Cold stress modifies bioactive compounds of kale cultivars during fall-winter harvests

• Autorzy: Jurkow R. , Wurst A. , Kalisz A. , Sekara A. , Cebula S.

Warianty tytułu

PL

Stres wywołany mrozem modyfikuje związki bioaktywne w odmianach jarmużu podczas jesienno-zimowych zbiorów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Kale is a plant known and valued since antiquity as a healthy vegetable crop, used for culinary, decorative, but also healing purposes. The aim of the study was to examine the effect of harvest date on physiological status and nutritional composition of two kale cultivars: ‘Winterbor’ F1 (blue-green leaves) and ‘Redbor’ F1 (red-purple leaves). The leaves were harvested in three periods: before frost (>0°C), after medium (−5.0°C) and heavy frost (−15.0°C). Content of dry weight, soluble sugars, l-ascorbic acid, carotenoids, chlorophylls, polyphenols, anthocyanins, as well as antioxidant activity and peroxidase activity were determined. Cold temperature significantly affected bioactive compounds of kale. The content of dry weight, soluble sugars, l-ascorbic acid, phenolics, and antioxidant activity increased after medium frosts for both cultivars. The level of anthocyanins also increased significantly for the ‘Redbor’ F1 cultivar. After strong frost, most of the tested parameters (content of dry weight, soluble sugars, phenolics, anthocyanins, and total antioxidant and peroxidase activity) significantly increased. The chlorophyll a content was reduced by heavy frost in both seasons. Harvesting kale before and after frost may allow the level of biologically active ingredients to be regulated as cold also significantly affects the physiological status of the plants.

PL

Jarmuż to znana i ceniona od czasów starożytnych roślina warzywna o wysokich walorach prozdrowotnych, wykorzystywana do celów kulinarnych, dekoracyjnych, ale także leczniczych. Celem prezentowanych badań była analiza stanu fizjologicznego i składu odżywczego dwóch odmian jarmużu: ‘Winterbor’ F1 (niebiesko-zielone liście) i ‘Redbor’ F1 (czerwono-purpurowe liście), które zbierano w trzech terminach: przed wystąpieniem mrozu (>0°C), po umiarkowanym mrozie (−5.0°C) oraz po bardzo ostrym mrozie (−15.0°C). W liściach jarmużu oznaczono za-wartość suchej masy, cukrów rozpuszczalnych, kwasu l-askorbinowego, karotenoidów, chlorofili, polifenoli i antocyjanów, a także aktywność przeciwutleniającą i aktywność peroksydazy. Niska temperatura znacząco wpłynęła na bioaktywne związki występujące w jarmużu. Zawartość suchej masy, cukrów rozpuszczalnych, kwasu l-askorbinowego, fenoli oraz aktywność antyoksydacyjna wzrosła po umiarkowanym mrozie u obu odmian tego warzywa. Poziom antocyjanów także uległ zwiększeniu u odmiany ‘Redbor’ F1. Po bardzo silnym mrozie większość badanych parametrów (zawartość suchej masy, cukrów rozpuszczalnych, związków fenolowych, antocyjanów jak i całkowita aktywność antyoksydacyjna i aktywność peroksydazy) znacznie wzrosła. Zawartość chlorofilu a zmniejszyła się w wyniku silnych mrozów w obu sezonach uprawowych. Przepro-wadzenie zbioru jarmużu przed lub po wystąpieniu ujemnej temperatury wiąże się z innym poziomem biologicznie czynnych składników, a stan fizjologiczny roślin jest silnie uzależniony od oddziaływania niskiej temperatury.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrobotanica
• Rocznik: 2019
• Tom: 72
• Numer: 1
• Opis fizyczny: Article: 1761 [14 p.] fig.,ref.

Twórcy

autor

Jurkow R.

• Department of Vegetable and Medicinal Plants, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, 29 Listopada 54, 31-425 Krakow, Poland

autor

Wurst A.

