Allelopathy of Ricinus communis and light spectrum variation decrease emergence and growth of Cyperus rotundus

Weeds negatively influence agricultural production. However, those losses depend on weed specie, its time of emergence, and period of interference on agricultural crops. Synthetic herbicides are commonly used to control these plants species; however, they may cause damage to the environment, human beings and animals health, and this problem justify the need to develop alternative bioherbicides. To evaluate the allelopathic potential of Ricinus communis (Castor bean) and light spectrum variation on the emergence and growth of Cyperus rotundus L., a trial was carried out in a protected environment with 15% of brightness reduction at the Center for Agricultural and Environmental Sciences at the Paraíba State University. Four aqueous extract concentrations of R. communis leaves were tested (0, 5, 10, and 15%) and four light spectrums variations (white, purple, blue, and red lights). Variables such as emergence, length, dry matter accumulation and growth rates of shoots and root of C. rotundus seedlings were assessed. Data were analyzed by normality test, analysis of variance, polynomial regression, and averages test. Soot and root emergence, length, and dry matter accumulation of C. rotundus seedlings were reduced due to the allelopathy caused by R. communis aqueous extract leaves (15% concentration) and under purple or red light spectrum radiation.

Evaluation of bioherbicidal potential of Carica papaya leaves / Avaliação do potencial de bioherbicida dase folhas de Carica papaya

Abstract Due to increased number of herbicide resistant weeds, it is needed to explore the allelopathic potential of plants as an alternative. The research was conducted to investigate allelopathic effects of Carica papaya L. leaf powder and aqueous extract on seeds as well as pre-germinated seeds of Avena fatua L., Helianthus annuus L., Rumex dentatus L., Zea mays L. and Triticum aestivum L. on filter paper and soil in Weed Management Program Laboratory, Department of Plant and Environmental Protection at PARC Institute of Advanced Studies in Agriculture, National Agriculture Research Centre, Islamabad, Pakistan. Germination percentage (%), radicle length (cm) and plumule length (cm) were parameters observed for 'Plant leaf powder bioassay' and 'Aqueous extract method'. Most significant growth inhibition was observed in A. fatua seedlings in filter paper method. A. fatua radicle length was reduced by C. papaya aqueous extract (80%) and leaf powder (89%) bioassays. Plumule length was reduced under the influence of aqueous extract (57-73%) and powdered material (59-77%). The inhibitory effects on other test species were in sequence of H. annuus followed by Z. mays and R. dentatus. The aqueous extract showed non-significant effect on wheat seed germination, radicle and plumule growth. It is suggested that C. papaya aqueous extract can be used as source of weed management in wheat crop.

Resumo Devido ao aumento do número de ervas daninhas resistentes aos herbicidas, é necessário explorar o potencial alelopático das plantas como uma alternativa. A pesquisa foi conduzida com o objetivo de investigar os efeitos alelopáticos do pó foliar de Carica papaya e do extrato aquoso das sementes, bem como das sementes pré-germinadas de Avena fatua, Helianthus annuus, Rumex dentatus, Zea mays e Triticum aestivum em papel de filtro e solo no Laboratório do Programa de Manejo de Ervas Daninhas, Departamento de Plantas e Proteção Ambiental do Instituto PARC de Estudos Avançados em Agricultura, Centro Nacional de Pesquisa Agrícola, Islamabad, Paquistão. A porcentagem de germinação (%), o comprimento radicular e o comprimento da plúmula (cm) foram os parâmetros observados para o 'Bioensaio de Pó de Folha de Planta' e o 'Método de Extração Aquoso'. A maior inibição do crescimento foi observada em mudas de A. fatua no método de papel de filtro. O comprimento radicular de A. fatua foi reduzido com os extratos aquosos de C. papaya (80%) e pó de folhas (89%). O comprimento das plúmulas foi reduzido sob a influência do extrato aquoso (57-73%) e material em pó (59-77%). Os efeitos inibitórios em outras espécies-teste foram na sequência de H. annuus seguido por Z. mays e R. dentatus. O extrato aquoso apresentou efeito não significativo na germinação das sementes de trigo, nos crescimentos radiculares e das plúmulas. Sugere-se que o extrato aquoso de C. papaya pode ser utilizado como fonte de manejo de plantas daninhas na cultura do trigo.

