Antibacterial properties of extracts of Solidago canadensis and their potential use as dietary supplements in red swamp crayfish (Procambarus clarkii)

Abstract

Canadian goldenrod (Solidago canadensis) is one of the most destructive invasive weeds in South-eastern China. To evaluate its potential application as dietary supplement in red swamp crayfish (Procambarus clarkii), the antibacterial properties of aqueous and ethanol extracts of this plant against three major pathogenic bacteria in crayfish aquaculture were examined. Inhibition zone tests and determination of minimum inhibitory concentration revealed that the extracts had lower antibacterial activity than extracts from two traditional medicinal plants that possess antibacterial properties, garlic (Allium sativum) and cortex phellodendri (Phellodendron chinense). However, they did exhibit greater antibacterial effects than extracts from another widely used medicinal plant, Sophora flavescens, and an aquatic weed, Alternanthera philoxeroides. Aqueous extracts of Canadian goldenrod gave greater inhibition than the ethanol extracts. Crayfish fed a diet with 2% these aqueous extracts exhibited significantly higher enzyme activity of alkaline phosphatase, catalase and phenoloxidase (P<0.05). Based on the results of this study, we conclude that aqueous extracts of Canadian goldenrod are highly promising for the development of new dietary supplement for use in crayfish aquaculture.

Keywords

antibacterial activity / Canadian goldenrod / antioxidant enzyme / crayfish

References

[1] Edgerton B F, Evans L H, Stephens F J, Overstreet R M. Synopsis of freshwater crayfish diseases and commensal organisms. Aquaculture, 2002, 206(1–2): 57–135

[2] Provincial L, Guillén E, Alonso V, Gil M, Roncalés P, Beltrán J A. Survival of Vibrio parahaemolyticus and Aeromonas hydrophila in sea bream (Sparus aurata) fillets packaged under enriched CO₂ modified atmospheres. International Journal of Food Microbiology, 2013, 166(1): 141–147

[3] Lin C, Yu R C, Chou C C. Susceptibility of Vibrio parahaemolyticus to various environmental stresses after cold shock treatment. International Journal of Food Microbiology, 2004, 92(2): 207–215

[4] Tenover F C, Hughes J M. The challenges of emerging infectious diseases. Development and spread of multiply-resistant bacterial pathogens. Journal of the American Medical Association, 1996, 275(4): 300–304

[5] Villena A J. Applications and needs of fish and shellfish cell culture for disease control in aquaculture. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 2003, 13(1): 111–140

[6] Sheir S K, Osman G Y, Galal M A, Soliman M M. Biohazards of the biofungicide, Trichoderma harzianum on the crayfish, Procambarus clarkii: histological and biochemical implications. Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences, 2015, 2(2): 87–97 doi:10.1016/j.ejbas.2015.02.001

[7] Safari O, Shahsavani D, Paolucci M, Atash M M S. Single or combined effects of fructo- and mannan oligosaccharide supplements on the growth performance, nutrient digestibility, immune responses and stress resistance of juvenile narrow clawed crayfish, Astacus leptodactylus leptodactylus Eschscholtz, 1823. Aquaculture, 2014, 432: 192–203 doi:10.1016/j.aquaculture.2014.05.012

[8] Xu W N, Liu W B, Yang W W, Zhang D D, Jiang G Z. Identification and differential expression of hepatopancreas microRNAs in red swamp crayfish fed with emodin diet. Fish & Shellfish Immunology, 2014, 39(1): 1–7

[9] Xiao X C, Han D, Zhu X M, Yang Y X, Xie S Q, Huang Y. Effect of dietary cornstarch levels on growth performance, enzyme activity and hepatopancreas histology of juvenile red swamp crayfish, Procambarus clarkii (Girard). Aquaculture, 2014, 426–427: 112–119

[10] Safari O, Atash M M S, Paolucci M. Effects of dietary L-carnitine level on growth performance, immune responses and stress resistance of juvenile narrow clawed crayfish, Astacus leptodactylus leptodactylus Eschscholtz, 1823. Aquaculture, 2015, 439: 20–28

[11] Huang H, Guo S L, Chen G Q. Reproductive biology in an invasive plant Solidago canadensis. Frontiers of Biology in China, 2007, 2(2): 196–204

