Effects of magnetic field on tissue culture, biological activity, phenolic content and defense enzyme activities (sod, cat and pal) of Melissa officinalis L. (Lemon balm), a medicinal plant

Abstract

Melissa officinalis L. (limon balsamı), geleneksel tıpta depresyon, sinirlilik, kaygı, aşırı duyarlılık, baş ağrısı, kolik, hazımsızlık, kalp sorunları, romatizma ve uykusuzluk tedavisinde kullanılan değerli bir şifalı bitkidir. Çalışmanın amacı, değişen maruz kalma sürelerine sahip üç farklı manyetik alanın (MA-50 mT, 100 mT ve 150 mT) tohum çimlenmesini ve in vitro (sürgün ucu, aksiller ve hipokotil tomurcukları) eksplant büyümesini nasıl etkilediğini değerlendirmektir. MA uygulaması yapılmış in vitro çoğaltılan sürgünler ve fideler de sürgün ve kök uzunluğu, yaş ve kuru ağırlık ve su içeriği yüzdesi dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, 3 farklı MA uygulamasına 1 saat maruz bırakılarak ve MA maruziyeti olmadan (kontrol) elde edilen in vitro çoğaltılmış sürgünler, bireysel fenolik içerik, toplam fenol ve flavonoid içeriği, biyolojik etkiler (antibakteriyel ve antioksidan) ve enzim aktiviteleri [süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve fenilalanin amonyum liyaz (PAL)] bakımından da değerlendirilmiştir. Değerlendirilen tüm MA uygulamaları (50 mT, 100 mT ve 150 mT), tohum çimlenme yüzdesini iyileştirdi ve tohum çimlenme uzunluğunu kısalttı. Ayrıca, MA uygulanmış tohumlardan yetiştirilen fidelerin kontrol fidelerinden (MA maruziyeti yok) daha uzun kök ve sürgün uzunluklarına ve daha fazla su içeriğine sahip olduğu bulunmuştur. En iyi rejenerasyon, aksiller tomurcuklar 1 saat boyunca 100 mT'ye maruz bırakıldığında meydana gelmiştir (15.8 sürgün, %100 sıklıkta). Ek olarak, düşük ve orta MA uygulamaları (50 mT ve 100 mT), in vitro çoğaltılan sürgünlerin su içeriğinin yanı sıra büyüme parametrelerini de desteklemiştir. Buna karşılık, rosmarinik asit miktarı, toplam fenol ve flavonoid içeriği, antioksidan aktiviteler [enzimatik (SOD ve CAT) ve enzimatik olmayan (IC50)] ve fenol sentezi ile ilgili PAL enzim aktivitesi 50 mT MA ile en yüksek olandır. Antibakteriyel kapasite, yalnızca MA maruziyeti olmayan sürgünlerde gözlemlenmiştir. En etkili sürgün uzunluğu ve taze-kuru ağırlık, 1 saat süreyle 50 mT MA uygulaması ile elde edilmiştir, ancak 1 saat süreyle 100 mT MA'ın in vitro sürgün yayılımı açısından en etkili olduğu belirtilmiştir. Büyüme parametreleri, tıbbi öz (rosmarinik asit miktarı, toplam fenol-flavonoid içeriği ve antioksidan potansiyel) ve PAL, SOD ve CAT seviyelerine ilişkin stresle başa çıkma kapasitesileri ile ilgili tüm bulgular dikkate alındığında, 50 mT MA uygulamasının in vitro olarak M. officinalis yayılımı için en uygun yaklaşım olduğu sonucuna varılmıştır.

Melissa officinalis L. (lemon balm) is a precious medicinal herb utilized in the remedy of depression, nervousness, anxiety, hypersensitivities, headache, colic, indigestion, cardiac problems, rheumatism, and insomnia in traditional medicine. The study's aim was to assess how three distinct magnetic fields (MF-50 mT, 100 mT, and 150 mT) with varying exposure periods affected seed germination and explant growth in vitro (shoot tip, axillary and hypocotyl buds). In vitro-propagated shoots and seedlings that had received MF treatments were also evaluated considerining their shoot and root length, fresh and dry weight and percentage of water content. Moreover, in vitro-propagated shoots acquired from 3 distinct MF applications with 1 h exposure and no MF-exposured shoots (control) were assessed in terms of individidual phenolic content, total content of phenol and flavonoid, biological effects (antibacterial and antioxidant) and enzyme activities [superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and phenylalanine ammonium lyase (PAL)]. All evaluated MF treatments (50 mT, 100 mT, and 150 mT) improved the seed germination percentage and lowered the length of seed germination. It was also found that seedlings grown from MF-treated seeds had longer root and shoot lengths and greater water content than control seedlings (no MF exposure). The best regeneration occurred when axillary buds were exposed to 100 mT for 1 hour (15.8 shoots with a frequency of 100%). Additionally, low, and medium MF applications (100 mT and 150 mT) promoted the growth parameters as well as the water content of in vitro-propagated shoots. As opposed to that, quantity of rosmarinic acid, total content of phenol and flavonoid, antioxidant activities [enzymatic (SOD and CAT) and non-enzymatic (IC50)], and PAL enzyme activity involved with phenol synthesis were the highest with 50 mT MF application. Antibacterial capacity was observed only with no MF exposure shoots. The most effective shoot length and fresh-dry weight were achieved with 50 mT MF application for 1h, even though 100 mT MF for 1h exposure was indicated to be the most effective in terms of in vitro shoot propagation. Taking into account all of the findings regarding growth parameters, medicinal essence (rosmarinic acid quantity, total content of phenol-flavonoid, and antioxidant potential), and the capacity to cope with stress regarding PAL, SOD, and CAT levels, it is possible to deduce that 50 mT MF application was the most appropriate approach for M. officinalis propagation in vitro.