Studiul comparativ microscopic și toxicologic al unor specii din genul Silphium

Abstract

Introducere. Silphium este un gen din familia Asteraceae, tribul Heliantheae, care cuprinde aproximativ 23 de specii perene, toate native Americii de Nord [1], unde triburile au văzut potențialul medicinal al speciilor de Silphium, folosind extracte din frunze și flori pentru boli respiratorii și renale, precum și rădăcinile aplicate drept cataplasme pentru hemoragii și dureri de spate. [2] Compoziția chimică este diversă, pe lângă macronutrienți, regăsim și substanțe care exercită efecte biologice, precum terpene, ulei esențial, flavonoide, acizi fenolici, oleanozide. [3] Scopul lucrării. Cercetările efectuate au țintit 2 direcții: evaluarea caracterelor botanice microscopice de diferențiere a speciilor, precum și evaluarea toxicității acute a extractelor apoase obținute din frunze provenite de la 6 specii de Silphium pentru implementarea utilizării lor în eventuale studii farmacoterapeutice. Speciile incluse în studiu sunt: Silphium integrifolium var. laeve Torr. & A.Gray, Silphium perfoliatum L., Silphium laciniatum L., Silphium compositum Michx, Silphium radula var. gracile (A.Gray) Clevinger, Silphium terebinthinaceum Jacq. Material și metode. Frunze din speciile enumerate de Silphium au fost procurate de la Grădina Botanică din Jibou în septembrie 2024. Probe din material vegetal proaspăt au fost evaluate microscopic (în secțiuni transversale dublu colorate cu verde de iod și carmin alaun). Analizele au fost efectuate cu ajutorul microscopului digital Leica DMS1000 și microscopului optic Labphot II Nikon, cu cameră digitală Nikon. [4] Pentru evaluările ulterioare, fitochimice și toxicologice, a fost utilizat material vegetal uscat. Soluții extractive au fost realizate prin extracția produselor vegetale mărunțite cu apă distilată la cald, raportul plantă: solvent 1:20 (m/v) în 3 etape succesive, filtrare, obținându-le ca soluții stoc 5% (2,5 g produs vegetal pentru 50 mL soluție extractivă). Fitotoxicitatea a fost evaluată cu ajutorul metodei Constantinescu (test Triticum), utilizând 5 soluții cu concentrații în intervalul 0,1-50 mg/mL, iar toxicitatea asupra naupliilor de Artemia franciscana Kellog a fost evaluată utilizând 5 diluții cu concentrații variind între 0,625 și 10 mg/mL. [5] Rezultate. Microscopia a evidențiat următoarele caracteristici: structura heterogenasimetrică (bifacială) a frunzelor, la toate speciile; epidermă cu peri tectori, pluricelulari, uniseriați si hidatode la majoritatea speciilor, cu excepția S.integrifolium și S.terebinthinaceum; fascicule conducătoare de dimensiuni diferite, cu sau fără calotă de sclerenchim, dispuse în zona nervurii principale; buzunare secretoare în jurul fasciculelor. Testul Triticum a evidențiat un efect mitoinhibitor direct proporțional cu concentrația, puternic pe intervalul 50-10 mg/mL, și efect asemănător cu martorul pe intervalul 1,0-0,1 mg/mL. Efectele sunt mai intense și se manifestă și la 0,5% în cazul speciilor S.gracile, S.perfoliatum și S.compositum. Testul Artemia a evidențiat afectarea viabilității naupliilor în intervalul de concentrații 10-2,5 mg/mL, efect mai putenic observat două specii, S.perfoliatum și S.compositum, și mai slab în cazul altor două specii, S.laciniatum și S.terebinthinaceum, în timp ce soluțiile de 1,25-0,625 mg/mL au prezentat o afectare nesemnificativă asupra viabilității indivizilor. Concluzii. Au fost puse în evidență caractere morfologice generale și specifice ale anatomiei frunzelor speciilor de Silphium luate în considerare în studiul curent. Testele de toxicitate au relevat afectarea negativă a viabilității naupliilor de Artemia franciscana Kellog și a mitozei rădăcinilor de Triticum la concentrațiile mai mari (50-10 pentru testul Triticum și 10-5 mg/mL și lipsa afectării la diluțiile mici (1,0-0,1 mg/mL pentru testul Triticum și 1,25-0,625 mg/mL pentru testul Artemia).