Phytochemical screening and toxicity of Crambe abyssinica Hochst extracts on Solanum lycopersicum L., Euphorbia heterophylla L., Bidens pilosa L. and Glycine max (L. ) Merril / Screening fitoquímico e toxicidade de extratos de crambe abyssinica Hochst sobre Solanum lycopersicum L., Euphorbia heterophylla L., Bidens pilosa L. E Glycine max (L.) Merril

This study aimed to identify the main groups of secondary compounds from Crambe abyssinica and evaluate the bioactivity of the hexane, ethyl acetate and methanol extracts on the seed germination and seedling development of tomato, wild poinsettia, hairy beggartick and soybean. The phytochemical screening considered the presence or absence of total saponins, triterpenoids, flavonoids, coumarins, tannins, phenols and alkaloids. In the seeds it was evaluated: germination percentage, germination velocity index, average germination time, index of allelopathic effects, shoot and root length and seedlings dry matter. In the phytochemical screening it was observed that each solvent extracted different compounds. Flavonoids were found only in the ethyl acetate extract and saponin only in the methanol extract. A high allelopathic effect of hexane, ethyl acetate and methanolic extracts of crambe on the bio-indicator species tomato was observed. The hexane and ethyl acetate extracts also showed inhibitory effect on the weed hairy beggartick and did not present negative effects on soybean. There is the possibility of isolating the bio-active compounds of crambe and use them as a bio-herbicide to the alternative control of the weed hairy beggartick.

Este trabalho objetivouidentificar grupos de compostos do metabolismo secundário de Crambe abyssinica e avaliar a bioatividade dos extratos hexânico, acetato etílico e metanólico 1% sobre a germinação de sementes e o crescimento de plântulas de tomate, leiteiro, picão-preto e soja. O screeningfitoquímico considerou a presença ou ausência de saponinas totais, triterpenóides, esteroides, flavonoides, cumarinas, taninos, fenóis e alcaloides. Nas sementes avaliou-se a porcentagem de germinação, índice de velocidade de germinação, tempo médio de germinação, índice de resposta do efeito alelopático, comprimento de parte aérea e raiz e massa seca das plântulas.No screening fitoquímico observou-se que cada solvente extraiu compostos diferentes. Flavonóides foram encontrados somente no extrato acetato etílico e saponina apenas no extrato metanólico. Verificou-se elevado efeito alelopático dos extratos hexânico, acetato de etila e metanólico de crambe sobre a espécie bio-indicadora tomate. Os extratos hexânico e acetato etílico também apresentaram efeito inibitório sobre a planta invasora picão-preto e não tiveram efeitos negativos sobre a soja. Existe a possibilidade de isolamento de compostos bioativos de crambe para utilização como possível bio-herbicida para controle alternativo da planta invasora picão-preto.

Evaluation of bioherbicidal potential of Carica papaya leaves

Abstract Due to increased number of herbicide resistant weeds, it is needed to explore the allelopathic potential of plants as an alternative. The research was conducted to investigate allelopathic effects of Carica papaya L. leaf powder and aqueous extract on seeds as well as pre-germinated seeds of Avena fatua L., Helianthus annuus L., Rumex dentatus L., Zea mays L. and Triticum aestivum L. on filter paper and soil in Weed Management Program Laboratory, Department of Plant and Environmental Protection at PARC Institute of Advanced Studies in Agriculture, National Agriculture Research Centre, Islamabad, Pakistan. Germination percentage (%), radicle length (cm) and plumule length (cm) were parameters observed for Plant leaf powder bioassay and Aqueous extract method. Most significant growth inhibition was observed in A. fatua seedlings in filter paper method. A. fatua radicle length was reduced by C. papaya aqueous extract (80%) and leaf powder (89%) bioassays. Plumule length was reduced under the influence of aqueous extract (57-73%) and powdered material (59-77%). The inhibitory effects on other test species were in sequence of H. annuus followed by Z. mays and R. dentatus. The aqueous extract showed non-significant effect on wheat seed germination, radicle and plumule growth. It is suggested that C. papaya aqueous extract can be used as source of weed management in wheat crop.

Resumo Devido ao aumento do número de ervas daninhas resistentes aos herbicidas, é necessário explorar o potencial alelopático das plantas como uma alternativa. A pesquisa foi conduzida com o objetivo de investigar os efeitos alelopáticos do pó foliar de Carica papaya e do extrato aquoso das sementes, bem como das sementes pré-germinadas de Avena fatua, Helianthus annuus, Rumex dentatus, Zea mays e Triticum aestivum em papel de filtro e solo no Laboratório do Programa de Manejo de Ervas Daninhas, Departamento de Plantas e Proteção Ambiental do Instituto PARC de Estudos Avançados em Agricultura, Centro Nacional de Pesquisa Agrícola, Islamabad, Paquistão. A porcentagem de germinação (%), o comprimento radicular e o comprimento da plúmula (cm) foram os parâmetros observados para o 'Bioensaio de Pó de Folha de Planta' e o 'Método de Extração Aquoso'. A maior inibição do crescimento foi observada em mudas de A. fatua no método de papel de filtro. O comprimento radicular de A. fatua foi reduzido com os extratos aquosos de C. papaya (80%) e pó de folhas (89%). O comprimento das plúmulas foi reduzido sob a influência do extrato aquoso (57-73%) e material em pó (59-77%). Os efeitos inibitórios em outras espécies-teste foram na sequência de H. annuus seguido por Z. mays e R. dentatus. O extrato aquoso apresentou efeito não significativo na germinação das sementes de trigo, nos crescimentos radiculares e das plúmulas. Sugere-se que o extrato aquoso de C. papaya pode ser utilizado como fonte de manejo de plantas daninhas na cultura do trigo.

Efeito fitotóxico do óleo volátil de Cleome guianensis Aubl. sobre o crescimento inicial de Senna occidentalis L. / Phytotoxic effect of Cleome guianensis Aubl. on the initial growth of Senna occidentalis L.

RESUMO Aleloquímicos são substâncias liberadas por certas espécies vegetais no ambiente que influenciam a germinação e o desenvolvimento de outras plantas. O objetivo desse estudo foi avaliar o potencial fitotóxico de Cleome guianensis Aubl., bem como determinar o grau de estresse oxidativo causado em Senna occidentalis L. Para isso, o óleo das folhas de C. guianensis, nas concentrações 0,5 µg/mL, 1,0 µg/mL, 2,5 µg/mL e 5,0 µg/mL, em solução de 5 ml foi testado em bioensaios de germinação e de crescimento da raiz primária e do hipocótilo de S. occidentalis. Os indivíduos de S. occidentalis foram macerados, homogeneizados e submetidos a ensaios de quantificação da catalase, peroxidase, SOD e de peroxidação lipídica. Os resultados indicam que todas as concentrações do óleo volátil causaram um efeito negativo sobre a germinação e crescimento de S. occidentalis. Na concentração 5,0 µg/mL, houve 56% de inibição da germinação e 83% de inibição de crescimento do hipocótilo. Ainda, o óleo aumentou a atividade das enzimas induzidas pelo estresse oxidativo catalase, peroxidase e superóxido dismutase (SOD). Quanto à peroxidação lipídica, o óleo nas concentrações 1,0 µg/mL, 2,5 µg/mL e 5,0 µg/mL aumentou a produção de malondialdeído. Sendo assim, conclui-se que C. guianensis apresenta aleloquímicos que influenciam na germinação e no crescimento de S. occidentalis, além de aumentar a atividade das enzimas catalase, peroxidase, SOD e a produção de malondialdeído em S. occidentalis. Dessa forma, sugere-se a realização de estudos sobre o perfil químico do óleo a fim de descobrir as substâncias responsáveis por tais resultados e consolidar o potencial fitotóxico de C. guianensis.