• Department of Vegetable and Medicinal Plants, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, 29 Listopada 54, 31-425 Krakow, Poland

autor

Kalisz A.

• Department of Vegetable and Medicinal Plants, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, 29 Listopada 54, 31-425 Krakow, Poland

autor

Sekara A.

• Department of Vegetable and Medicinal Plants, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, 29 Listopada 54, 31-425 Krakow, Poland

autor

Cebula S.

• Department of Vegetable and Medicinal Plants, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, 29 Listopada 54, 31-425 Krakow, Poland

Bibliografia

• 1.Jahangir M, Kim HK, Choi YH,Verpoorte R. Health affecting compounds in Brassicaceae. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2009;8(2):31–43. https://doi.org/10.1111/j.1541-4337.2008.00065.x
• 2.Davey M, van Montagu M, Inze D, Sanmartin M, Kanellis A, Smirnoff N, et al. Plant l-askorbic acid: chemistry, function, metabolism, bioavailability and effects of processing. J Sci Food Agric. 2000;80:825–860. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(20000515)80:7%3C825::AID-JSFA598%3E3.0.CO;2-6
• 3.Pfendt LB, Vukasinovic VL, Blagojevic NZ, Radojevic MP. Second order derivative spectrophotometric method for determination of vitamin C content in fruits, vegetables and fruit juices. Eur Food Res Technol. 2003;217:269–272. https://doi.org/10.1007/s00217-003-0746-8
• 4.Nilsson J, Olsson K, Engquist G, Ekvall J, Olsson M, Nyman M, et al. Variation in the content of glucosinolates, hydroxycinnamic acids, carotenoids, total antioxidant capacity and low-molecular-weight carbohydrates in Brassica vegetables. J Sci Food Agric. 2006;86:528–538. https://doi.org/10.1002/jsfa.2355
• 5.Steindal ALH, Rødven R, Hansen E, Mølmann J. Effects of photoperiod, growth temperature and cold acclimatisation on glucosinolates, sugars and fatty acids in kale. Food Chem. 2015;174:44–51. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.10.129
• 6.Biegańska-Marecik R, Radziejewska-Kubzdela E. Zmiany zawartości związków fenolowych i zdolności przeciwutleniającej w jarmużu o małym stopniu przetworzenia pakowanym w atmosferze modyfikowanej. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna. 2009;3:854–860.
• 7.Zdrojewicz Z, Kosowski W, Stebnicki M, Stebnicki M. Jarmuż – stare, a zapomniane warzywo. Medycyna Rodzinna. 2016;1(19):21–25.
• 8.Krochmal-Marczak B, Sawicka B, Stryjecka M, Pisarek M, Bienia B. Wartość odżywcza i prozdrowotna wybranych warzyw z rodzaju kapusta (Brassica L.). Herbalism. 2017;1(3):80–91.
• 9.Altinok S, Karakaya A. Effect of growth season on forage yields of different Brassicacultivars under Ankara conditions. Turk J Agric For. 2003;27:85–90.
• 10.Sanghera GS, Wani SH, Hussain W, Singh NB. Engineering cold stress tolerance in crop plants. Curr Genomics. 2011;12(1):30–43. https://doi.org/10.2174/138920211794520178
• 11.Jan SA, Bibi N, Shinwari KS, Rabbani MA, Ullah S, Qadir A, et al. Impact of salt, drought, heat and frost stresses on morpho-biochemical and physiological properties of Brassica species: an updated review. Journal of Agricultural Extension and Rural Development. 2017;2(1):1–10.
• 12.Heino P, Palva ET. Signal transduction in plant cold acclimation. In: Hirt H, Shinozaki K, editors. Plant responses to abiotic stress. Berlin: Springer; 2004. p. 151–186. https://doi.org/10.1007/978-3-540-39402-0_7
