴィチェら。 らは、AMF を接種したハッカの EO 含有量が、接種していない植物と比較した場合、0.2% から 0.98% に増加することを発見しました 41。 フォコムら。 同じ植物では、G. etuncatum を接種すると、非接種植物と比較して最も高い EO 含有量が示されたと報告されました 16。

EO は、皮状腺として知られる薬用植物の葉の構造で生成され、貯蔵されます 42。 AMFを接種した植物は、薬用植物の皮状毛状突起の数を変化させ、一部のEO成分を改善する可能性があります43。 また、一部の微生物は植物ホルモンの変化により EO の濃度を変化させる可能性があります。 例えば、ジベレリンやサイトカインは EO 濃度の変化に関与していると提案されています 44,45。

Rahimzadeh と Pirzad はまた、亜麻仁 (Linum usitatissimum L.) 植物の油分と粘液含有量が、非接種植物と比較して菌根と PGPR を共接種した植物から得られることを報告し、AMF と PGPR13 の相乗効果を示唆しています。 しかし、有益な微生物が EO 成分に及ぼす影響の背後にあるメカニズムは明らかではありませんが、おそらく栄養素のより良い吸収に関連している可能性があります 15。

本研究は、すべての治療において、リモネン、α-ピネン、テルピネン-4-オール、およびウンベリュロンが主成分であることを示しています。 アリゾナヒノキのEO組成に及ぼす微生物接種の影響は微生物によって異なった。 例えば、最も多量のテルピネン-4-オールおよびウンベルロンは、水ストレス体制下で混合AMF株およびPsを同時接種した植物に属していた(表4)。 ダネンシス胸腺に関する温室研究でも、G. mosseae と P. fluorescens の混合物を植物に接種すると、チモール濃度が上昇することが示されました 46。 Glomus、Gigaspora、Acaulospora sp.を含む 3 つの異なる AMF の相乗効果。 PGPR が 3 つある場合。 バチルス・メガテリウム、アゾスピリルム・アマゾネンセ、アゾトバクター属。 また、Curcumalonga のフラボノイド、フェノール、クルクミン含有量の増加も示しました 31。 Vafadar et al. Bacillus Polymixa または/または Pseudomonas putida と組み合わせた G. intraradice の施用により、単一の接種植物または非接種植物と比較してステビオシド含有量が増加することを発見しました 47。 しかし、私たちの研究では、水ストレス処理の効果はα-ピネンとしてより顕著であり、アンベルロンは水ストレス処理後により多く蓄積されました。

おそらく、有益な微生物が EO 組成に及ぼす影響は、EO 生合成の変化によるものと考えられます 15。 エッセンシャル オイルは 2 つの異なる生化学経路によって合成されます。 フェニルプロパノイドはシキミ酸経路に由来し、イソプレノイド/テルペノイドは 2-C-メチル-d-エリスリトール 4-リン酸経路に由来します。 したがって、EO 組成の変化は、両方の経路の生成物に対する微生物の影響によるものと考えられます 48。

土壌水分が制限されている場合、微生物は窒素 (N)、リン (P)、および芳香植物の EO 含有量とその特定の化合物を増加させる可能性のあるその他の栄養素の取り込みを増加させることにより、植物の栄養状態を改善できます 49,50。 例えば、N は、EO 組成物の生合成において重要な役割を果たすアミノ酸や酵素など、多くの植物天然成分の合成において重要な役割を果たしています50。 また、薬用植物はテルペノイドの生合成にアセチル CoA、ATP、NADPH を必要とし、これらの補酵素の利用可能性はリン濃度に関係します。 したがって、植物によるリンの吸収を改善することは、エッセンシャルオイルの生産量を増やすのに役立ちます51。

