The Impact of Water Stress on Some Nutrients and Phytochemical Content of Thyme (Majorana syriaca)

Abstract

Abstract Majorana syriaca, commonly known as thyme or "Za'atar" is one of the most important medicinal plants in Palestine. It is an aromatic, perennial plant native to the Mediterranean region. It belongs to the Lamiaceae family and used in culinary and medicinal application. This plant is rich in many secondary metabolites, such as thymol, carvacrol, p-cymene, β-caryophyllene, and β-mycrene, which give thyme its anti-microbial, anti-inflammatory, and antioxidant characteristics. Water stress has been one of the main environmental factors that strongly affects growth, development, and secondary metabolites of medicinal plants. This study aims to examine the effect of water stress on some morphological, physiological, and phytochemical parameters of M. syriaca. Thestudy was conducted in the greenhouses at Hebron University, during the period from 27 February, 2022 to 24 May, 2022 by applying five replicates in completely randomized design with three levels of water stress treatments; control (100% of field capacity), medium stress (75% of field capacity), and severe stress (50% of field capacity). Results indicated that applied water stress significantly reduced plant height, fresh and dry weight of plant shoot. Fiber content was significantly increased by severe water stress where ash content and most minerals had no significant change between three water stress treatments. Sodium concentration was the highest in medium water stress. Antioxidant activity and total phenolic content showed no significant difference between treatments. Thymol and carvacrol were the major secondary metabolites in M. syriaca. β-mycrene, carene, menthatriene and α-pinene significantly increased by increasing water stress. It could be concluded from this study that M. syriaca was highly influenced by water stress. Morphological parameters decreased by increasing water stress, while some secondary metabolites concentration significantly increased in severe water stress.

Keywords: Thyme, M. syriaca, water stress, secondary metabolites, RWC, GC-MS

Abstract in Arabic تأثير الإجهاد المائي على بعض المغذيات الأساسية والمحتوى الكيميائي لنبات الزعتر (Majorana syriaca) الملخص Majorana syriaca، المعروف بالزعتر البري هو أحد أهم النباتات الطبية في فلسطين، وهو نبات عطري معمر موطنه منطقة البحر الأبيض المتوسط. الزعتر ينتمي إلى عائلة Lamiaceae ويستخدم في الطهي والتطبيقات الطبية. هذا النبات غني بالعديد من المركبات الكيميائية النباتية، مثل thymol, carvacrol, p-cymene, β-caryophyllene, and β-mycrene. هذه المركبات تعطي الزعتر خصائصه المضادة للميكروبات والالتهابات ومضادات الأكسدة. لقد كان الإجهاد المائي أحد العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر بشدة على النمو والتطور وتركيز المستقبلات الثانويةللنباتات الطبية. تهدف هذه الدراسة إلى دراسة تأثير الإجهاد المائي على بعض الصفات الشكلية والفسيولوجية والكيميائية لنبات الزعتر. أجريت هذه الدراسة في الدفيئات الزراعية في جامعة الخليل خلال الفترة من 27/شباط/2022 إلى 24/أيار/2022 بتطبيق خمس مكررات في التصميم العشوائي الكامل وبثلاثة مستويات من معاملات الإجهاد المائي؛ الشاهد (100% من السعة الحقلية)، والإجهاد المائي المتوسط (75% من السعة الحقلية)، والإجهاد المائي الشديد (50% من السعة الحقلية). أشارت النتائج إلى أن الإجهاد المائي المطبق على الزعتر أدى إلى انخفاض معنوي في طول النبات والوزن الرطب والجاف للمجموع الخضري. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك زيادة في محتوى الألياف بشكل معنوي بسبب الإجهاد المائي الشديد، بالنسبة لمحتوى الرماد ومعظم المعادن، لم يكن هناك تغيير كبير بين الثلاث معاملات للإجهاد المائي، ولكن تم زيادة تركيز الصوديوم بشكل معنوي بسبب الإجهاد المائي المتوسط. لم يظهر تغيير كبير في تراكيز مضادات الأكسدة ومحتوى الفينول الكلي بين المعاملات الثلاثة. لوحظ من النتائج أن thymol and carvacrol تعتبر المركبات الكيميائية الرئيسية في M. syriaca. زادت بشكل معنوي كل من β-mycrene وcarene وmenthatriene وα-pinene بزيادة الإجهاد المائي. يمكن أن نستنتج من هذه الدراسة أن M.syriacaتأثر بشكل كبير بتطبيق الإجهاد المائي، وانخفضت المؤشرات الشكلية بزيادة الإجهادالمائي، بينما زاد تركيز بعض المستقلبات الثانويةبشكل ملحوظ في الإجهاد المائي الشديد. الكلمات المفتاحية: زعتر، M. syriaca، الاجهاد المائي، المستقلبات الثانوية،RWC، GC-MS.