• 13.Prasad KVSK, Saradhi PP. Enhanced tolerance to photoinhibition in transgenic plants through targeting of glycinebetaine biosynthesis into the chloroplasts. Plant Sci. 2004;166(5):1197–1212. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2003.12.031
• 14.Sharma P, Bhushan A, Dubey RD, Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. J Bot. 2012;2012:217037. https://doi.org/10.1155/2012/217037
• 15.Kalisz A, Pokluda R, Jezdinský A, Sękara A, Grabowska A, Gil J, et al. Chilling-induced changes in the antioxidant status of basil plants. Acta Physiol Plant. 2016;38(8):196. https://doi.org/10.1007/s11738-016-2214-7
• 16.Djeridane A, Yousfi M, Nadjemi B, Boutassouna D, Stocker P, Vidal N. Antioxidant activity of some Algerian medicinal plants extracts containing phenolic compound. Food Chem. 2006;97:654–660. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.04.028
• 17.Lee JH, Oh MM. Short-term low temperature increases phenolic antioxidant levels in kale. Horticulture, Environment, and Biotechnology. 2015;56(5):588–596. https://doi.org/10.1007/s13580-015-0056-7
• 18.Steyn WJ, Wand SJE, Holcroft DM, Jacobs G. Anthocyanins in vegetative tissues: a proposed unifiedfunction in photoprotection. New Phytol. 2002;155:349–361. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2002.00482.x
• 19.Grzesiuk A, Dębski H, Horbowicz M. Wpływ wybranych czynników na akumulację antocyjanów w roślinach. Postępy Nauk Rolniczych. 2008;1:81–91.
• 20.Stachula P. Short and long term low temperature responses in Arabidopsis thaliana [PhD thesis]. Umeå: Umeå University; 2015.
• 21.Rosa M, Prado C, Podazza G, Interdonato R, González JA, Hilal M, et al. Soluble sugars – metabolism, sensing and abiotic stress. A complex network in the life of plants. Plant Signal Behav. 2009;4(5):388–393. https://doi.org/10.4161/psb.4.5.8294
• 22.D’Antuono LF, Neri R. Traditional crop revised: yield and quality of palm-tree kale, grown as a mechanised processing crop, as a function of cutting height. Acta Hortic. 2003;598:123–127. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2003.598.17
• 23.Pukacki PM. Fizjologiczne i molekularne aspekty tolerancji roślin drzewiastych na stres niskiej temperatury. In: Jankiewicz LS, Filek M, Lech W, editors. Fizjologia roślin sadowniczych. Vol. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 2011. p. 234–264.
• 24.Almughraby E, Kalimullin MI, Timofeeva OA. Variability in enzymatic and non-enzymatic antioxidants Brassica oleracea var. sabellica in different growing conditions. Drug Invention Today. 2018;10:2981–2985.
• 25.Shao HB, Chu LY, Lu ZH, Kang CM. Primary antioxidant free radical scavenging and redox signaling pathways in higher plant cells. Int J Biol Sci. 2008;4:8–14. https://doi.org/10.7150/ijbs.4.8
• 26.Wang R, Chen S, Zhou X, Shen X, Deng L, Zhu H, et al. Ionic homeostasis and reactive oxygen species control in leaves and xylem sap of two poplars subjected to NaCl stress. Tree Physiol. 2008;28:947–957. https://doi.org/10.1093/treephys/28.6.947
• 27.Pawłowska A, Treder K. Peroksydazy – małe enzymy o wielkim znaczeniu. Ziemniak Polski. 2014;1:23–25.
• 28.Biczak R, Telesiński A, Pawłowska B, Oxidative stress in spring barley and common radish exposed to quaternary ammonium salts with hexafluorophosphate anion. Plant Physiol Biochem. 2016;107:248–256. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.05.016
• 29.Pijanowski E, Mrożewski S, Horubała A. Technologia produktów owocowych i warzywnych. Warszawa: PWRiL; 1964.
• 30.Yemm EW, Wills AJ. The estimation of carbohydrates in plant extracts by anthrone. Biochem J. 1954;54:508–514. https://doi.org/10.1042/bj0570508