結論として、この研究は、アリゾナヒノキの苗木が水ストレスと微生物因子（AMFおよびPs）の影響を受けるという明確な証拠を提供しました。 ただし、効果の順序は S > AMF > PS でした。 さらに、共接種におけるアリゾナヒノキとAMFおよびPsの両方との相互作用は、AMFのみを接種された個体と比較して、植物バイオマスおよび精油組成の改善をもたらさなかった。 AMF だけでも、アリゾナヒノキのフェノール化合物や DPPH などの多くの代謝産物の再プログラミングを誘導し、バイオマスの増加と抗酸化活性の強化につながる可能性があるようです。 ただし、これら 2 つの特性は相関しておらず、AMF の接種に特有である可能性があります。 水ストレス体制下でこれらの有益な微生物を使用することは、水ストレスに対する耐性を高め、植物の成長と代謝物の蓄積を高めるための有用な選択肢を提供します。

この研究中に生成および分析されたすべてのデータがこのペーパーに含まれています。

アーバスキュラー菌根菌

植物の成長を促進する根粒菌

分散分析

エッセンシャルオイル

水ストレス

リゾファガス・イレギュラーリス

ファンネリフォルミス・モッセア科

R. イレギュラーリス – F. コケ科混合物

シュードモナス・フルオレセンス

通常の水やり（たっぷりの水やり）

主成分分析

総フェノール含有量

2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル

Vuksani , G. 、Cristiano , G. & De Lucia , B. 接ぎ木によるアリゾナヒノキの繁殖: アルバニアでの事例研究。 大学 Ｊ．アグリック． 解像度 6、209–213。 https://doi.org/10.13189/search.2018.060603 (2018)。

記事 Google Scholar

Hassanpouraghdam、MB イラン北西部産のCupressus arizonica Greeneのα-ピネンとβ-ミルセンが豊富な揮発性果実油。 ナット。 製品。 解像度 25(6)、634–639。 https://doi.org/10.1080/14786419.2010.531479 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Cheraif, I.、Jannet, HB、Hammami, M.、Khouja, ML & Mighri, Z. Cuppressus arizonica Greene の精油の化学組成と抗菌活性。 生化学。 システム。 エコル。 35、813–820。 https://doi.org/10.1016/j.bse.2007.05.009 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

アリ、A.ら。 Cupressus arizonica var glabra (「カロライナ サファイア」) のさまざまな植物部分のエッセンシャル オイルの組成、蚊の幼虫駆除作用、刺咬抑止力、および抗真菌作用。 ナット。 製品。 共通。 8、257–260。 https://doi.org/10.1177/1934578X1300800232 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

セダガット、MM et al. マラリア媒介ハマダラカハマダラカハマダラカ（双翅目：ハマダラカ科）に対するCupressus arizonica EL Greeneの精油の化学組成と殺幼虫活性。 薬局。 解像度 3、135–139。 https://doi.org/10.4103/0974-8490.81962 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Aalipour, H.、Nikbaht, A.、Ghasemi, M. & Amiri, R. 水ストレス条件下でのアーバスキュラー菌根菌およびフミン酸に対する 2 つの芝草種の形態生理学的および生化学的反応。 J.土壌科学。 植物栄養剤。 20、566–576。 https://doi.org/10.1007/s42729-019-00146-4 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Shirinbayan, S.、Khosravi, H. & Malakouti, MJ 半乾燥地域から分離されたアゾトバクター株の接種によるトウモロコシ (Zea Mays) の干ばつストレスの緩和。 応用ソイルエコル。 133、138–145。 https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2018.09.015 (2019)。

記事 Google Scholar

Mandoulakani, BA、Eyvazpour, E. & Ghadimzadeh, M. バジル (Ocimum basilicum L.) のフェニルプロパノイドと精油成分の生合成に関与する重要な遺伝子の発現に対する干ばつストレスの影響。 植物化学 139、1–7。 https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2017.03.006 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