[12] Yang R, Yu G, Tang J, Chen X. Effects of metal lead on growth and mycorrhizae of an invasive plant species (Solidago canadensis L.). Journal of Environmental Sciences, 2008, 20(6): 739–744 doi:10.1016/S1001-0742(08)62121-X

[13] van Kleunen M, Ramponi G, Schmid B. Effects of herbivory simulated by clipping and jasmonic acid on Solidago canadensis. Basic and Applied Ecology, 2004, 5(2): 173–181

[14] Bauer A W, Kirby W M, Sherris J C, Turck M. Antibiotic susceptibility testing by a standardized single disk method. American Journal of Clinical Pathology, 1966, 45(4): 493–496

[15] Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 1976, 72(1–2): 248–254

[16] Song Z F, Wu T X, Cai L S, Zhang L J, Zheng X D. Effects of dietary supplementation with clostridium butyricum on the growth performance and humoral immuneresponse in Miichthys miiuy. Journal of Zhejiang University Science B, 2006, 7(7): 596–602 doi:10.1631/jzus.2006.B0596

[17] Momot W T. Redefining the role of crayfish in aquatic ecosystems. Reviews in Fisheries Science, 1995, 3(1): 33–63

[18] Angeler D G, Sánchez-Carrillo S, García G, Alvarez-Cobelas M. S’anchez-Carrillo Salvador, Garc’ıa G, Alvarez-Cobelas M. The influence of Procambarus clarkii (Cambaridae, Decapoda) on water quality and sediment characteristics in a Spanish floodplain wetland. Hydrobiologia, 2001, 464(1): 89–98 doi:10.1023/A:1013950129616

[19] Scott J R, Thune R L. Bacterial flora of hemolymph from red swamp crawfish, Procambarus clarkii (Girard), from commercial ponds. Aquaculture, 1986, 58(3–4): 161–165

[20] Brett F E, Louis H E, Frances J S, Robin M O. Synopsis of freshwater crayfish diseases and commensal organisms. Aquaculture, 2002, 206(1–2): 57–135

[21] Rattan R S. Mechanism of action of insecticidal secondary metabolites of plant origin. Crop Protection, 2010, 29(9): 913–920

[22] Apáti P, Szentmihályi K, Kristó S T, Papp I, Vinkler P, Szoke E, Kéry A. Herbal remedies of Solidago- correlation of phytochemical characteristics and antioxidative properties. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2003, 32(4–5): 1045–1053

[23] Letitia M M, Timothy J. Antioxidant activity in medicinal plants associated with the symptoms of diabetes mellitus used by the Indigenous Peoples of the North American boreal forest. Journal of Ethnopharmacology, 2002, 82(2–3): 197–205

[24] Xian Y F, Mao Q Q, Ip S P, Lin Z X, Che C T. Comparison on the anti-inflammatory effect of Cortex Phellodendri chinensis and Cortex PhellodendriAmurensis in 12-O-tetradecanoyl-phorbol-13-acetate-induced ear edema in mice. Journal of Ethnopharmacology, 2011, 137(3): 1425–1430

[25] Daniel C K, Lennox C L, Vries F A. In vivo application of garlic extracts in combination with clove oil to prevent postharvest decay caused by Botrytis cinerea, Penicillium expansum and Neofabraeaalba on apples. Postharvest Biology and Technology, 2015, 99(1): 88–92

[26] Wang X, Liu R, Yang Y, Zhang M. Isolation, purification and identification of antioxidants in an aqueous aged garlic extract. Food Chemistry, 2015, 187: 37–43

[27] Wei K Q, Yang J X. Oxidative damage of hepatopancreas induced by pollution depresses humoral immunity response in the freshwater crayfish Procambarus clarkii. Fish & Shellfish Immunology, 2015, 43(2): 510–519

Acknowledgements

This work was financially supported by Sanxin Project of Jiangsu Province, China (Y2015-19). We thank Prof. HuyinHuai, a plant taxonomist in College of Science and Biotechnology, Yangzhou University, Jiangsu, China, for his help in the identification of the plants used in this study.

Manhong Ye, Lei Zhang, Jiaqi Ge, Haifeng Sun, Jingjing Ni, Shengmei Yang, and Wanhong Wei declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.

All applicable institutional and national guidelines for the care and use of animals were followed.

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg