Особенности влияния штамма Bacillus thuringiensis 888 на содержание эфирного масла, антиоксидантов и флавоноидов в растениях Origanum vulgare L.

Резюме: Цель работы – исследовать особенности влияния культуры штамма Bacillus thuringiensis var. thuringiensis 888 на качество вегетативной массы Origanum vulgare по количеству антиоксидантов и флавоноидов, выходу и компонентному составу эфирного масла. Материалом исследований служила жидкая споровая культура штамма B. thuringiensis 888, образцы душицы обыкновенной: образец № г-4, содержащий в эфирном масле 52,0% карвакрола; № 2, содержащий 59,85% α-терпинеола; № 1 с преимущественным содержанием гермакрена D (21,5%) и β-кариофиллена (19,4%). Определение растворимых углеводов в растениях проводили по методу M.С. Дюбойса, флавоноидов – спектрофотометрически при 420 нм по методу Р.А. Бубенчикова. Определение общего содержания антиоксидантов осуществляли по восстановлению хлорного железа (ІІІ) до хлористого железа (ІІ). Определение содержания эфирного масла Origanum vulgare проводили гидродистилляцией по А.С. Гинзбергу. Компонентный состав эфирного масла определяли методом газовой хроматографии. Установлено, что обработка споровой культурой штамма B. thuringiensis 888 образцов O. vulgare не оказывает существенного влияния на накопление в листьях терпеноидных хинонов, токохроманолов и водорастворимых антиоксидантов. Показано, что обработка душицы обыкновенной жидкой споровой культурой штамма B. thuringiensis 888 способствует формированию стойкой тенденции к накоплению редуцирующих сахаров в вегетативной массе растений – до 30,8% по сравнению с контролем. Обработка растений культурой штамма B. Thuringiensis 888 способствовала увеличению содержания эфирного масла в растениях O. vulgare образца № 1 в 2,4 раза по сравнению с контролем и не оказывала существенного влияния на эфиромасличность образцов № 2 и № г-4. Наиболее устойчивым к обработке энтомопатогенными бактериями оказался образец № г-4, в эфирном масле которого наблюдали уменьшение содержания линалоола и кариофилленоксида соответственно на 44,6 и 37,1% и линалилацетата в 4,3 раза по сравнению с контролем, а также накопление α-терпинеола на 86,1%.

1. Morshedloo M.R., Craker L.E., Salami A., Nazeri V., Sang H., Maggi F. Effect of prolonged water stress on essential oil content, compositions and gene expression patterns of mono- and sesquiterpene synthesis in two oregano (Origanum vulgare L.) subspecies // Plant Physiology and Biochemistry. 2017. Vol. 111. P. 119–128. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.11.023

2. Avola R., Granata G., Geraci C., Napoli E., Graziano A.C.E., Cardile V. Oregano (Origanum vulgare L.) essential oil provides anti-inflammatory activity and facilitates wound healing in a human keratinocytes cell model // Food and Chemical Toxicology. 2020. Vol. 144. P. 111586. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111586

3. Han X., Parker T. L. Anti-inflammatory, tissue remodeling, immunomodulatory, and anticancer activities of oregano (Origanum vulgare) essential oil in a human skin disease model // Biochimie Open. 2017. Vol. 4. P. 73–77. https://doi.org/10.1016/j.biopen.2017.02.005

4. Migliorini M.J., Boiago M.M., Roza L.F., Barreta M., Arno A., Robazza W.S., et al. Oregano essential oil (Origanum vulgare) to feed laying hens and its effects on animal health // Anais da Academia Brasileira de Ciencias. 2019. Vol. 91. Issue 1. e20170901. https://doi.org/10.1590/0001-3765201920170901

5. Bampidis V., Azimonti G., de Lourdes Bastos M., Christensen H., Dusemund B., Kouba M., et al. Safety of an essential oil from Origanum vulgare subsp. hirtum (Link) letsw. var. Vulkan when used as a sensory additive in feed for all animal species // In EFSA journal // European Food Safety Authority. 2019. Vol. 17. Issue 7. e05794. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2019.5794

