Vplyv arginínu a citrulínu na rast

Vplyv arginínu a citrulínu na rast, obsah dusíka a sekundárnych metabolitov v rumančeku kamilkovom (Matricaria chamomilla L.)

1  Úvod
Rumanček kamilkový (Matricaria chamomilla L.) je rozšírená a často využívaná liečivá rastlina. V strednej Európe sa pestuje ako poľnohospodárska rastlina využívaná pre rôzne kozmetické prípravky alebo tinktúry. Je obľúbený vďaka nenáročnosti na prostredie a širokospektrálnym liečivým účnikom. Pri vonkajšom použití bráni tvorbe jaziev, redukuje kožné vyrážky a hemeroidy. Pri pití odvaru z drogy pomáha pri žalúdočných problémoch, nespavosti, posilňuje nervový systém, etc (Bahrami et al, 2010). Účinné látky v obsiahnuté v rumančeku kamilkovom sú látky sekundárnych metabolitov – kumaríny a flanovoidy (Repčák et al, 1999). Priaznivé účinky kumarínov na organizmus cicavcov bol popísaný vo viacerých prípadoch (Bahrami et al, 2010; Brain et al, 2008; Pelletrau et al, 2008). V dôsledku antropologických činností a globálneho oteplovania sa vo veľkej miere znehodnocuje poľnohospodárska pôda. Problémom je zvyšujúca sa salinita a dezertifikácia prostredia. Bolo dokázané, že rastliny sa takýmto stresovým podmienkam bránia aj zvyšovaním koncentrácie arginínu a citrulínu (Ludwig, 1993), ktoré vyvolávajú ďaľšie zmeny v chemizme rastliny. Práca sa venuje vplyvu arginínu a citrulínu na rast, obsah dusíka a kumarínov v rumančeku kamilkovom.

2  Metodika
 
Rastlinný materiál
Rastliny rumančeka kamilkového (Matricaria chamomilla L var. Lutea), boli vypestované v rastovej komore v zemi s pH 5 pri teplote 27+-2/25+-2 deň/noc, relatívnej vlhkosti 60% a dennom  režime 12/12 hod deň/noc. Rastliny boli 3-krát týždenne zalievané Hoaglandovým živným roztokom roztokom. Bolo pestovaných 20 rastlín na skupinu.

Aplikácia aminokyselín
Aminokyseliny (arginín a citrulín) boli exogénne aplikované postrekom v nasledujúcich koncentráciách: 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l. Rastliny boli postriekané 3krát v 30. deň rastu. Vzorky boli odoberané 10. a 40. deň od aplikácie.

Stanovenie obsahu sekundárnych metabolitov
Obsah sekundárnych metabolitov bol stanovený gradientnou vysoko účinnou kvapalinovou chromatografiou (HPLC) zo 70% metanolového extraktu každej rastliny. Rastliny boli sušené 5 hodin pri teplote 105°C. Podmienky chromatografie: kolóna Tessek SGX C18  7 μm (4 \ 250 mm); prietoková rýchlosť 0.7 ml·minD1; mobilná fáza A:acetonitril/voda/H3PO4 (19:80:1), B: 45% acetonitril, C: 90% acetonitril. Lineárny gradientný elutívny program bol nastavený od 100% A do 100% B na 25 min, potom na 100% C na 30 min, izokratický na 5 min, and späť na 100% A na 45 min. Detekcia bola vykonaná pri 320 nm. Pre kvantifikáciu bol použitý štandartizovaný herniarín a umbeliferón. (Z)- a (E)-2-β-D-glukopyranosyloxy-4-metoxyškoricová kyselina (GMCA), a (Z)- a (E)-én- ýn-dicykloéter boli identifikované podľa Repčáka et al, 1999. Obsah GMCA a dicykloéteru bol stanovený zo súčet kvantity (Z)- a (E)-izomérov.

Stanovenie obsahu dusíka
Obsah dusíka vo vzorkách bol determinovaný elementárnou analýzou (Allen, 1989). Ako štandart bol použitý 4 – aminobenzénsulfoamid. Redukčná trubica bola vyhriata na 850°C, spaľovacia na 1150°C. Použité plyny pre analýzu: hélium (tlak=1,200-1,250 bar; prietoková rýchlosť=600 ml/min), kyslík (tlak=2,5 bar).