モーシェドロー、MR 他 2 つのオレガノ (Origanum vulgare L.) 亜種における精油含有量、組成、モノおよびセスキテルペン合成の遺伝子発現パターンに対する長期の水ストレスの影響。 植物生理学。 生化学。 111、119–128。 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.11.023 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Esmaeil Zade, NS、Sadeghi, A.、Moradi, P. Streptomyces 株は水ストレスを軽減し、ペパーミント (Mentha Piperita) の収量とエッセンシャル オイルを増加させます。 植物の土壌 434、441–452。 https://doi.org/10.1007/s11104-018-3862-8 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Radwan, A.、Kleinwächter, M.、および Selmar, D. 特殊な代謝に対する干ばつストレスの影響: セージ (Salvia officinalis) のモノテルペン合成酵素の生合成と発現。 植物化学 141、20–26。 https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2017.05.005 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Amiri, R.、Nikbakht, A.、Rahimmalek, M. & Hosseini, H. 水分不足条件下で 2 種の菌根菌を接種したペラルゴニウム グラベオレンス L. の精油組成、抗酸化能力、および生理学的特性の変動。 J. 植物の成長規則。 36、502–515。 https://doi.org/10.1007/s00344-016-9659-1 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Rahimzadeh, S. & Pirzad, A. シュードモナス菌と菌根菌の同時接種は、さまざまな給水条件下で亜麻の種子の品質を変化させます。 工業用作物。 製品。 129、518–524。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.12.038 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Weisany、W.、Raei、Y.、Ghassemi-Golezani、K. Funneliformis mosseae は、インゲンとの間作で種子の精油含有量とディルの組成を変化させます。 インド作物。 製品。 79 、 29–38 。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.10.041 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Karagiannidis, N.、Thomidis, T.、Lazari, D.、Panou-Filotheoua, E. & Karagiannidoua, C. オレガノとミントの成長、栄養濃度、およびエッセンシャル オイルの生産の改善における 3 つのギリシャのアーバスキュラー菌根菌の効果植物。 科学。 ホルティック。 129、329–334。 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.03.043 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Fokom、R. et al. 収穫時期および圃場条件におけるアーバスキュラー菌根菌の影響を受けるレモングラスの成長、精油含有量、化学組成および抗酸化特性。 工業用作物。 製品。 138、1-12。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111477 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Li、T. アーバスキュラー菌根菌：植物の乾燥ストレスを軽減する進化と機能。 微生物を理解するための最新のツールとテクニック (Varma, A. & Sharma, AK 編) 285–295 (Springer International Publishing, 2017)。

Google Scholar の章

Barnawal, D.、Singh, R. & Singh, RP 乾燥耐性における植物の成長促進根粒菌の役割: 成長ホルモンとオスモライトの調節。 PGPR Amelioration in Sustainable Agriculture 107–128 (Woodhead Publishing、2019) において。

Google Scholar の章

リンコン、A. et al. Pseudomonas fluorescens による Pinus halepensis の根の定着と外生菌根菌 Suillus granulatus との相互作用。 FEMS 微生物。 エコル。 51、303–311。 https://doi.org/10.1016/j.femsec.2004.09.006 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Aalipour, H.、Nikbakht, A. & Etemadi, N. 燃料汚染下でのアーバスキュラー菌根菌と蛍光菌によるアリゾナヒノキの同時接種。 菌根 29、277–289。 https://doi.org/10.1007/s00572-019-00888-0 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Nadeem, SM、Ahmad, M.、Zahir, ZA、Javaid, A. & Ashraf, M. ストレスの多い環境下での作物の生産性向上における菌根と植物成長促進根粒菌 (PGPR) の役割。 バイオテクノロジー。 上級 32、429–448。 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.12.005 (2013)。

記事 Google Scholar

Hemashenpagam, N. & Selvaraj, T. 薬用植物 Solanum viarum 苗木に対する樹木状菌根菌 (AM) および植物成長促進根粒微生物 (PGPR) の効果。 Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ． バイオル。 32, 579。https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00356 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

アラム、M.ら。 バラの香りのゼラニウム (Pelargoniumgraveolens) のバイオマスと精油収量に対するアーバスキュラー菌根菌と枯草菌の相乗効果。 アーチ。 アグロン。 土壌科学。 57、889–898。 https://doi.org/10.1080/03650340.2010.498013 (2011)。

記事 Google Scholar

シン、S.ら。 温室および野外条件下でハッカ・アルベンシスの成長および油収量を増加させるための、トリコデルマ・ハルツィアヌムとブレビバクテリウム・ハロトレランスの併用接種の可能性を評価する。 工業用作物。 製品。 131、173–181。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.01.039 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Giovannetti, M. & Mosse, B. 根の小胞性アーバスキュラー菌根感染を測定する技術の評価。 新しいフィトール。 84、489–500。 https://doi.org/10.1111/j.14698137.1980.tb04556.x (1980)。

