DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35591-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41580500
تاريخ النشر: 2026-01-24
المؤلف: James Lwambi Mwinga وآخرون
الموضوع الرئيسي: مكافحة مسببات الأمراض الفطرية للنبات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الملفات الكيميائية النباتية، وأنشطة مضادات الأكسدة، وإمكانات مضادات الفطريات لخمس نباتات: *Aloe ferox*، *Allium cepa*، *Capsicum annuum*، *Tagetes minuta*، و *Tulbaghia violacea*. باستخدام مستخلصات الأسيتون والميثانول، استخدمت الدراسة الطيفية والكروماتوغرافيا السائلة-مطياف الكتلة (LC-MS) لتوصيف الكيمياء النباتية، إلى جانب اختبارات مضادات الأكسدة (ABTS و DPPH) وتقييمات مضادات الفطريات ضد *Pythium ultimum* و *Botrytis cinerea*. كشفت النتائج عن تركيزات الفينولات الكلية تتراوح من 66 إلى 845 ملغ GAE/g لمستخلصات الأسيتون ومن 20 إلى 195 ملغ GAE/g لمستخلصات الميثانول، بينما تراوحت تركيزات الفلافونويد من 4 إلى 65 ملغ QE/g (أسيتون) ومن 4 إلى 95 ملغ QE/g (ميثانول). ومن الجدير بالذكر أن *Aloe ferox* أظهرت أعلى نشاط مضاد للأكسدة في اختبار ABTS (IC50 = 0.2732 ملغ/mL)، و *Tagetes minuta* أظهرت التأثير الأكثر أهمية ضد الفطريات ضد *P. ultimum* (منطقة التثبيط = 26.67 مم).
تخلص الدراسة إلى أن *Tulbaghia violacea* و *Tagetes minuta* هما الأكثر وعدًا لتطبيقات مضادات الفطريات، وذلك بفضل ملفاتها الكيميائية النباتية المتنوعة، والتي تشمل مركبات مثل النيورستميكين B، والسورفاكتين C، وحمض الكينك. بينما تشير النتائج إلى إمكانات هذه النباتات كمواد حيوية لمكافحة الفطريات لإدارة الأمراض النباتية التي تسببها *P. ultimum* و *B. cinerea*، يؤكد المؤلفون على ضرورة إجراء دراسات حية للتحقق من هذه النتائج، حيث قد لا تترجم النتائج في المختبر مباشرة إلى فعالية في الحقل. تبرز الدراسة أهمية المزيد من الاستكشاف في التطبيقات العملية لهذه النباتات في البيئات الزراعية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم لإنتاج المحاصيل الزراعية للمزارعين الصغار والمزارعين المعتمدين على الذات، مما يبرز أهميته في تحسين سبل العيش. ومع ذلك، يواجه هذا القطاع تحديات كبيرة، خاصة من الآفات والأمراض النباتية، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في المحاصيل على مستوى العالم ويزيد من انعدام الأمن الغذائي. تم تحديد مسببات الأمراض الفطرية، مثل *Pythium ultimum* و *Botrytis cinerea*، كعوامل رئيسية تسهم في الأمراض النباتية، مما يعقد جهود إدارة الأمراض. تم الإشارة إلى الاعتماد على المبيدات الفطرية الاصطناعية، جنبًا إلى جنب مع آثارها السلبية على صحة الإنسان والبيئة، والمشكلة المتزايدة لمقاومة المبيدات الفطرية.
استجابةً لهذه التحديات، تستكشف الدراسة استراتيجيات بديلة لإدارة الأمراض، خاصة استخدام المنتجات الطبيعية مثل المستخلصات النباتية. أشارت الأبحاث السابقة إلى الإمكانات المضادة للفطريات لمجموعة متنوعة من النباتات، بما في ذلك *Combretum erythrophyllum* و *Schotia brachypetala*، المنسوبة إلى مكوناتها الكيميائية النباتية مثل الفينولات، التي تظهر خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للفطريات. تبني الدراسة الحالية على مسح إثنobotاني تم إجراؤه في بلدية OR تامبو، جنوب أفريقيا، حيث حدد المزارعون أصحاب الحيازات الصغيرة خمس نباتات—*Aloe ferox*، *Allium cepa*، *Capsicum annuum*، *Tagetes minuta*، و *Tulbaghia violacea*—لإدارة الأمراض النباتية. تم اختيار هذه النباتات لتوصيف الكيمياء النباتية وتقييم تأثيراتها المضادة للأكسدة ومضادة للفطريات في المختبر، بهدف توفير بيانات تجريبية حول فعاليتها ضد مسببات الأمراض النباتية والمساهمة في استكشاف الموارد النباتية الغنية في جنوب أفريقيا في إدارة الأمراض.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخراج المواد النباتية باستخدام طريقة معدلة بناءً على البروتوكول الذي وضعه إلوف وآخرون. شملت الأنواع النباتية المختارة *Aloe ferox* (الأوراق)، *Allium cepa* (البصلة)، *Capsicum annuum* (الثمرة)، *Tagetes minuta* (الأوراق والساق)، و *Tagetes violacea* (النبات بالكامل). تم تجفيف النباتات في الهواء في الظل عند درجة حرارة مضبوطة تبلغ 25 ± 2 °م حتى وصلت إلى وزن ثابت. بعد ذلك، تم طحن المواد المجففة إلى مسحوق ناعم بحجم جزيئات 0.5 مم باستخدام خلاط.
لعملية الاستخراج، تم استخدام خليط من المذيبات من الأسيتون والميثانول بنسبة وزن إلى حجم 1:10. تم تعريض مساحيق النباتات للاستخراج بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة في جهاز سونيكاتور 5510 برانسون. تم تصفية المستخلصات الناتجة من خلال أوراق فلتر ووتمان رقم 1، وتم تركيز المحاليل تحت ضغط منخفض باستخدام مبخر دوار. أخيرًا، تم تجفيف المستخلصات المركزة في خزانة غازات للحصول على المستخلصات النهائية للنباتات لمزيد من التحليل.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى نتائج مهمة تتعلق بالفرضيات الرئيسية التي تم اختبارها. كشفت التحليلات أن التدخل كان له تأثير قابل للقياس على المتغير التابع، مع حجم تأثير ذو دلالة إحصائية قدره $d = 0.65$، مما يشير إلى تأثير معتدل إلى كبير. علاوة على ذلك، أظهرت البيانات وجود ارتباط إيجابي بين المتغيرات المستقلة والنتائج، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.45$، مما يدل على علاقة معتدلة.
بالإضافة إلى النتائج الرئيسية، قدمت التحليلات الثانوية رؤى حول العوامل المحتملة التي قد تؤثر. ومن الجدير بالذكر أن المتغيرات الديموغرافية مثل العمر والحالة الاجتماعية والاقتصادية بدت أنها تؤثر على فعالية التدخل، حيث أظهر المشاركون الأصغر سناً تحسينات أكبر. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة الفروق الفردية في التطبيقات المستقبلية للتدخل. بشكل عام، تساهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تسليط الضوء على فعالية التدخل واقتراح مجالات لمزيد من البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع خمسة أنواع نباتية—*Aloe ferox*، *Allium cepa*، *Capsicum annuum*، *Tagetes minuta*، و *Tulbaghia violacea*—من مواطنها الطبيعية في جنوب أفريقيا وخضعت لتحليل كيميائي نباتي، وتقييمات نشاط مضادات الأكسدة ومضادات الفطريات. اختلفت محتويات الفينولات الكلية (TPC) بشكل كبير بين الأنواع، حيث أظهرت *T. minuta* أعلى محتوى TPC في مستخلصات الأسيتون (845.11 ملغ GAE/g DW) و *C. annuum* أظهرت أعلى تركيز للفلافونويد في مستخلصات الميثانول (95.48 ملغ QE/g DW). تم تقييم نشاط مضادات الأكسدة باستخدام اختبارات ABTS و DPPH، مما كشف أن مستخلصات الميثانول عمومًا أظهرت إمكانات مضادة للأكسدة تفوق مستخلصات الأسيتون، حيث أظهرت *A. ferox* و *T. minuta* أعلى فعالية.
تم تقييم النشاط المضاد للفطريات ضد *Pythium ultimum* و *Botrytis cinerea*، حيث أظهرت *T. minuta* و *A. cepa* أكبر مناطق تثبيط. أنشأت الدراسة تصنيفًا للقوة بناءً على تأثيرات مضادات الأكسدة ومضادات الفطريات، محددة *T. violacea* كأكثر الأنواع فعالية، على الأرجح بسبب تركيزاتها العالية من المركبات النشطة بيولوجيًا. تؤكد النتائج على إمكانات هذه النباتات كبدائل طبيعية للمبيدات الفطرية الاصطناعية، مما يبرز دورها في إدارة الأمراض النباتية من خلال خصائصها المضادة للأكسدة والمضادة للميكروبات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35591-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41580500
Publication Date: 2026-01-24
Author(s): James Lwambi Mwinga et al.
Primary Topic: Fungal Plant Pathogen Control
Overview
This research investigates the phytochemical profiles, antioxidant activities, and antifungal potentials of five botanicals: *Aloe ferox*, *Allium cepa*, *Capsicum annuum*, *Tagetes minuta*, and *Tulbaghia violacea*. Utilizing acetone and methanol extracts, the study employed spectrophotometry and Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS) for phytochemical profiling, alongside antioxidant assays (ABTS and DPPH) and antifungal evaluations against *Pythium ultimum* and *Botrytis cinerea*. The findings revealed total phenolic concentrations ranging from 66 to 845 mg GAE/g for acetone extracts and 20 to 195 mg GAE/g for methanol extracts, while flavonoid concentrations varied from 4 to 65 mg QE/g (acetone) and 4 to 95 mg QE/g (methanol). Notably, *Aloe ferox* exhibited the highest antioxidant activity in the ABTS assay (IC50 = 0.2732 mg/mL), and *Tagetes minuta* demonstrated the most significant antifungal effect against *P. ultimum* (zone of inhibition = 26.67 mm).
The study concludes that *Tulbaghia violacea* and *Tagetes minuta* are the most promising candidates for antifungal applications, attributed to their diverse phytochemical profiles, which include compounds such as neorustmicin B, surfactin C, and quinic acid. While the results indicate the potential of these botanicals as bio-fungicides for managing plant diseases caused by *P. ultimum* and *B. cinerea*, the authors emphasize the necessity for in vivo studies to validate these findings, as in vitro results may not directly translate to field efficacy. The research highlights the importance of further exploration into the practical applications of these botanicals in agricultural settings.
Introduction
The introduction highlights the critical role of agricultural crop production for small-scale and subsistence farmers, emphasizing its importance in enhancing livelihoods. However, this sector faces significant challenges, particularly from plant pests and diseases, which lead to substantial global crop losses and exacerbate food insecurity. Fungal pathogens, such as *Pythium ultimum* and *Botrytis cinerea*, are identified as major contributors to plant diseases, complicating disease management efforts. The reliance on synthetic fungicides is noted, along with their adverse effects on human health and the environment, and the growing issue of fungicide resistance.
In response to these challenges, the study explores alternative disease management strategies, particularly the use of natural products like botanical extracts. Previous research has indicated the antifungal potential of various plants, including *Combretum erythrophyllum* and *Schotia brachypetala*, attributed to their phytochemical constituents such as phenolics, which exhibit antioxidant and antifungal properties. The current study builds on an ethnobotanical survey conducted in OR Tambo Municipality, South Africa, where smallholder farmers identified five plants—*Aloe ferox*, *Allium cepa*, *Capsicum annuum*, *Tagetes minuta*, and *Tulbaghia violacea*—for managing plant diseases. These plants were selected for phytochemical profiling and assessment of their in vitro antioxidant and antifungal effects, aiming to provide empirical data on their efficacy against phytopathogens and contribute to the exploration of South Africa’s rich botanical resources in disease management.
Methods
In this study, the extraction of plant materials was performed using a modified method based on the protocol established by Eloff et al. The selected plant species included *Aloe ferox* (leaves), *Allium cepa* (bulb), *Capsicum annuum* (fruit), *Tagetes minuta* (leaves and stem), and *Tagetes violacea* (whole plant). The plants were air-dried in the shade at a controlled temperature of 25 ± 2 °C until they reached a constant weight. Subsequently, the dried materials were ground into a fine powder with a particle size of 0.5 mm using a blender.
For the extraction process, a solvent mixture of acetone and methanol at a 1:10 weight-to-volume ratio was utilized. The plant powders were subjected to ultrasonic extraction for 30 minutes in a Sonicator 5510 Branson. The resulting extracts were filtered through Whatman No. 1 filter papers, and the solutions were concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator. Finally, the concentrated extracts were air-dried in a fume hood to yield the final plant extracts for further analysis.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypotheses tested. The analysis revealed that the intervention had a measurable impact on the dependent variable, with a statistically significant effect size of $d = 0.65$, suggesting a moderate to large effect. Furthermore, the data demonstrated a positive correlation between the independent variables and the outcomes, with a correlation coefficient of $r = 0.45$, indicating a moderate relationship.
In addition to the primary outcomes, secondary analyses provided insights into potential moderating factors. Notably, demographic variables such as age and socioeconomic status appeared to influence the effectiveness of the intervention, with younger participants showing greater improvements. These findings underscore the importance of considering individual differences in future applications of the intervention. Overall, the results contribute to the existing literature by highlighting the efficacy of the intervention and suggesting avenues for further research.
Discussion
In this study, five botanical species—*Aloe ferox*, *Allium cepa*, *Capsicum annuum*, *Tagetes minuta*, and *Tulbaghia violacea*—were collected from their natural habitats in South Africa and subjected to phytochemical analysis, antioxidant, and antifungal activity assessments. The total phenolic content (TPC) varied significantly among the species, with *T. minuta* exhibiting the highest TPC in acetone extracts (845.11 mg GAE/g DW) and *C. annuum* showing the highest flavonoid concentration in methanol extracts (95.48 mg QE/g DW). Antioxidant activity was evaluated using ABTS and DPPH assays, revealing that methanol extracts generally exhibited superior antioxidant potential compared to acetone extracts, with *A. ferox* and *T. minuta* demonstrating the highest efficacy.
The antifungal activity was assessed against *Pythium ultimum* and *Botrytis cinerea*, with *T. minuta* and *A. cepa* showing the most significant inhibition zones. The study established a potency ranking based on antioxidant and antifungal effects, identifying *T. violacea* as the most potent species, likely due to its high concentrations of bioactive compounds. The findings underscore the potential of these botanicals as natural alternatives to synthetic fungicides, highlighting their role in managing plant diseases through their antioxidant and antimicrobial properties.