Štatistická analýza
Výsledky boli vyhodnotené L.S.D. multiple range testom.
 
3  Výsledky

Rastové faktory
Pri hodnotení výšky pozorovaných rastlín nebol pozorovaný žiadny vzťah medzi koncentráciou aplikovanej látky a výškou rastliny. Podľa grafu č. 2 nenastali signifikantné zmeny. Zvýšený rast rastlín zbieraných po 40. dňoch bol spôsobený dĺžkou života.  Z grafu č.1 vyplýva, že koncentrácia aplikovanej aminokyseliny mala vplyv na hmotnosť rastliny. Pri aplikovaní 150 mg/l citrulínu sa hmotnosť signifikantne zvýšila o 9,3 mg (p<0.05%). Pri arginíne boli zmeny menšie. Pri porovnaní výšky a hmotnosti (graf č. 3., 4.) sme dospeli k záveru, že spolu nesúvisia. To znamená, že obe aminokyseliny pôsobia len na špecifické rastové hormóny. Vyvinutie rastlín je pozorovateľné na obr. 1.

Obsah sekundárnych metabolitov
Nebol zaznamenaný obsah umbeliferónu, čo znamená, že aplikované látky nepôsobili ako stresory. Obsah kumarínov sa zvyšoval s koncentráciou aminokyselín, pričom signifikantnejší efekt mal opäť citrulín.
 
Obsah dusíka
Obsah dusíka (graf č. 6) podobne ako suchá hmotnosť, sa zvyšovall s koncentráciou aplikovanej látky. Väčší efekt mal citrulín, pričom nárast pri aplikácii oboch aminokyselín v najvyššej koncentrácii bol signifikantný. Zvýšený obsah N slúži ako ochrana rastliny pred patogénmi a funguje ako buffer pri biosyntéze (Goss, 1973).

Podľa Gamaleldina et al, 2005 pri aplikácii ornitínu, prolínu a fenylalanínu sa signifikantne zvýši výška aj hmotnosť rastliny. Keďže hlavnými zložkami ornitínového cyklu sú okrem iných aj citrulín a arginín, predpokladali sme, že tieto aminokyeliny budú mať rovnaký vplyv. Z výsledkov oboch prác vyplýva, že ornitín, citrulín a arginín stimulujú rôzne rastové hormóny. Výsledky súhlasia s hypotézami o potencionálnej role citrulínu ako sekundárneho rastového hormónu, respektíve mediátoru (Rafieiolhossaini, 2010; Houshmand et al, 2011). Ako bolo spomenuté, salinita a dezertifikácia sa stáva globálnym problémom, pretože znehodnocuje poľnohospodársku pôdu. Na základe výsledkov práce môžeme povedať, že rumanček kamilkový je vhodná rastlina pre pestovanie na dočasne dezertifikovaných a salinitou poškodených pôdach.
 
5  Záver
Práca poukazuje na zmeny vyvolané zvýšenou koncentráciou arginínu a citrulínu v rumančeku kamilkovom. So zvyšujúcou koncentráciou aplikovanej aminokyseliny stúpala suchá hmotnosť rastliny, pričom citrulín mal väčší efekt. Výška rastliny sa nezmenila. Obsah dusíka a sekundárnych metabololitov podobne narastal so zvýsenou koncentráciu. Nebol pozorovaný obsah umbeliferónu, čo znamená, že arginín a citrulín nepôsobili ako stresor.
 Výsledky ukazujú možnosť výhodného pestovania rumančeka kamilkového aj pri stresových podmienkach, spôsobených dočasnou dezertifikáciou a salinitou. Tiež sú načrtnuté nové korelácie medzi chemickými látkami v rastline.

6  Poďakovanie
Tento článok vznikol vďaka podpore v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt „Národné centrum pre výskum a aplikácie obnoviteľných zdrojov energie“ (ITMS kód projektu: 26240120016), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Chcela by som poďakovať prof. RNDr. Miroslavovi Repčákovi, PhD. z Univerzity Pavla Jozefa Šafárika za cenné rady a poskytnutie HPLC analýz.