ارزیابی فعالیت ضدقارچی اسانس برخی گیاهان دارویی علیه عامل بیماری پاخوره گندم و شناسایی ترکیبات شیمیایی آن‌ها با استفاده از دستگاه GC/MS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 استادیار، گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

3 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران

4 دانشجوی پسادکتری، گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

5 کارشناس، مدیریت حفظ نباتات، سازمان جهاد کشاورزی ایلام، ایلام، ایران

چکیده

مقدمه: بیماری پاخوره گندم (Take-all) با عامل قارچی Gaeumannomyces graminis var. tritici یکی از مخرب‌ترین بیماری‌های خاک‌زاد گندم محسوب می‌شود که با ایجاد پوسیدگی ریشه و طوقه، منجر به سرسفیدی ساقه و کاهش قابل‌توجه عملکرد می‌گردد. روش‌های مدیریتی متعارف نظیر تناوب زراعی و شخم عمیق، اگرچه مؤثرند، اما به‌تنهایی قادر به کنترل کامل بیماری نیستند و استفاده گسترده از قارچ‌کش‌های شیمیایی نیز با مشکلات زیست‌محیطی، بروز مقاومت در بیمارگر و تهدید سلامت انسان همراه است. در این راستا، اسانس‌های گیاهان دارویی به‌واسطه ترکیبات زیست‌فعال متنوع، به‌عنوان جایگزین‌های طبیعی و سازگار با محیط زیست مورد توجه قرار گرفته‌اند. با این حال، پژوهش تطبیقی محدودی به ارزیابی همزمان کارایی اسانس‌های زنیان، آویشن، اکالیپتوس و نعناع فلفلی علیه عامل پاخوره گندم پرداخته است. هدف از این پژوهش، ارزیابی و مقایسه فعالیت ضدقارچی این چهار اسانس بر رشد میسلیومی قارچ عامل پاخوره و شناسایی ترکیبات شیمیایی مؤثر آن‌ها بود.

مواد و روش‌ها: نمونه‌های گیاهی از مناطق طبیعی استان ایلام جمع‌آوری و اسانس‌گیری به روش تقطیر با آب با دستگاه کلونجر انجام شد. بیماری‌زایی جدایه قارچی (شماره دسترسی GenBank: MH488732) در شرایط گلخانه‌ای بر اساس اصول کخ تأیید گردید. فعالیت ضدقارچی اسانس‌ها در غلظت‌های 4/0 تا 1 میکرولیتر بر میلی‌لیتر به روش اختلاط با محیط کشت (Poisoned Food Technique) در قالب طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی با سه تکرار بررسی شد. حداقل غلظت بازدارنده (MIC) و حداقل غلظت قارچ‌کش (MFC) برای دو اسانس مؤثرتر (زنیان و آویشن) تعیین گردید. ترکیبات شیمیایی اسانس‌های زنیان و نعناع فلفلی با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی متصل به طیف‌سنج جرمی (GC-MS) شناسایی شدند. تجزیه واریانس داده‌ها با نرم‌افزار SAS و مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

نتایج و بحث: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر نوع اسانس، غلظت و اثر متقابل آن‌ها بر درصد مهار رشد قارچ در سطح احتمال 1 درصد معنی‌دار بود. اسانس زنیان قوی‌ترین فعالیت ضدقارچی را نشان داد و در غلظت 1 میکرولیتر بر میلی‌لیتر موجب مهار کامل (100 درصد) رشد میسلیومی گردید. اسانس آویشن با بیشترین بازدارندگی 30/86 درصد در غلظت مذکور، در رتبه دوم قرار گرفت. اسانس‌های اکالیپتوس و نعناع فلفلی به‌ترتیب با حداکثر بازدارندگی 76/75 و 43/53 درصد، اثر مهاری ضعیف‌تری داشتند. مقادیر MIC و MFC برای اسانس زنیان به‌ترتیب 1 و 2/1 میکرولیتر بر میلی‌لیتر و برای اسانس آویشن به‌ترتیب 2/1 و 4/1 میکرولیتر بر میلی‌لیتر تعیین شد که بیانگر فعالیت ضدقارچی قوی‌تر اسانس زنیان بود. آنالیز GC-MS مشخص کرد که ترکیب غالب اسانس زنیان تیمول (91/66 درصد) به همراه پی-سایمن و گاما-ترپینن است، در حالی‌که اسانس نعناع فلفلی عمدتاً از منتول (66/38 درصد) و منتون (75/31 درصد) تشکیل شده است.

نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که فعالیت ضدقارچی اسانس‌های گیاهی به‌طور مستقیم با ماهیت شیمیایی ترکیبات غالب آن‌ها مرتبط است؛ به‌طوری‌که اسانس‌های غنی از ترکیبات فنولی نظیر تیمول (زنیان و آویشن) در مقایسه با اسانس‌های حاوی مونوترپن‌های اکسیژنه (نعناع فلفلی و اکالیپتوس)، کارایی به‌مراتب بالاتری در مهار رشد میسلیومیG. graminis var. tritici از خود نشان دادند. یافته‌های حاصل، پتانسیل بالای اسانس زنیان و آویشن را به‌عنوان جایگزین‌های زیستی امیدوارکننده برای کنترل بیماری پاخوره گندم تأیید می‌کند؛ هرچند ماهیت فرّار این ترکیبات، ضرورت بهره‌گیری از فناوری‌هایی نظیر نانوکپسوله‌سازی جهت افزایش پایداری و کاربرد عملی آن‌ها در شرایط مزرعه را می‌طلبد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Antifungal Activity of Essential Oils from Selected Medicinal Plants Against the Wheat Take-All Pathogen and Identification of Their Chemical Constituents by GC–MS

نویسندگان [English]

  • Hanieh Zeynivand 1
  • Zeinab Bahmani 2
  • Zahra Mirsoleymani 3
  • Samira Ghasemi 4
  • Simak Beigi 5
1 M.Sc. Student, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran
2 Assistant Professor, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran
3 Research Assistant Professor, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Shiraz, Iran
4 Postdoctoral Researcher, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
5 B.Sc., Plant Protection Management, Ilam Organization of Agriculture Jihad, Ilam, Iran
چکیده [English]

Introduction: Take-all disease, caused by the soil-borne fungus Gaeumannomyces graminis var. tritici, is among the most destructive diseases of wheat, causing root and crown rot that leads to whitehead symptoms and yield losses of up to 60%. Although conventional management strategies such as crop rotation and deep plowing offer partial control, their efficacy remains limited, while the extensive use of chemical fungicides has raised concerns regarding environmental pollution, fungicide resistance, and human health hazards. Consequently, plant essential oils, owing to their diverse bioactive constituents, have attracted increasing attention as eco-friendly alternatives for plant disease management. However, comparative studies evaluating the antifungal efficacy of ajwain, thyme, eucalyptus, and peppermint essential oils against the wheat take-all pathogen remain scarce. This study aimed to evaluate and compare the antifungal activity of these four essential oils against the mycelial growth of G. graminis var. tritici and to identify their chemical constituents.

Materials and Methods: Plant materials were collected from natural habitats in Ilam Province, Iran, and essential oils were extracted via hydrodistillation using a Clevenger-type apparatus. Pathogenicity of the fungal isolate (GenBank accession no. MH488732) was confirmed under greenhouse conditions according to Koch’s postulates. The antifungal activity of essential oils at concentrations of 0.4 to 1 µL/mL was assessed using the poisoned food technique in a completely randomized factorial design with three replications. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum fungicidal concentration (MFC) were determined for the two most effective oils (ajwain and thyme). Chemical constituents of ajwain and peppermint essential oils were identified via gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS). Data were analyzed using SAS software, and means were compared by Duncan’s multiple range test at P < 0.05.

Resulta and Discussion: Analysis of variance revealed significant effects of essential oil type, concentration, and their interaction (P < 0.01) on fungal growth inhibition. Ajwain essential oil exhibited the strongest antifungal activity, achieving complete inhibition (100%) of mycelial growth at 1 µL/mL. Thyme essential oil ranked second, with a maximum inhibition of 86.30% at the same concentration. Eucalyptus and peppermint oils showed weaker inhibitory effects, with maximum inhibition rates of 75.76% and 53.43%, respectively. The MIC and MFC values were 1 and 1.2 µL/mL for ajwain, and 1.2 and 1.4 µL/mL for thyme, confirming the superior antifungal potency of ajwain oil. GC-MS analysis revealed thymol (66.91%) as the dominant compound in ajwain oil, accompanied by p-cymene and γ-terpinene, whereas peppermint oil was primarily composed of menthol (38.66%) and menthone (31.75%).

Conclusion: The findings demonstrate that the antifungal efficacy of plant essential oils is directly linked to the chemical nature of their dominant constituents. Essential oils rich in phenolic compounds, particularly thymol (ajwain and thyme), exhibited markedly higher antifungal potency compared to oils dominated by oxygenated monoterpenes (peppermint and eucalyptus) against G. graminis var. tritici. These results highlight the promising potential of ajwain and thyme essential oils as natural biocontrol agents for managing wheat take-all disease. Nevertheless, the volatile and unstable nature of essential oils may limit their direct field application; therefore, encapsulation technologies such as nanoencapsulation are recommended to enhance their stability, controlled release, and practical efficacy under field conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Essential oils
  • Minimum inhibitory concentration (MIC)
  • Phenolic compounds
  • Secondary metabolites
  • Thymol