6. Govindarajan M., Rajeswary M., Hoti S.L., Benelli G. Larvicidal potential of carvacrol and terpinen-4-ol from the essential oil of Origanum vulgare (Lamiaceae) against Anopheles stephensi, Anopheles subpictus, Culex quinquefasciatus and Culex tritaeniorhynchus (Diptera: Culicidae) // Research in Veterinary Science. 2016. Vol. 104. P. 77–82. https://doi.org/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26850541/

7. Gong X., Ren Y. Larvicidal and ovicidal activity of carvacrol, p-cymene, and γ-terpinene from Origanum vulgare essential oil against the cotton bollworm, Helicoverpa armigera (Hübner) // Environmental Science and Pollution Research International. 2020. Vol. 27. Issue 15. P. 18708–18716. https://doi.org/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32207008/

8. Castronovo L.M., Calonico C., Ascrizzi R., del Duca S., Delfino V., Chioccioli S., et al. The cultivable bacterial microbiota associated to the medicinal plant Origanum vulgare L.: from antibiotic resistance to growth-inhibitory properties // Frontiers in Microbiology. 2020. Vol. 11. P. 862. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00862

9. Di Vito M., Cacaci M., Barbanti L., Martini C., Sanguinetti M., Benvenuti S., et al. Origanum vulgare essential oil vs. a commercial mixture of essential oils: in vitro effectiveness on Salmonella spp. from poultry and swine intensive livestock // Antibiotics. 2020. Vol. 9. Issue 11. P. 763. https://doi.org/10.3390/antibiotics9110763

10. Císarová M., Tančinová D., Medo J., Kačániová M. The in vitro effect of selected essential oils on the growth and mycotoxin production of Aspergillus species // Journal of Environmental Science and Health. Part B: pesticides, food contaminants, and agricultural wastes. 2016. Vol. 51. Issue 10. P. 668–674. https://doi.org/10.1080/03601234.2016.1191887

11. Hou H., Zhang X., Zhao T., Zhou L. Effects of Origanum vulgare essential oil and its two main components, carvacrol and thymol, on the plant pathogen Botrytis cinerea // PeerJ. 2020. Vol. 8. P. e9626. https://doi.org/10.7717/peerj.9626

12. Vinciguerra V., Rojas F., Tedesco V., Giusiano G., Angiolella L. Chemical characterization and antifungal activity of Origanum vulgare, Thymus vulgaris essential oils and carvacrol against Malassezia furfur // Natural Product Research. 2019. Vol. 33. Issue 22. P. 3273–3277. https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1468325

13. Pradebon Brondani L., Alves da Silva Neto T., Antonio Freitag R., Guerra Lund R. Evaluation of anti-enzyme properties of Origanum vulgare essential oil against oral Candida albicans // Journal de Mycologie Medicale. 2018. Vol. 28. Issue 1. P. 94–100. https://doi.org/10.1016/j.mycmed.2017.12.001

14. Marcial G.E., Gerez C.L., de Kairuz M.N., Araoz V.C., Schuff C., de Valdez G.F. Influence of oregano essential oil on traditional Argentinean cheese elaboration: Effect on lactic starter cultures // Revista Argentina de Microbiologia. 2016. Vol. 48. Issue 3. P. 229–235. https://doi.org/10.1016/j.ram.2016.04.006

15. Hać-Szymańczuk E., Cegiełka A., Karkos M., Gniewosz M., Piwowarek K. Evaluation of antioxidant and antimicrobial activity of oregano (Origanum vulgare L.) preparations during storage of lowpressure mechanically separated meat (BAADER meat) from chickens // Food Science and Biotechnology. 2019. Vol. 28. Issue 2. P. 449–457. https://doi.org/10.1007/s10068-018-0491-1

16. Tuttolomondo T., Martinelli F., Mariotti L., Leto C., Maggio A., La Bella S. Agronomic, metabolomic and lipidomic characterisation of Sicilian Origanum vulgare (L.) ecotypes // Natural Product Research. 2016. Vol. 30. Issue 9. P. 1103–1107. https://doi.org/10.1080/14786419.2015.1104672