Introduction. Silphium is a genus in the family Asteraceae, tribe Heliantheae, comprising about 23 perennial species, all native to North America [1], where tribes have recognized the medicinal potential of Silphium species, using leaf and flower extracts for respiratory and kidney diseases, as well as the roots applied as poultices for haemorrhages and back pain. [2] The chemical composition is varied, as besides the macronutrients, substances that exert biological effects, such as terpenes, essential oil, flavonoids, phenolic acids, oleanosides occur as well. [3] Aim of the study. The research conducted targeted two directions: evaluation of the microscopic botanical characteristics for species distinctness, as well as evaluation of the acute toxicity of aqueous extracts obtained from leaves of six Silphium species for their use in possible pharmacotherapeutic studies. The species included in the study are: Silphium integrifolium var. laeve Torr. & A.Gray, Silphium perfoliatum L., Silphium laciniatum L., Silphium compositum Michx, Silphium radula var. gracile (A.Gray) Clevinger, Silphium terebinthinaceum Jacq. Material and methods. Leaves of the listed Silphium species were collected from Jibou Botanical Garden in September 2024. Samples of fresh plant material were evaluated microscopically (in cross sections double stained with iodine green and carmine alum). The analyses were performed using Leica DMS1000 digital microscope and Nikon Labphot II optical microscope with Nikon digital camera. [4] The dried plant material was exploited for further phytochemical and toxicological evaluations. Extractive solutions were made by extraction of shredded vegetal productwith hot distilledwater, in a plant:solvent ratio of1:20 (w/v)following3successive steps,then filtration, achieving as 5%stock solutions (2.5gplant product per 50 mL extractive solution). The phytotoxicity was evaluated using the Constantinescu method (Triticum assay) for 5 solutions with concentrations in the range of 0.1-50 mg/mL, and the toxicity to Artemia franciscana Kellog nauplii was evaluated using 5 dilutions with concentrations ranging from 0.625 to 10 mg/mL. [5] Results.The microscopical evaluation revealedthe following characteristics:heterogeneousasymmetric (bifacial) leaf structure in all species; epidermis with multicellular, uniseriate trichomes and hydatodes in most species, except S. integrifolium and S. terebinthinaceum; vascular bundles of different sizes, with or without sclerenchyma cap, arranged around the midrib; secretory cavities around the vascular bundles. The Triticum test showed a direct concentration-dependent, strong mitoinhibitory effect in the range of 50-10 mg/mL, and a control-like effect in the range 1.0-0.1 mg/mL. The effects are more intense and exerted even at 0.5% for S.gracile, S.perfoliatum and S.compositum. The Artemia assay revealed the impairment of nauplii viability in the concentration range of 10-2.5 mg/mL, with stronger effects observed for two species, S.perfoliatumandS.compositum, andweaker effects for other two species, S.laciniatum and S.terebinthinaceum, while the 1.25-0.625 mg/mL solutions showed insignificant effects on the individuals viability. Conclusions. General and specific morphological characteristics of the leaf anatomy of the Silphium species considered in the current study were emphasized. Toxicity tests revealed the detriment of Artemia franciscana Kellog nauplii viability and Triticum root mitosis at higher concentrations (50-10 mg/mL for the Triticum test and 10-5 mg/mL for the Artemia test) and no impairment at lower dilutions (1.0-0.1 mg/mL for the Triticum test and 1.25-0.625 mg/mL for the Artemia test).