記事 Google Scholar

Lichtenthaler、HK クロロフィルとカロテノイド: 光合成生体膜の色素。 方法酵素mol。 148、350–382。 https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1 (1987)。

記事 CAS Google Scholar

Hayouni, EA、Abedrabba, M.、Bouix, M. & Hamdi, M. チュニジアの Quercus coccifera L. および Juniperus phoenicea L. 果実抽出物の in vitro でのフェノール含有量と生物活性に対する溶媒と抽出方法の影響。 食品化学。 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.02.010 (2007)。

記事 Google Scholar

Braca, A.、Sortino, C.、Politi, M.、Morelli, I. & Mendez, J. Licania licaniaeflora 由来のフラボノイドの抗酸化活性。 Ｊ．Ｅｔｈｎｏｐｈａｒｍａｃｏｌ​​． 79、379–381。 https://doi.org/10.1016/S0378-8741(01)00413-5 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

ポーランド薬局方 VI、PTFarm (2002)。

アダムス、RP ガスクロマトグラフィー/質量分析によるエッセンシャルオイル成分の同定第 4 版 （アリュール出版株式会社、2007）。

Google スカラー

Dutta, SC & Neog, B. 天然アーバスキュラー菌根菌と植物成長促進根粒細菌を同時接種したウコン根茎の抗酸化活性に応答した二次代謝産物の蓄積。 科学。 ホルティック。 204、179–184。 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.03.028 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Visen, A. et al. 2 つのシュードモナス菌株は、ライチ (Litchi chinensis Sonn.) の AMF 菌根化を促進し、リンの取り込みを改善します。 根圏 3、196–202。 https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2017.04.006 (2017)。

記事 Google Scholar

Garbaye, J. ヘルパー バクテリア: 菌根共生の新たな次元。 新しいフィトール。 128、197–210。 https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1994.tb04003.x (1994)。

記事 CAS Google Scholar

トフォラッティ、SL 他生物ストレスに対する植物防御におけるテルペンの役割。 生物防除剤 2 番目。 メタブ。 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822919-4.00016-8 (2021)。

記事 Google Scholar

Gupta、R. 薬用植物の農業技術。 『薬用植物産業』43–58 (Routledge、2017)。

Google Scholar の章

Sadeghi, Z.、Valizadeh, J.、Shermeh, OA & Akaberi, M. イランのバルーチェスタン州で栽培されたボルハビア エレガンス (チョイジー) の抗酸化活性と総フェノール含有量。 アビセンナ J. フィトメッド。 5、1～9。 https://doi.org/10.22038/AJP.2014.3415 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Eftekhari, M.、Alizadeh, M. & Ebrahimi, P. 菌根ブドウ (Vitis vinifera L.) 品種の葉の総フェノール類とケルセチン含有量の評価、およびケルセチン収量に対する収穫後の乾燥の影響。 工業用作物。 製品。 38、160–165。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.01.022 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Mechria, B.、Tekayaa, M.、Chehebb, H.、Attia, F. & Hammamia, M. 菌根のコロニー形成に応答したオリーブの木の根におけるフラボノイドとフェノール化合物の蓄積: 防御分子の調節の可能性のあるメカニズム。 J. 植物生理学。 185、40–43。 https://doi.org/10.1016/j.jplph.2015.06.015 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Harrison, MJ & Dixon, RA Medicago truncatula の根と菌根菌 Glomus versiforme の間の相互作用中のフラボノイド/イソフラボノイド経路遺伝子の発現の空間パターン。 植物 J. 6、9–20。 https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.1994.6010009.x (1994)。

記事 CAS Google Scholar

Lum, MR & Hirsch, AM 根とその共生微生物: 栄養素が制限された環境で窒素とリンを得る戦略。 J. 植物の成長規則。 21、368–382。 https://doi.org/10.1007/s00344-003-0003-1 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