17. Deshayes C., Siegwart M., Pauron D., Froger J.-A., Lapied B., Apaire-Marchais V. Microbial pest control agents: Are they a specific and safe tool for insect pest management? // Current Medicinal Chemistry. 2017. Vol. 24. Issue 27. P. 2959–2973. https://doi.org/10.2174/0929867324666170314144311

18. Rubio-Infante N., Moreno-Fierros L. An overview of the safety and biological effects of Bacillus thuringiensis Cry toxins in mammals // Journal of Applied Toxicology. 2016. Vol. 36. Issue 5. P. 630–648. https://doi.org/10.1002/jat.3252

19. Moghrovyan A., Sahakyan N., Babayan A., Chichoyan N., Petrosyan M., Trchounian A. Essential oil and ethanol extract of oregano (Origanum vulgare L.) from Armenian flora as a natural source of terpenes, flavonoids and other phytochemicals with antiradical, antioxidant, metal chelating, tyrosinase inhibitory and antibacterial activity // Current Pharmaceutical Design. 2019. Vol. 25. Issue 16. P. 1809–1816. https://doi.org/10.2174/1381612825666190702095612

20. Биохимические методы анализа эфиро- масличных растений и эфирных масел: сборник науч. трудов / сост.: А.Н. Карпачева, К.Г. Персидская, Л.Н. Лиштванова. Симферополь, 1972. 107 с.

21. Мягких Е.Ф., Марченко М.П., Новиков И.А. Cравнительный анализ гибридов Origanum vulgare L. по комплексу признаков // Таврический вестник аграрной науки. 2018. № 2 (14). С. 89–95.

22. Jennings W., Shibamoto T. Qualitative analysis of flavor and fragrance volatiles by glass capillary gas chromatography. N.-Y.: Academic Press, 1980. 240 p. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-384250-3.x5001-6

23. Халафян А.А. Современные статистические методы медицинских исследований: монография. 3-е изд. М.: Ленанд, 2014. 320 с.

24. Dubois M., Gilles K.A., Hamilton J.K., Robers P.A., Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Analytical Chemistry. 1956. Vol. 28. P. 350–356. https://doi.org/10.1021/ac60111a017

25. Witkowicz R., Biel W., Skrzypek E., Chlopicka J., Glen-Karolczyk K., Krupa M., et al. Microorganisms and biostimulants impact on the antioxidant activity of buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) sprouts // Antioxidants. 2020. Vol. 9. Issue 7. P. 584. https://doi.org/10.3390/antiox9070584

26. Bojić M., Maleš Ž., Antolić A., Babić I., Tomičić M. Antithrombotic activity of flavonoids and polyphenols rich plant species // Acta Pharmaceutica. 2019. Vol. 69. Issue 4. P. 483–495. https://doi.org/10.2478/acph-2019-0050

27. Bower A.M., Real Hernandez L.M., Berhow M.A., de Mejia E.G. Bioactive compounds from culinary herbs inhibit a molecular target for type 2 diabetes management, dipeptidyl peptidase IV // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2014. Vol. 62. Issue 26. P. 6147–6158. https://doi.org/10.1021/jf500639f

28. Fikry S., Khalil N., Salama O. Chemical profiling, biostatic and biocidal dynamics of Origanum vulgare L. essential oil // AMB Express. 2019. Vol. 9. Issue 1. Article number 41. https://doi.org/10.1186/s13568-019-0764-y

29. Sharififard M., Alizadeh I., Jahanifard E., Wang C., Azemi M.E. Chemical composition and repellency of Origanum vulgare essential oil against Cimex lectularius under laboratory conditions // Journal of Arthropod-Borne Diseases. 2018. Vol. 12. Issue 4. P. 387–397.

30. Elansary H.O., Abdelgaleil S.A.M., Mahmoud E.A., Yessoufou K., Elhindi K., El- Hendawy S. Effective antioxidant, antimicrobial and anticancer activities of essential oils of horticultural aromatic crops in northern Egypt // BMC Complementary and Alternative Medicine. 2018. Vol. 18. Issue 1. Article number 214.