Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

The effect of soil characteristics on secondary metabolites of Cynodon dactylon in the rangelands of Khaf County, Khorasan Razavi Province

Document Type : Original Article

Authors
Jafar Zanganeh 1
Jalil Farzadmehr 2
Reza Yari 3
1 M.Sc. Graduated, Department of Nature Engineering and Medicinal Plants, Faculty of Agriculture, University of Torbat Heydarieh, Torbat Heydarieh, Iran.
2 Associate Professor, Department of Nature Engineering and Medicinal Plants, Faculty of Agriculture, University of Torbat Heydarieh, Torbat Heydarieh, Iran.
3 Assistant Professor, Khorasan-e-Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran.
10.22034/emj.2025.730562
Abstract
Environmental characteristics of a plant species can affect the quantity and quality of its secondary metabolites. Determining the effect of each environmental factor can help identify the most suitable habitat for a species. This study aimed to investigate the effect of soil conditions on the levels of secondary metabolites of Cynodon dactylon in two habitats of Khaf County (Bala-Khaf and Pain Khaf) in 2022. Sampling was done using a completely randomized method from soil and Cynodon dactylon plants. Soil properties including soil texture, acidity, electrical conductivity, organic matter content, and anion and cation concentrations and secondary metabolites including alkaloids, flavonoids, saponins, and tannins were measured in the laboratory. After harvesting and extractingessential oil from the mentioned plant using the hydrodistillation method, the composition of essential oil was determined by GC-MS device. The results of the T-test indicated that the values of EC, SAR, phosphorus, potassium, calcium, magnesium and sodium (p < 0.01) weresignificantly higher in the Pain Khaf habitat and the amount of chlorine (p < 0.01) was significantly higher in the upper Khaf habitat. The levels ofinvestigated secondary metabolites (alkaloid, flavonoid, saponin and tannin) in the habitat of the Pain-Khaf had a significant increase compared to the habitat of the Bala-Khaf, among which the alkaloid leveland tannins showed a significant increase. According to the results of the correlation analysis, there was a positive and significant correlation between the amount of alkaloid and the percentage of soil organic nitrogen in the habitats of Bala-Khaf and Pain-Khaf. Also, there was a positive correlation between flavonoid parameters in the Bala-Khaf habitat with soil organic nitrogen percentage and salinity and a negative correlation with magnesium. The results indicated that, in the Paein Khaf habitat, saponin content had a positive correlation with soil lime content, whereas tannin content showed a negative correlation with the same parameter. It is expected that this reviewwill provide a comprehensive picture of the soil physicochemical factors responsible for the fluctuations in secondary metabolites, and provide a practical way to obtain consistent quality and high quantity of bioactive compounds in vegetation and provide suggestions for future research and development.
Keywords
Medicinal plant
flavonoid
tannin
saponin
alkaloid
Subjects
بولتن ماهانه اداره کل هواشناسی استان خراسان رضوی. (1399). 23-1.
پیرمرادی، م. (1390). ارزیابی خصوصیات موفولوژیکی، فیزیلوژیکی، فیتوشیمیایی و ژنتیکی گیاه دارویی آنغوزه (foetida-assa Ferula L.) در استان کرمان. رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس.
پشت‌دار، ع.، ابدالی مشهدی، ع.، مرادی، ف.، سیادت، ع.، و بخشنده، ع. (1397). پاسخ بیوشیمیایی و عملکردی نعناع فلفلی (Mentha piperita L.) به محلول‌پاشی سالیسیلیک اسید در شرایط تغذیه نیتروژنی. تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران، (2)34، 329-309.
توکلی، م.، سلطانی، س.، ترکش اصفهانی، م.، و کرمیان، ر. (1401). بررسی اثر برخی از عوامل محیطی بر ترکیب اسانس .Salvia multicaulis Vahl در استان همدان. تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران، (4)38، 563-545.
ذکریانژاد، ن.، مرادی، ح.، بی‌پروا، پ.، و معماریانی، ز. (1401). اثر ارتفاع و خصوصیات خاک بر برخی متابولیت‌های ثانویه اندام‌های مختلف بنفشه معطر (Viola odorata L.) در رویشگاه‌های مختلف طبیعی استان مازندران. فیزیولوژی محیطی گیاهی، (67)17، 125-111.
زمانی، ز.، تمرتاش، ر.، حیدری، ق.، و جعفریان‌جلودار، ز. (1402). بررسی اثر عوامل اکولوژیک بر ترکیبات شیمیایی اسانس گونه دارویی چای کوهی. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (4)30، 489-504.