Urcoviche, RC、Gazim, ZC、Dragunski, DC、Barcellos, FG & Alberton, O. 異なるレベルのリン下でアーバスキュラー菌根菌を接種したハッカの植物の成長と精油含有量。 工業用作物。 製品。 67、103–107。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.01.016 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Turner, GW、Gershenzon, J. & Croteau, RB ペパーミントの発達中の葉上の皮状腺状毛状突起の分布。 植物生理学。 https://doi.org/10.1104/pp.124.2.655 (2000)。

記事 Google Scholar

Copetta, A.、Lingua, G. & Berta, G. Ocimum basilicum L. var. の成長、腺毛の分布、および精油生産に対する 3 つの AM 菌類の影響。 ジェノベーゼ。 菌根 https://doi.org/10.1007/s00572-006-0065-6 (2006)。

記事 Google Scholar

Torelli, A. et al. 植物の発育に関連して、リン栄養およびアーバスキュラー菌根の影響を受けるネギ (Allium porrum L.) の IAA および ZR 含有量。 植物の土壌 https://doi.org/10.1023/A:1026430019738 (2000)。

記事 Google Scholar

Tarraf, W.、Ruta, C.、Tagarelli, A.、De Cillis, F. & De Mastro, G. サルビア オフィシナリス L. Ind. Crop の植物成長、精油生産およびリン摂取に対するアーバスキュラー菌根の影響。 製品。 102、144–153。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.03.010 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Bahadri, F.、Ashorabadi, ES、Mirza, M.、Matinizade, M. & Abdosi, V. 根粒菌接種を促進する菌根および植物の成長に対する Thymus daenensis Celak の成長、エッセンシャルオイル収量および品質の改善。 内部。 J.アグロン。 植物の生産品。 4、3384–3391 (2013)。

Google スカラー

Vafadar, F.、Amooaghaie, R. & Otroshy, M. 植物の成長、ステビオシド、NPK、およびステビア レバウディアナのクロロフィル含有量に対する植物成長促進根粒菌およびアーバスキュラー菌根菌の影響。 J. プラント インタラクト。 9、128–136。 https://doi.org/10.1080/17429145.2013.779035 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Thokchom, SD、Gupta, S. & Kapoor, R. アーバスキュラー菌根は、人気のある緑茶添加物である Ocimum tenuiflorum L のエッセンシャル オイル組成と抗酸化特性を強化します。 工業用作物。 製品。 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112418 (2020)。

記事 Google Scholar

Glick, BR 自由生活細菌による植物の成長の促進。 できる。 Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． https://doi.org/10.1139/m95-015 (1995)。

記事 Google Scholar

Sammak, AS、Anvari, M.、Matinizadeh, M. & Mirza, M. アーバスキュラー菌根菌とシュードモナス・フルオレセンスの成長および胸腺コッチヤヌス精油の定性的および定量的収量に対する相乗効果。 J. Essent. オイルベア。 植物 https://doi.org/10.1080/0972060X.2020.1804467 (2020)。

記事 Google Scholar

Del Rosario Cappellari, L.、Chiappero, J.、Santoro, MV、Giordano, W. & Banchio, E. ハッカ ピペリタに植物成長促進根粒菌を接種することによるフェノール生成と揮発性有機化合物の放出の誘導。 科学。 ホルティック。 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.04.002 (2017)。

記事 Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

イスファハーン工科大学農学部園芸学部、イスファハーン、84156-83111、イラン

ハメド・アーリバー & アリ・ニクバクト

イスファハーン工科大学農学部農学植物育種学科、イスファハーン、84156-83111、イラン

モハマド・R・サブザリアン

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

HA の概念化、方法論、データのキュレーション、執筆 - 元の草案の準備。 ANの監視、可視化、調査。 MRS ソフトウェア、検証、作成 - レビューと編集。 著者全員が原稿を読み、修正し、承認しました。

ハメド・アリプールへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Aalipour, H.、Nikbakht, A. & Sabzalian, MR 水ストレス条件下での微生物接種に応じたCuppressus arizonica G.の精油組成と総フェノール含有量。 Sci Rep 13、1209 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-28107-z

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 10 月 12 日

受理日: 2023 年 1 月 12 日

公開日: 2023 年 1 月 21 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28107-z

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

ベジータ (2023)

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティ ガイドラインに従うことに同意したことになります。 虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。