• 31.Tillmans J, Hirsch P, Jackisch J. Das Reduktionsvermögen pflanzlicher Lebensmittel und seine Beziehung zum Vitamin C. Der Gehalt der verschiedenen Obst- und Gemüsearten an reduzierendem Stoff. Zeitschrift für Untersuchung der Lebensmittel. 1932;63:241–267. https://doi.org/10.1007/BF01653754
• 32.Lichtenthaler HK, Wellburn AR. Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem Soc Trans. 1983;11:591–593. https://doi.org/10.1042/bst0110591
• 33.Singleton L, Orthofer R, Lamuela-Raventions RM. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of Folin–Ciocalteu reagent. Methods Enzymol. 1999;299:152–178. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1
• 34.Jakobek L, Šeruga M, Medvidović-Kosanović M, Novak I. Anthocyanin content and antioxidant activity of various red fruit juices. Dtsch Lebensmitt Rundsch. 2007;103(2):58–64.
• 35.Brand-Williams W, Cuvelier ME, Berset C. Use of free radical method to evaluate antioxidant activity. Lebenson Wiss Technol. 1995;28:25–30. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
• 36.Lück H. Peroxidase. In: Bergmeyer HU, editor. Methoden der Enzymatischen Analyse. Weinheim: Verlag Chemie GmbH; 1962. p. 895–897.
• 37.Prędka A, Gronowska-Sengera A. Właściwości przeciwutleniające wybranych warzyw z upraw ekologicznych i konwencjonalnych w redukcji stresu oksydacyjnego. Żywność, Nauka, Technologia, Jakość. 2009;4(65):9–18.
• 38.Xin Z, Browse J. Cold comfort farm: the acclimation of plants to freezing temperatures. Plant Cell Environ. 2000;23:893–902. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2000.00611.x
• 39.Łata B, Wińska-Krysiak B. Skład chemiczny jarmużu uprawianego na dwóch typach gleby. Acta Agrophysica. 2006;7:663–670.
• 40.Sikora E, Bodziarczyk I. Composition and antioxidant activity of kale (Brassica oleraceaL. var. acephala) raw and cooked. Acta Sci Pol Technol Aliment. 2012;11:239–248.
• 41.Strzałka K. Procesy anaboliczne. In: Kopcewicz J, Lewak S, editors. Fizjologia roślin. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 2002. p. 331–336.
• 42.Ciereszko I. Kontrola metabolizmu sacharozy u roślin w odpowiedzi na zmienne warunki środowiska. Kosmos. 2006;2–3:229–241.
• 43.Wojtyla Ł, Adamiec M, Sobieszczuk-Nowicka E. Co rośliny robią zimą? Edukacja Biologiczna i Środowiskowa. 2014;1:3–11.
• 44.Korus A. The level of vitamin C, polyphenols and antioxidant and enzymatic activity in three varieties of kale (Brassica oleracea L. var. acephala) at different stages of maturity. Int J Food Prop. 2011;14:1069–1080. https://doi.org/10.1080/10942910903580926
• 45.Ligor MM. Badanie substancji biologicznie aktywnych w surowcach roślinnych i produktach naturalnych z zastosowaniem łączonych technik chromatograficznych. Toruń: Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika; 2012.
• 46.Korus A, Lisiewska Z. Effect of cultivar and harvest date of kale (Brassica oleracea L. var. acephala) on content of nitrogen compounds. Pol J Environ Stud. 2009;18(2):235–241.
• 47.Śniegowska J, Biesiada A. Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna w wybranych gatunkach warzyw z rodziny Brassicaceae i Asteraceae. Episteme. 2014;22:163–170.
• 48.Korus A, Kmiecik W. Content of carotenoids and chlorophyll pigments in kale (Brassica oleracea L. var. acephala) depending on the cultivar and the harvest date. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities. 2007;10(1):328.

Identyfikatory

DOI

10.5586/aa.1761