زمانی، ز.، تمرتاش، ر.، حیدری، ق.، و جعفریان‌جلودار، ز. (1403). بررسی فاکتورهای محیطی اثرگذار بر عملکرد کمی و کیفی گیاه دارویی چای کوهی (Stachys lavandulifolia Vahl) در دو دامنه شمالی و جنوبی رویشگاه مرتعی گردنه‌سر سوادکوه. مطالعات علوم محیط زیست، (3)9، 8799-8782.
ستار، ک.، و آسمانه، ط. (1402). بررسی تأثیر نسبت‌های مختلف کلسیم به منیزیم بر رشد و برخی شاخص‌های بیوشیمیایی گیاه آویشن باغی (Thymus vulgaris L.). فرآیند و کارکرد گیاهی، (57)12، 18-1.
سلیمانی رحیم‌آبادی، م.، حسینی‌نصر، م.، جلیلوند، ح.، حجتی، م.، و بی‌پروا، پ. (1399). بررسی تمایز مواد مؤثره برگ زبان‌گنجشک (Fraxinus excelsior) و ارتباط آن با مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی خاک در جنگل‌‌های هیرکانی. علوم و فناوری چوب و جنگل، (3)27، 148-131.
سفیدکن، ف. (1387). برنامه‌ریزی راهبردی تحقیقات گیاهان دارویی. مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع، 40 ص.
عصری، ی.، و ربیعی، م. (1403). تأثیر برخی عوامل محیطی بر صفات مورفولوژیکی و ترکیب‏های اسانس گونه انحصاریDracocephalum ghahremanii Jamzad  در ایران. تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران، (2)40، 387-367.
فروزه، م.، و میردیلمی، ز. (1398). بررسی اثر عوامل محیطی بر تغییرات ترکیبات شیمیایی اسانس گونه دارویی بومادران (Achillea milefolium L). مرتع، (4)13، 609-596.
مهدوی، خ.، یوسفیان، م.، و عفتی، ع. (1401). مقایسه کمیت و کیفیت اسانس گیاه گوش‌بره زرد یا چالمه (Phlomis olivieri) در رویشگاه‌های کلاردشت و بلده، استان مازندران. فیزیولوژی محیطی گیاهی، (1)500، 94-77.
میرمحمدی شکتایی، س. ف.، مهدوی، م.، و جوری، م. ح. (1400). بررسی عوامل ادافیکی و ارتفاع بر تغییرات ترکیبات شیمیایی گونه گل اروانه زیبا (Hymenocrater elegans) (مطالعه موردی: مراتع بلده نورمازندران). مرتع، (2)15، 343-۳32.
میرآزادی، ز.، پیله‌ور، ب.، و تجلی ع. (1391). توصیف برخی از عوامل اکولوژیک سه رویشگاه جنگلی مورد (Myrtus communis L.) در استان لرستان با تأکید بر نقش آنها در بازده اسانس و ترکیب شیمیایی آن. تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی، (6)2، ۴۳-۵۲.
Alami, M. M., Guo, S., Mei, Z., Yang, G., and Wang, X. (2024). Environmental factors on secondary metabolism in medicinal plants: exploring accelerating factors. Medicinal Plant Biology, 3(1), 1-11.
Alves, P. A. C., Gross, E., do Bomfim Costa, L. C., Silva, V. C., Corrêa, F. M., and de Oliveira, R. A. (2014). Biomass and essential oil production from menthe is influenced by compost and lime. J. Med. Plants Res, 8(12), 468-474.
Aslam, K., Nawchoo, I. A., and Ganai, B. A. (2015). Altitudinal variation in some phytochemical constituents and stomatal traits of Primula denticulata. International Journal of Advances in Scientific Research, 1(2), 93-101.
Chaouqi, S., Moratalla-López, N., Alonso, G. L., Lorenzo, C., Zouahri, A., Asserar, N., ... and Guedira, T. (2023). Effect of soil composition on secondary metabolites of moroccan saffron (Crocus sativus L.). Plants, 12(4), 711.
Flamini, G., Cioni, P. L., Morelli, I., Maccioni, S., and Baldini, R. (2004). Phytochemical typologies in some populations of Myrtus communis L. on Caprione Promontory (East Liguria, Italy). Food chemistry, 85(4), 599-604.
Guo, L., Wang, S., Zhang, J., Yang, G., Zhao, M., Ma, W., ... and Huang, L. (2013). Effects of ecological factors on secondary metabolites and inorganic elements of Scutellaria baicalensis and analysis of geoherblism. Science China Life Sciences, 56(11), 1047-1056.Hahn, E. J., Kim, Y. S., Yu, K. W., Jeong, C. S., and Paek, K. Y. (2003). Adventitious root cultures of Panax ginseng CV Meyer and ginsenoside production through large-scale bioreactor system. Journal of plant biotechnology, 5(1), 1-6.
