Date of Award

9-2018

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Agricultural Education

First Advisor

Dr. Mohammed Abdul Mohsen Salem Alyafei

Second Advisor

Dr. Shyam S. Kurup

Abstract

Essential Oils (EOs) are expensive hydrocarbons produced exclusively by specific species in the plant’s kingdom. Nowadays, with the growing trends of a healthy lifestyle and enormous research-based discoveries, EOs became a popular, attractive topic, for both research and industry, with revenues reaching billions of dollars annually. The United Arab Emirates (UAE) has rich traditional herbal medicine, associated with topical and EO-aromatherapy applications, that (in most cases) not scientifically justified nor clarified. This dissertation investigated the EO-bearing plants of the UAE, providing a databank with comprehensive knowledge for all indigenous and naturalized EO-bearing plant species of the UAE wildflowers. Also, this work studied EO for one of the common perennial medicinal shrubs of the UAE, which is Aerva javanica (Burm. f.) Juss. ex Schul. (Amaranthaceae). The focus was on EO isolated from leaves and flowers of this shrub, and how different factors (including: postharvest drying methods, particle size, seasonal variation) can significantly influence EO yield quantitatively (by hydrodistillation) and qualitatively (by Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)). This work aimed to provide a scientific justification for the rich traditional applications of A. javanica, through investigating it is antioxidant activity (in vitro) using DPPH, FRAP, and ABTS assays. Results showed that post-harvest drying methods lead to a significant effect on EO yield qualitatively and quantitatively. Generally, EO of fresh samples provided the best quality yield, while freeze-drying was the best drying method that conserves that quality. Seasonal variations lead to a significant effect on all studied physiological parameters and EO yield qualitatively and quantitatively. Spring was the best season to harvest the best quality EO. Leaves particle size leads to a significant variation on EO yield. A. javanica EO (particularly extracted from leaves) has antioxidant activity (in vitro). Additionally, this dissertation wanted to explore EO of Cleome amblyocarpa Barr. & Murb. (Cleomaceae), which is a medicinal annual herb widespread in the UAE. Studies related to germination and seedling's emergence rate were conducted. The influences of three soil matric potentials were investigated (pF: 1.7 “control”, 1.9 “moderate stress”, 2.1 “high stress”), created by applying three irrigation regimes, and measured by Stevens pF Sensors. Effect of water stress on vegetative growth parameters and yield were recorded (fresh and dry weight basis). Besides, this work studied the influence of the created three pF levels on the EO yield quantitatively (by hydrodistillation) and qualitatively (by GC-MS). Results of GC-MS analysis provided compounds identification for 27, 20, and 17 volatiles, under pF levels of 1.7, 1.9, and 2.1, respectively. Morpho-physiological analyses were conducted by Scanning Electron Microscope (SEM) and spectrophotometer methods. Finally, this dissertation explored (in vitro) the antioxidant activity of C. amblyocarpa EO (extracted from it is seeds and whole plant) using DPPH, FRAP, and ABTS assays. Results showed that C. amblyocarpa is a sensitive desert herb to water availability. Drought stress severity reduced the overall vegetative growth parameters and caused a significant reduction in overall vegetative yield. Drought stress caused significant morpho-physiological variations. The pF at 1.9 is a good stress indicator tool that shows the maximum tolerable water stress level during C. amblyocarpa life cycle. Results showed that this herb is a promising source of phytochemicals that have antioxidant activity (in vitro). This work concluded by adding this species as a new record of the EO-bearing plants, to have in total 136 Emirati EO-bearing plant species, as well as a new natural resource of bioactive antioxidants.