ABSTRACT Allelochemicals inhibit the germination and growth of other plants. The purpose of this study was to assess the phytotoxic potential of Cleome guianensis Aubl., as well as determine the degree of oxidative stress caused in Senna occidentalis L. For this purpose, oil from the leaves of C. guianensis in concentrations of 0.5 µg/mL, 1.0 µg/mL, 2.5 µg/mL, and 5.0 µg/mL were tested in bioassays on the germination and growth of S. occidentalis. Specimens of S. occidentalis were macerated, homogenized, and submitted to catalase, peroxidase, superoxide dismutase (SOD), and lipid peroxidation quantification tests. Results showed that all concentrations of the volatile oil had a negative effect on S. occidentalis germination and growth. In the 5.0 µg/mL concentration, the oil inhibited 56% of germination and 83% of hypocotyl growth. In addition, the oil increased the activity of the enzymes induced by oxidative stress: catalase, peroxidase, and superoxide dismutase SOD. For lipid peroxidation, the oil in the 1.0 µg/mL, 2.5 µg/mL and 5.0 µg/mL concentrations increased the production of malondialdehyde. In addition, C. guianensis presents allelochemicals that influence the germination and growth of S. occidentalis, also enhancing activity of the catalase, peroxidase, and SOD enxymes, as well as malondialdehyde production in S. occidentallis. Hence, further studies of the chemical profile of this oil should be performed in order to discover which allelochemicals are responsible for these results and consolidate the phytotoxic potential of C. guianensis.

Rhizobacteria able to produce phytotoxic metabolites

To contribute for the development of environmental friendly methods for weed control, a selection of rhizobacteria able to produce phytotoxic substances was carried out. Initially, 35 strains previously isolated from plants in the south of Minas Gerais State (Brazil) were grown in tryptic soy broth. After removal of bacterial cells, the resulting liquids were freeze-dried and extracted with methanol/ethyl acetate (1:1). The extracts were concentrated under vacuum and dissolved in water to be submitted to a lettuce (Lactuca sativa L.) seed assay. Metabolites produced by five strains reduced the number of normal seedlings to values statistically bellow the one observed for the negative control, being the most expressive results obtained with Bacillus cereus Frankland and Frankland, isolated from Ricinus communis L., which was able to cause rotted rootlets to 82.4 percent of seedlings. The bacterium metabolites also avoided germination of 52 percent Brachiaria decumbens Stapf seeds and the remaining 48 percent resulted in abnormal seedlings. Metabolites from B. cereus were submitted to a purification process guided by the lettuce seed assay. As a consequence, one substance causing rotted rootlets to all lettuce seedlings during the seed assay at 0.057 g/L was isolated and will be identified in future studies.

Com vistas a contribuir para o desenvolvimento de métodos não agressivos ao meio ambiente, para o controle de plantas invasoras, buscou-se selecionar rizobactérias produtoras de substâncias fitotóxicas. Inicialmente, 35 culturas previamente isoladas de plantas da região sul do Estado de Minas Gerais (Brasil) foram cultivadas em caldo soja tripticaseína. Após remoção das células bacterianas, os líquidos resultantes foram liofilizados e extraídos com metanol/acetato de etila (1:1). Os extratos foram concentrados sob vácuo e submetidos a testes com sementes de alface (Lactuca sativa L.). Os metabólitos produzidos por cinco isolados bacterianos reduziram o número de plântulas normais para valores estatisticamente inferiores aos observados para o controle negativo, sendo os mais expressivos resultados obtidos com Bacillus cereus Frankland and Frankland, isolado de Ricinus communis L., que causou necroses nas radículas de 82,4 por cento das plântulas. Os metabólitos dessa bactéria também impediram a germinação de 52 por cento das sementes de Brachiaria decumbens Stapf e fizeram com que as 48 por cento restantes dessem origem a plântulas anormais. Os metabólitos de B. cereus foram submetidos a processos de purificação direcionados por testes com sementes de alface. Em decorrência, isolou-se uma substância, que será identificada em estudos futuros. Na concentração de 0,057 g/L, causou necrose nas radículas de todas as plântulas de alface provenientes do teste com sementes.