Ibrahim, M. H., Jaafar, H. Z., Karimi, E., and Ghasemzadeh, A. (2012). Primary, secondary metabolites, photosynthetic capacity and antioxidant activity of the Malaysian Herb Kacip Fatimah (Labisia Pumila Benth) exposed to potassium fertilization under greenhouse conditions. International Journal of Molecular Sciences, 13(11), 15321-15342.
Mohammadi Moghaddam, S., Ghorbani, A., Arzani, H., Azizi Mobser, J. and Mostafazadeh, R. (2021). Effect of soil properties on above-ground net primary production in Moghan-Sabalan Rangelands, Iran. Journal of Rangeland Science, 11(2), pp.125-140.
Moghaddam, M., and Farhadi, N. (2015). Influence of environmental and genetic factors on resin yield, essential oil content and chemical composition of Ferula assa-foetida L. populations. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants, 2, 69-76.
Penn, C. J., and Camberato, J. J. (2019). A critical review on soil chemical processes that control how soil pH affects phosphorus availability to plants. Agriculture, 9(6), p120.
Pu, Y. J., Wang, D. D., Yan, Y. A. N., Tian, H. L., Peng, B., Qin, X. M., ... and Zhang, F. S. (2017). Analysis of influencing factors of secondary metabolites contents in cultivated Polygala tenuifolia. Zhongguo Zhong yao za zhi= Zhongguo Zhongyao Zazhi= China Journal of Chinese Materia Medica, 42(16), 3167-3177.
Reshi, Z. A., Ahmad, W., Lukatkin, A. S., and Javed, S. B. (2023). From nature to lab: A review of secondary metabolite biosynthetic pathways, environmental influences, and in vitro approaches. Metabolites, 13(8), 895.
Safaei, L., Sharifi Ashoorabadi, E., and Afiuni, D. (2016). Study of effective environmental factors on thyme quality and quantity in field and habitat conditions. Plant Ecophysiology, 29 (9), 195-203.
Salam, U., Ullah, S., Tang, Z. H., Elateeq, A. A., Khan, Y., Khan, J., ... and Ali, S. (2023). Plant metabolomics: an overview of the role of primary and secondary metabolites against different environmental stress factors. Life, 13(3), 706.
Shah, F. A., Ren, Y. U. A. N., Yuan, Y. J., Fu, S., Wang, Y., and Chen, H. (2018). Effect of plant age and geographical location on active paeonol and paeoniflorin accumulation in the roots of Paeonia ostii. Pak. J. Bot, 50(5), 1785-1790.
Singh, S. K., Kesari, A. N., Gupta, R. K., Jaiswal, D., and Watal, G. (2007). Assessment of antidiabetic potential of Cynodon dactylon extract in streptozotocin diabetic rats. Journal of Ethnopharmacology, 114(2), 174-179.
Touhami, I., Ghazghazi, H., Sellimi, H., Khaldi, A., and Mahmoudi, H. (2017). Antioxidant activities and phenolic contents of bark and leave extracts from Tunisian native tree: Fraxinus angustifolia Vahl. subsp. Angustifolia.
Vaneková, Z., Vanek, M., Škvarenina, J., and Nagy, M. (2020). The influence of local habitat and microclimate on the levels of secondary metabolites in Slovak bilberry (Vaccinium myrtillus L.) fruits. Plants, 9(4), 436.
Yang, L., Wen, K. S., Ruan, X., Zhao, Y. X., Wei, F., and Wang, Q. (2018). Response of plant secondary metabolites to environmental factors. Molecules, 23(4), 762.
Yuan, Y., Tang, X., Jia, Z., Li, C., Ma, J., and Zhang, J. (2020). The effects of ecological factors on the main medicinal components of Dendrobium officinale under different cultivation modes. Forests, 11(1), 94.
Zidorn, C. (2010). Altitudinal variation of secondary metabolites in flowering heads of the Asteraceae: trends and causes. Phytochemistry reviews, 9(2), 197-203.
Su WenHua, S. W., Zhang GuangFei, Z. G., Zhou Hong, Z. H., and Zhang YaNi, Z. Y. (2009). Effects of nitrogen availability in soil on the contents of flavonoids and caffeates in a medicinal plant, Erigeron breviscapus.
Zamani, Z., Zeinali, H., Sinaki, J.M., and Madani, H. (2014). Effects of nitrogen and phosphorous fertilizers on the yield and secondary metabolites of medicinal plant Rubia tinctorum L. under salinity conditions. Iranian  Journal of Plant Physiology, 4(2), 949-955.

  • Receive Date 16 May 2025
  • Revise Date 22 August 2025
  • Accept Date 26 August 2025