Comments

تُعتبر الزيوت العطرية مركبات عضوية ثمينة يتم إنتاجها حصراً عن طريق مجموعة خاصة من الأصناف النباتية في مملكة النبات. وقد ارتفعت قيمة هذه المركبات مؤخراً نظراً لتزايد نسبة الوعي المتعلق بأنماط الحياة الصحية مع ارتفاع عدد الإكتشافات البحثية ذات العلاقة. فقد أصبح موضوع الزيوت العطرية موضوعاً مثيراً للاهتمام من قِبَل شريحة واسعة على النطاق البحثي والصناعي بإيرادات ضخمة تصل قيمتها لمليارات الدولارات سنوياً. تمتاز دولة الإمارات العربية المتحدة بموروث ثقافي غني على صعيد التداوي بالأعشاب الطبية. ولهذا الإرث علاقة وطيدة بمفهوم التداوي بالرائحة وتطبيقات الزيوت العطرية. لكن هذا المجال لايمكن اعتماده طبيا إلا عن طريق توثيق وتدعيم النتائج بالدراسات والأبحاث العلمية. وهنا يأتي الهدف من هذه الأطروحة بالتحري عن جميع النباتات الحاملة للزيوت العطرية وحصرها ببنك للمعلومات يحوي معلومات مفصّلة عن النباتات المحلية الحاملة للزيوت العطرية في الدولة. وقد قامت هذه الأطروحة بتسليط الضوء على إحدى أهم الشجيرات الطبية المنتشرة في الدولة وهي شجيرة الأرا/ التوايم من الفصيلة القطيفية. وقد كان الهدف التركيز على دراسة الزيوت العطرية المستخلصة من أوراق وأزهار هذه الشجيرة المحلية، ومعرفة تأثير مجموعة من العوامل )كطريقة التجفيف مابعد الحصاد، حجم الحبيبات، التغيرات الموسِميّة( على إنتاجية الزيوت العطرية لشجيرة الأرا/ التوايم كماً )عن طريق التقطير( ونوعاً (عن طريق تقنية تحليل الغازات بالطيف الكمي GC-MS ) . وقد كان الهدف من هذه الدراسة تقديم تفسير علمي يُبرر الإستخدامات الثرية لهذه الشجيرة لأغراض علاجية في الممارسات الطبية التقليدية، وذلك عن طريق دراسة النشاط المضاد للأكسدة لزيتها العطري مخبرياً باستخدام مقاييس متعارف عليها في هذا المجال )وهي الـ DPPH, ABTS ،FRAP ) . وقد أظهرت النتائج بأن طريقة التجفيف أدت لحدوث فروق معنوية على الزيت العطري المستخلص كماً ونوعاً. وبشكلٍ عام فقد تم الحصول على أفضل جودة للزيت العطري عن طريق العينات الطازجة، وقد وُجد بأن طريقة التجفيف بالتجميد هي الطريقة المُثلا للمحافظة على جودة الزيت العطري. كما أدّت التغيرات الموسِ مية لحدوث فروق معنوية على جميع العوامل الشكلية والتشريحية المدروسة وعلى إنتاجية الزيت العطري كماً ونوعاً. وقد وُجد بأن فصل الربيع هو التوقيت الأمثل لحصاد أفضل جودة للزيت العطري المُستخلص. وقد تم إثبات بأن الزيت العطري لنبات الأرا )خصوصاً الزيت المستخلص من الأوراق( له خصائص فعالة كمضادات للأكسدة )المُثبته بالتحليل المخبري(. وعلى صعيدٍ آخر فقد قامت هذه الأطروحة بتسليط المجهرعلى نباتٍ طبي محلي آخر منتشر في الدولة وهو عشبة الخنيزة التابع للفصيلة الذفرية. وقد تمت دراسة بعض العوامل المؤثرة على معدلات الإنبات وظهور البادرات في هذه العشبة كما تم دراسة تأثير معامل الإجهاد لحبيبات الرمال المعروف بـ pF على 3 معدلات ( 1.7 "عامل الإجهاد المحايد"، 1.9 "عامل الإجهاد المتوسط"، 2.1 "عامل الإجهاد الشديد"( وذلك عن طريق تطبيق ثلاثة جداول للري والتي تم قياسها باستخدام تقنية .Stevens pF Sensors وتم قياس تأثير معاملات الري على النمو والمحصول الخضري للعشبة ( بالاعتماد على الوزن الأصلي والجاف(. كما تم دراسة تأثير معامل الإجهاد لحبيبات الرمال على الإنتاج الكمي "عن طريق التقطير" والنوعي )عن طريق تقنية تحليل الغازات بالطيف الكمي ( GC-MS ) للزيت العطري للعشبة. وقد تضمن التحليل النوعي للزيت العطري تحديد جميع مركباته الطيّارة التي بلغ عددها 27 ،20 ،17 باستخدام معاملات الإجهاد 1.7, 1.9, 2.1 على التوالي. كما تم إجراء تحاليل شكلية وتشريحية للعشبة باستخدام تقنية المسح الإلكتروني المجهري ) (SEM . وأخيراً قامت هذه الأطروحة بدراسة الخصائص المضادة للأكسدة للزيت العطري لعشبة الخنيزة مخبرياً وذلك بتطبيق ثلاثة مقاييس )وهي الـ ABTS ،FRAP ،DPPH ) . وقد أظهرت النتائج حساسية عشبة الخنيزة لوجود الماء. فكلما زادت نسبة جفاف التربة كلما قل المحصول الخضري بشكلٍ عام وكلما أدى ذلك لنقص ذو فروق معنوية بالمعايير الشكلية والتشريحية للعُشبة. وتَدل النتائج بإمكانية الاعتماد على معامل الإجهاد المتوسط عند قيمة (1.9 ) كمؤشر فعّال للحد الأعلى لشُح المياه التي تستطيع العشبة احتماله. وتؤكد الدراسة بأن عشبة الخنيزة هي مصدر للمركبات الهيدروكربونية الفعالة المضادة للأكسدة )مخبرياً(. وقد خلُصت الأطروحة بإدراج هذه العشبة المحلية كعشبة جديدة حاملة للزيوت العطرية ومصدر اً غنياً بمضادات الأكسدة الطبيعية. وبهذا تكون الدراسة قد أضافة سجلاً جديداً في قائمة النباتات العطرية ليبلغ مجموعها 136 نبات عطري محلي.

Download

Share

COinS