Metabolomics studies of allelopathy: a review

SUMMARY Introduction: Allelopathy is a harmful effect indirectly or directly produced by one plant to another through the production of chemical substances that enter the environment. Allelopathy has a pertinent significance for systems of ecological, sustainable, and integrated management. These natural reactions have multiple effects, ranging from processes of inhibition and stimulation of growth in neighbor plants to inhibition of seed germination. Metabolomics is a discipline integral that studies all the metabolites in a particular tissue, organ, or organism in a specific developmental stage or under particular environmental conditions, and it allows for the assessment of the contribution of genetic and environmental factors to the modification of metabolism. With the growing number of "omics", new approaches can be used to understand metabolic changes that occur in plants, especially in proteomics and metabolomics, and thus those analyses could be profiled in coming years with the objective of knowing the allelopathome of a larger number of plant species and their interactions. Aim: To provide a recent update on the science of allelopathy in the context of physiology, practical application of metabolomics in allelopathic studies, allelochemicals analyzed by metabolomics in alfalfa, rice, canola, sorghum, rye, wheat and other crops and finally mentionated the biological activity of allelopathic secondary metabolites. Methods: A recent comprehensive literature search of allelopathy and metabolomics in journal databases was carried out. Results: The concept of allelopathy, allelopathic mechanisms, metabolomic studies in allelopathy, allelochemicals analysed by metabolomics in alfalfa, rice, canola, rye sorghum, wheat and other agro-industrially important crops, and the biological activity of allelopathic secondary metabolites are detailed. Conclusions: These studies suggest that a combination of secondary metabolites can be used to attack weeds. In situ and In vitro culture of secondary metabolites (allelochemical types) is recommended to be used as organics compounds in weed organic control in the future.

Introducción: la alelopatía es un efecto nocivo producido directa o indirectamente por una planta a otra a través de la producción de sustancias químicas que ingresan al medio ambiente. La alelopatía es importante para los sistemas de manejo ecológico, sostenible e integrado. Estas reacciones naturales tienen múltiples efectos, que van desde procesos de inhibición y estimulación del crecimiento en plantas vecinas hasta la inhibición de la germinación de semillas. La metabolómica es una disciplina integral que estudia todos los metabolitos en un determinado tejido, órgano u organismo en una determinada etapa de desarrollo o en determinadas condiciones ambientales, y permite evaluar la contribución de los factores genéticos y ambientales a la modificación del metabolismo. Con el creciente número de "ómicas", se pueden utilizar nuevos enfoques para comprender los cambios metabólicos que ocurren en las plantas, especialmente en proteómica y metabolómica, y así esos análisis podrían perfilarse en los próximos años con el objetivo de conocer el alelopatoma de un mayor número. de las especies de plantas y sus interacciones. Objetivo: proporcionar una actualización reciente sobre la ciencia de la alelopatía en el contexto de la fisiología, la aplicación práctica de la metabolómica en los estudios alelopáticos, los aleloquímicos analizados por metabolómica en alfalfa, arroz, canola, sorgo, centeno, trigo y otros cultivos y, finalmente, mencionar los aspectos biológicos. actividad de los metabolitos secundarios alelopáticos. Métodos: se realizó una búsqueda bibliográfica exhaustiva reciente sobre alelopatía y metabolómica en bases de datos de revistas. Resultados: se detalla el concepto de alelopatía, los mecanismos alelopáticos, los estudios metabolómicos en alelopatía, los aleloquímicos analizados por metaboló-mica en alfalfa, arroz, canola, sorgo de centeno, trigo y otros cultivos de importancia agroindustrial, y la actividad biológica de los metabolitos secundarios alelopáticos. Conclusiones: estos estudios sugieren que se puede utilizar una combinación de metabolitos secundarios para atacar a las malas hierbas. Se recomienda el cultivo in situ e in vitro de metabolitos secundarios (de tipo aleloquímico) para ser utilizados como compuestos orgánicos en el control orgánico de las malas hierbas en el futuro.

Introdução: A alelopatia é um efeito nocivo produzido de forma indireta ou direta por uma planta a outra por meio da produção de substâncias químicas que adentram o meio ambiente. A alelopatia é importante para sistemas de manejo ecológico, sustentável e integrado. Essas reações naturais têm múltiplos efeitos, que vão desde processos de inibição e estimulação do crescimento em plantas vizinhas até a inibição da germinação de sementes. A metabolômica é uma disciplina integral que estuda todos os metabólitos em um determinado tecido, órgão ou organismo em um estágio de desenvolvimento específico ou condições ambientais particulares, e permite avaliar a contribuição de fatores genéticos e ambientais para a modificação do metabolismo. Com o crescente número de "ômicas", novas abordagens podem ser utilizadas para entender as alterações metabólicas que ocorrem nas plantas, principalmente em proteômica e metabolómica, e assim essas análises poderão ser perfiladas nos próximos anos com o objetivo de conhecer o alelopatoma de um número maior das espécies vegetais e suas interações. Objetivo: fornecer uma atualização recente sobre a ciência da alelopatia no contexto da fisiologia, aplicação prática da metabolômica em estudos alelopáticos, aleloquímicos analisados por metabolômica em alfafa, arroz, canola, sorgo, centeio, trigo e outras culturas e, finalmente, mencionar atividade de metabólitos secundários alelopáticos. Métodos: uma pesquisa bibliográfica abrangente recente sobre alelopatia e metabolismo foi conduzida em bancos de dados de periódicos. Resultados: o conceito de alelopatia, mecanismos alelopáticos, estudos metabólicos em alelopatia, aleloquímicos analisados por metabolômicos em alfafa, arroz, canola, sorgo de centeio, trigo e outros cultivos agroindustriais importantes, e a atividade biológica dos metabólitos secundários alelopáticos são detalhados. Conclusões: esses estudos sugerem que uma combinação de metabólitos secundários pode ser usada para atacar ervas daninhas. Recomenda-se o cultivo in situ e in vitro de metabólitos secundários (tipo alquímico) para uso como compostos orgânicos no controle de ervas daninhas orgânicas no futuro.

Chemical composition and phytotoxicity of essential oils of Croton doctoris S. Moore (Euphorbiaceae) / Composição química e fitotoxicidade dos óleos essenciais de Croton doctoris S. Moore (Euphorbiaceae)

Essential oils from the stems and leaves of Croton doctoris were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry, resulting in 22 identified compounds. The effects of these essential oils on the germination, root and shoot growth, total chlorophyll content, potential root respiration, peroxidase activity, catalase, superoxide dismutase, and mitotic index in lettuce and onion were determined. Antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic activity were also investigated. The results revealed that the stem oil consisted of 15 compounds, of which caryophyllene oxide (24.5%) and E-caryophyllene (13.3%) were the major constituents. The leaf oil contained E-caryophyllene (39.6%) and α-humulene (13.2%) as major compounds. The oils inhibited the germination and growth of lettuce and onion seedlings and reduced chlorophyll content, root respiration, and cell division. They also caused oxidative stress, indicated by the increased activity of the evaluated antioxidant enzymes. These abnormal physiological processes contributed to the inhibition of plant growth. The most pronounced phytotoxic effects were observed in the stem oil. The cytotoxicity tests indicated that leaf oil was more active than stem oil, resulting from the presence of biologically active sesquiterpenes that inhibit the growth of cancer cells.

Os óleos essenciais do caule e da folha de Croton doctoris foram analisados por cromatografia gasosa (GC) e espectrometria de massa (GC-MS) resultando em 22 compostos identificados. Os efeitos dos óleos essenciais na germinação, crescimento de raízes e parte aérea, teor total de clorofila, respiração radicular, atividade de peroxidase, catalase e superóxido de dimetase e índice mitótico foram determinados em alface e cebola. Atividade antioxidante, antimicrobiana e citotóxica também foram investigadas. Os resultados revelaram que o óleo do caule é constituído por 15 compostos, dos quais os principais são o óxido de cariofileno (24,5%) e E-cariofileno (13,3%). O óleo foliar apresentou E-cariofileno (39,6%) seguido de α-humuleno (13,2%) como compostos majoritários. Os óleos inibiram a germinação e o crescimento das plântulas de alface e cebola e reduziram o conteúdo de clorofila, a respiração radicular e a divisão celular. Eles também causaram estresse oxidativo, indicado pelo aumento da atividade das enzimas antioxidantes avaliadas. Esses processos fisiológicos anormais contribuem para a inibição do crescimento das plantas. Os efeitos fitotóxicos mais pronunciados foram observados no óleo do caule. Nos testes de citotoxicidade observou-se que o óleo das folhas foi mais ativo, resultante da presença de sesquiterpenos biologicamente ativos que atuam inibindo o crescimento das células cancerígenas.

Chemical composition and phytotoxicity of essential oils of Croton doctoris S. Moore (Euphorbiaceae)

Abstract Essential oils from the stems and leaves of Croton doctoris were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry, resulting in 22 identified compounds. The effects of these essential oils on the germination, root and shoot growth, total chlorophyll content, potential root respiration, peroxidase activity, catalase, superoxide dismutase, and mitotic index in lettuce and onion were determined. Antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic activity were also investigated. The results revealed that the stem oil consisted of 15 compounds, of which caryophyllene oxide (24.5%) and E-caryophyllene (13.3%) were the major constituents. The leaf oil contained E-caryophyllene (39.6%) and -humulene (13.2%) as major compounds. The oils inhibited the germination and growth of lettuce and onion seedlings and reduced chlorophyll content, root respiration, and cell division. They also caused oxidative stress, indicated by the increased activity of the evaluated antioxidant enzymes. These abnormal physiological processes contributed to the inhibition of plant growth. The most pronounced phytotoxic effects were observed in the stem oil. The cytotoxicity tests indicated that leaf oil was more active than stem oil, resulting from the presence of biologically active sesquiterpenes that inhibit the growth of cancer cells.

Resumo Os óleos essenciais do caule e da folha de Croton doctoris foram analisados por cromatografia gasosa (GC) e espectrometria de massa (GC-MS) resultando em 22 compostos identificados. Os efeitos dos óleos essenciais na germinação, crescimento de raízes e parte aérea, teor total de clorofila, respiração radicular, atividade de peroxidase, catalase e superóxido de dimetase e índice mitótico foram determinados em alface e cebola. Atividade antioxidante, antimicrobiana e citotóxica também foram investigadas. Os resultados revelaram que o óleo do caule é constituído por 15 compostos, dos quais os principais são o óxido de cariofileno (24,5%) e E-cariofileno (13,3%). O óleo foliar apresentou E-cariofileno (39,6%) seguido de -humuleno (13,2%) como compostos majoritários. Os óleos inibiram a germinação e o crescimento das plântulas de alface e cebola e reduziram o conteúdo de clorofila, a respiração radicular e a divisão celular. Eles também causaram estresse oxidativo, indicado pelo aumento da atividade das enzimas antioxidantes avaliadas. Esses processos fisiológicos anormais contribuem para a inibição do crescimento das plantas. Os efeitos fitotóxicos mais pronunciados foram observados no óleo do caule. Nos testes de citotoxicidade observou-se que o óleo das folhas foi mais ativo, resultante da presença de sesquiterpenos biologicamente ativos que atuam inibindo o crescimento das células cancerígenas.

Chemical composition and phytotoxicity of essential oils of Croton doctoris S. Moore (Euphorbiaceae) / Composição química e fitotoxicidade dos óleos essenciais de Croton doctoris S. Moore (Euphorbiaceae)

Essential oils from the stems and leaves of Croton doctoris were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry, resulting in 22 identified compounds. The effects of these essential oils on the germination, root and shoot growth, total chlorophyll content, potential root respiration, peroxidase activity, catalase, superoxide dismutase, and mitotic index in lettuce and onion were determined. Antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic activity were also investigated. The results revealed that the stem oil consisted of 15 compounds, of which caryophyllene oxide (24.5%) and E-caryophyllene (13.3%) were the major constituents. The leaf oil contained E-caryophyllene (39.6%) and α-humulene (13.2%) as major compounds. The oils inhibited the germination and growth of lettuce and onion seedlings and reduced chlorophyll content, root respiration, and cell division. They also caused oxidative stress, indicated by the increased activity of the evaluated antioxidant enzymes. These abnormal physiological processes contributed to the inhibition of plant growth. The most pronounced phytotoxic effects were observed in the stem oil. The cytotoxicity tests indicated that leaf oil was more active than stem oil, resulting from the presence of biologically active sesquiterpenes that inhibit the growth of cancer cells.

Os óleos essenciais do caule e da folha de Croton doctoris foram analisados por cromatografia gasosa (GC) e espectrometria de massa (GC-MS) resultando em 22 compostos identificados. Os efeitos dos óleos essenciais na germinação, crescimento de raízes e parte aérea, teor total de clorofila, respiração radicular, atividade de peroxidase, catalase e superóxido de dimetase e índice mitótico foram determinados em alface e cebola. Atividade antioxidante, antimicrobiana e citotóxica também foram investigadas. Os resultados revelaram que o óleo do caule é constituído por 15 compostos, dos quais os principais são o óxido de cariofileno (24,5%) e E-cariofileno (13,3%). O óleo foliar apresentou E-cariofileno (39,6%) seguido de α-humuleno (13,2%) como compostos majoritários. Os óleos inibiram a germinação e o crescimento das plântulas de alface e cebola e reduziram o conteúdo de clorofila, a respiração radicular e a divisão celular. Eles também causaram estresse oxidativo, indicado pelo aumento da atividade das enzimas antioxidantes avaliadas. Esses processos fisiológicos anormais contribuem para a inibição do crescimento das plantas. Os efeitos fitotóxicos mais pronunciados foram observados no óleo do caule. Nos testes de citotoxicidade observou-se que o óleo das folhas foi mais ativo, resultante da presença de sesquiterpenos biologicamente ativos que atuam inibindo o crescimento das células cancerígenas.

Allelopathic bioactivity of fresh and infused aqueous extracts of Brazilian cherry (Eugenia uniflora L. ) on lettuce and maize / Bioatividade alelopática de extrato aquoso fresco e infuso de pitangueira (Eugenia uniflora L. ) sobre alface e milho

This study aimed to analyse the allelopathic bioactivity of fresh and infused aqueous extracts of Brazilian cherry leaves on the germination of lettuce and the initial development of maize. Brazilian cherry leaves were used to prepare a fresh aqueous extract (200 g L-1) and an infused extract (100 g L-1), which were diluted to concentrations of 0.4, 0.8, 1.2, 1.6 or 2.0% w/v. The variables evaluated in lettuce were the germination rate (GR), germination time index (GTI), germination speed index (GSI) and root length (RL). To determine the effect on the initial development of maize, we measured the shoot (SL) and root (RL) length. The experimental design included a factorial 2 × 5 design (two extracts and five concentrations), in addition to a control treatment (no extract). In general, the allelopathic bioactivity differed between the fresh and infused extracts. The fresh extract was more phytotoxic for the GR and RL of lettuce. Some beneficial results were observed for the infused extract, including an increase in the RL of lettuce and SL of maize. These effects were dependent on the extract concentration. Thus, there is evidence that Brazilian cherry extracts have allelopathic bioactivity.

O presente trabalho tem por objetivo em analisar a bioatividade alelopática do extrato fresco e infuso de pitangueira sobre a germinação de alface e no desenvolvimento inicial de milho. Para tanto, utilizaram-se folhas frescas de pitangueira para preparação de extratos aquosos fresco (200 g L-1) e infuso (100 g L-1), diluídos em 0,4; 0,6; 1,2; 1,6 e 2,0% p/v de concentração. Os parâmetros avaliados em alface foram porcentagem (PG), tempo médio (TMG) e velocidade média de germinação (VMG) e comprimento de raiz (CR). Já no desenvolvimento inicial do milho, obteve-se o comprimento de raiz (CR) e parte aérea (CPA). Os experimentos foram conduzidos em esquema fatorial 2x5 + tratamento controle (ausência de extrato), com dois tipos de extratos e cinco concentrações. De modo geral, a bioatividade alelopática dos extratos frescos e infusos foi diferente, sendo que o extrato fresco mostrou-se fitotóxico sobre a PG e CR de alface. Alguns resultados benéficos foram observados com o extrato infuso como aumento no CR de alface e no CPA de milho. Os efeitos desses extratos dependem das concentrações onde são testados. Dessa forma, há evidência de que os extratos de pitangueira possuem bioatividade alelopática.

Advances in research on allelopathic autotoxicity effects of medicinal plants / 中草药

Allelopathic autotoxicity is one of the important factors for the continuous cropping obstacle of medicinal plants, which will reduce the yield and quality. With the development of medicinal plants industry, the problem of continuous cropping obstacle is becoming more and more serious. How to alleviate the continuous cropping obstacle of medicinal plants needs to be solved urgently. This paper combines the research status of allelopathic autotoxicity in medicinal plants. On the one hand, expounds the mechanism that the allelochemicals of medicinal plants inhibit the growth and development of medicinal plants by damaging the cell structures, interfering with the metabolism of reactive oxygen species and phytohormones, affecting photosynthesis and so on. On the other hand, based on the analysis of the relationship between allelochemicals and continuous cropping obstacle of medicinal plants, this paper elucidated some methods to alleviate the continuous cropping obstacle of medicinal plants, such as breeding antiallelopathic autotoxicity medicinal plants varieties, rational fertilizing, selecting proper cropping system and using microbial agents, in order to provide reference for the production of medicinal plants.

A study of the phytotoxic effects of the aerial parts of Senecio westermanii Dusén (Asteraceae) on Lactuca sativa L. and Allium cepa L. seeds

The objective of this study was to evaluate the effects of the ethanolic crude extracts and fractions of the species Senecio westermanii Dusén on Lactuca sativa L. (lettuce) and Allium cepa L. (onion) seeds. We assessed the germination, growth, root respiration and photosynthesis of the target species in Petri dishes (9.0 cm diameter) containing filter paper n°6. The study was conducted using 50 seeds per plate and held in 4 replicates per concentration of each sample. In the germination there was an inhibitory effect of fractions hexane (FH) and chloroform (FCl) at concentrations of 500 and 1000 µg/mL. There was a reduction in the radicle growth of lettuce by 14 to 24% and a reduction of hypocotilum by 14 to 28%. As for the radicle of the onion was up 74% reduction to the FCl and the coleoptile was 24 and 45% reduction for FH and FCl, respectively. Inhibitory effects in the root respiration of lettuce were detected in all the samples analyzed, with results ranging from 16 to 83%. For the seeds of A. cepa, there was an encouragement for the FCl and ethyl acetate fractions (FAE), with results ranging from 94 to 142% and 76 to 150%, respectively. With regard to the photosynthesis of L. sativa, there was no significant difference between the control, and as for the A. cepa, there was a strain in inhibition concentrations of 250 and 500 µg/mL, which ranged from 27 to 68%. The samples of S. westermanii caused changes in the target species and thus can be used as a natural herbicide.

A consideration on screening of allelochemicals by using "knock-out/in" of targeting ingredients based on identification model of medicinal effect / 中国中药杂志

This paper clarified in detail the definition, characteristics of allelopathy and its association with consecutive monoculture problem.Most of studies have indicated that it is critical to parse the formation mechanisms of consecutive monoculture problem that identification of allelochemicals and verification of its function. Here, we proposed a new approach to separate and identify the allelochemical group precisely and effectively, in which the "knock-out/in" methods of targeting ingredients in the model of medicinal effect identification and quality control were applied. This method will contribute to deep understanding plant allelopathy, and provide theoretical basis and technical support for alleviating consecutive monoculture problems simultaneously.

Searching for promising sources of grain protectors in extracts from neotropical annonaceae / Búsqueda de fuentes prometedoras de protectores de granos en extractos de anonaceas neotropicales

To investigate potential sources of novel grain protector compounds against Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae), which is an important insect pest of stored cereals, this study evaluated the bioactivity of ethanolic extracts (66) prepared from 29 species belonging to 11 different genera of Neotropical Annonaceae. A screening assay demonstrated that the most pronounced bioactive effects on S. zeamais were caused by ethanolic extracts from Annona montana, A. mucosa, A. muricata, and A. sylvatica seeds, causing the death of all weevils exposed, almost complete inhibition of the F1 progeny and a drastic reduction in grain losses. Furthermore, the ethanolic extracts obtained from the leaves of A. montana, A. mucosa, A. muricata, and Duguetia lanceolata, especially A. montana and A. mucosa, demonstrated significant bioactive effects on the studied variables; however, the activity levels were less pronounced than in the seed extracts, and the response was dependent on the concentration used. This study is the first to report the activity of secondary metabolites from D. lanceolata on insects as well as the action of A. sylvatica on pests associated with stored grains.

Para investigar las posibles fuentes de nuevos compuestos protectores de granos contra Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae), una importante plaga de los cereales almacenados, este estudio evaluó la bioactividad de los extractos etanólicos (66) preparados a partir de 29 especies pertenecientes a 11 géneros distintos de Anonaceas Neotropicales. Un ensayo de selección demostró que los efectos bioactivos más relevantes sobre S. zeamais fueron causados por los extractos etanólicos de las semillas de Annona montana, de A. mucosa, de A. muricata y de A. sylvatica, que causaron la muerte de todos los gorgojos expuestos, la inhibición parcial de la progenie F1 y una drástica reducción de las pérdidas de grano. Además, los extractos etanólicos obtenidos de las hojas de A. montana, de A. mucosa, de A. muricata y de Duguetia lanceolata, especialmente de A. montana y de A. mucosa, demostraron efectos bioactivos significativos sobre las variables estudiadas. Sin embargo, los niveles de bioactividad fueron menores en comparación con los extractos de semillas, y la respuesta fue dependiente de la concentración utilizada. Este estudio es el primer relato sobre la actividad de los metabolitos secundarios de D. lanceolata sobre insectos, así como la acción de A. sylvatica sobre plagas asociadas a los granos almacenados.

Allelopathic potential and phytochemistry of cambarazinho (Vochysia haenkeana (Spreng. ) Mart. ) leaves in the germination and development of lettuce and tomato / Potencial alelopático e fitoquímica das folhas de cambarazinho na germinação e desenvolvimento

The interference of chemicals in the germination and growth of plant species, known as allelopathy, is one of the main ways of eliminating competition for resources through the release of allelochemicals. The aim of this study was to determine the presence of secondary metabolites in extracts prepared from leaves of Vochysia haenkeana, evaluating their allelopathic action on the germination and seedling growth of lettuce and tomato. The plant material was collected in the Taboco region, Mato Grosso do Sul state, and after drying and grinding, underwent extraction with the use of water and ethanol, concentration of 200.0 g L-1. The method using an ultrasound bath was followed by maceration for 24 h in the refrigerator without the presence of light. The extracts were subjected to classical phytochemical analysis and the determination of pH, electrical conductivity, soluble solids and allelopathic tests. For bioassays, the extracts were diluted at concentrations of 25.0, 50.0, 100.0 and 150.0 g L-1 and the experimental design was completely randomized. There was a reduction in the percentage and speed of germination at concentrations of 25.0 and 50.0 g L-1 in both extracts. The seedling growth was also adversely affected, both in the germination chamber and in the greenhouse. These results are probably associated with the presence of different allelochemicals in the extracts, such as phenolic compounds and flavonoids, indicating that this species presented allelopathic action.

A interferência de substâncias químicas na germinação e/ou crescimento de espécies vegetais é denominada alelopatia e tem como uma das principais funções eliminar a competição por recursos através da liberação de compostos aleloquímicos. O objetivo deste trabalho foi determinar a presença de metabólicos secundários em extratos preparados com folhas de Vochysia haenkeana, avaliando sua ação alelopática na germinação e crescimento inicial de plântulas de alface e tomate. O material vegetativo foi coletado na região do Taboco, Mato Grosso do Sul e após secagem e trituração, sofreram extração com a utilização de água e etanol, na concentração de 200,0 g L-1. O método utilizado foi banho de ultrasson seguido de maceração por 24 h na geladeira sem a presença de luz. Os extratos foram submetidos a análise fitoquímica clássica e a determinação de pH, condutividade elétrica, sólidos solúveis e testes alopáticos. Para os bioensaios, os extratos foram diluídos em concentrações de 25,0, 50,0 100,0 e 150,0 g L-1 e o delineamento estatístico utilizado foi o inteiramente casualizado. Ocorreu redução na percentagem e velocidade de germinação, a partir da concentração de 25,0 ou 50,0 g L-1, em ambos os extratos. O crescimento das plântulas também foi afetado de maneira negativa, tanto em câmara de germinação como em casa de vegetação. Estes resultados provavelmente estão associados a presença de diferentes aleloquímicos nos extratos, tais como compostos fenólicos e flavonoides, indicando que a espécie apresenta ação alelopática.

Allelopathic effects of pathogenic fungi on weed plants of soybean and corn crops / Alelopatia de fungos fitopatogênicos sobre plantas invasoras da cultura da soja e milho

The herbicides application can be reduced with alternative methods, as pathogenic fungi use, that produces several secondary compounds in growth medium, which has phytotoxicity. Thus, the aim of this study was to determine the allelopathic activity of culture filtrate produced by pathogenic fungi: Fusarium solani, Macrophomina phaseolina Fusarium graminearum and Diplodia maydis, on germination and development of horseweed (Conyza canadensis), hairy beggarticks (Bidens pilosa) and wild poinsettia (Euphorbia heterophylla). This effect was also tested on soybean and corn crops. The experimental design was completely randomized with twenty treatments (four filtrates of fungi culture, with 0, 5, 10, 15 e 20% concentrations) and four replications. Data were submitted to analysis of variance and regression. The results indicated that filtered of Fusarium solani culture presented a negative effect on horseweed, hairy beggarticks and wild poinsettia without affecting negatively soybeans crop. Diplodia maydis provided some reduction on horseweed and wild poinsettia growth without causing damage to maize crop.The while Macrophomina phaseolina filtrate decreased a seedlings growth of wild poinsettia without affecting negatively corn. This suggests filtrates can be used to control weeds in a sustainable ecological way as well as an alternative to reduce herbicides application, thus, protecting the environment.

O uso de herbicidas pode ser reduzido com a utilização de controles alternativos, como emprego de fungos fitopatogênicos que produzem compostos secundários em meio de cultivo, os quais apresentam atividade fitotóxica. Objetiva-se por este trabalho caracterizar a atividade alelopática do filtrado de cultura produzido pelos fungos fitopatogênicos Fusarium solani, Macrophomina phaseolina, Fusarium graminearum e Diplodia maydis sobre a germinação de sementes e desenvolvimento de buva (Conyza canadensis), picão-preto (Bidens pilosa) e amendoim bravo (Euphorbia heterophylla), também foi testado este efeito sobre as plantas cultivadas soja e milho. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com vinte tratamentos (quatro filtrados de cultura, nas concentrações 0, 5, 10, 15 e 20%) e quatro repetições. Os dados foram submetidos à análise de variância e regressão. Os resultados indicaram que o filtrado de cultura de Fusarium solani apresentou efeitos negativos sobre buva, picão-preto e amendoim bravo sem afetar negativamente a soja. Diplodia maydis proporcionou redução de crescimento de buva e amendoim bravo sem causar prejuízo à cultura do milho. Também, o filtrado de Macrophomina phaseolina diminuiu o crescimento de plântulas de amendoim bravo sem afetar negativamente o milho, sugerindo que esses filtrados possam ser utilizados para controle das plantas invasoras em questão como alternativa na redução da aplicação de herbicidas e proteção ao ambiente.

Autotoxicity in Pogostemon cablin and their allelochemicals

Abstract The effects of allelochemicals and aqueous extracts from different Pogostemon cablin (Blanco) Benth., Lamiaceae, parts and rhizosphere soil on growth parameters, leaf membrane peroxidation and leaf antioxidant enzymes were investigated in patchouli. P. cablin seedlings were incubated in solutions containing allelochemicals and aqueous extracts from different patchouli parts and its rhizosphere soil at several concentrations. Firstly, the growth parameters were significantly reduced by the highest concentration of leaves, roots and stems extracts (p < 0.05). As compared to the control, plant height was reduced by 99.8% in the treatment with leaves extracts (1:10). The malondialdehyde content increased greatly when patchouli seedlings were subject to different concentrations of leaves, roots and stems extracts; meanwhile, the superoxide dismutase and peroxidase activities showed an increase trend at the low concentration, followed by a decline phase at the high concentration of roots and leaves extracts (1:10). What's more, leaves and roots extracts had a more negative effect on patchouli growth than stems extracts at the same concentrations. Secondly, the total fresh mass, root length and plant height were greatly reduced by the highest strength of soil extracts. Their decrements were 22.7, 74.9, and 33.1%, respectively. Thirdly, growth parameters and enzymatic activities varied considerably with the kinds of allelochemicals and with the different concentrations. Plant height, root length and total fresh weight of patchouli were greatly reduced by p-hydroxybenzoic acid (200 μM), and their decrements were 77.0, 42.0 and 70.0%, respectively. Finally, three useful measures on reducing the autotoxicity during the sustainable patchouli production were proposed.

Influence of Allelochemicals on Microbial Community in Ginseng Cultivating Soil / 中草药·英文版

Objective: To study the influence of allelochemicals such as benzoic acid, diisobutyl phthalate, diisobutyl succinate, palmitic acid, and 2,2-bis-(4-hydroxyphenyl) propane on the microbial community of ginseng cultivating soil. Methods: Soil samples were sprayed with five allelochemicals (100 mg/L) and their mixture (20 mg/L), respectively. Carbon metabolic ability variances were analyzed by Biolog method and genetic polymorphism variance was analyzed by RAPD method. The Nei's genetic diversity index and Shannon's information index were calculated. Results: Significant differences in carbon metabolic activity were found between allelochemical-treated soils and control. Further analysis indicated that although the carbon-utilizing ability and genetic polymorphism of soils treated with di-isobutyl phthalate, di-isobutyl succinate, and allelochemical mixtures were lower than those of the other treatments, genetic similarities of soils treated with di-isobutyl phthalate, diisobutyl succinate, and allelochemical mixtures were much higher than those of the other treatments. Conclusion: Allelochemicals significantly declined the genetic diversity and carbon metabolic activity of microorganisms in newly reclaimed forest soil for ginseng cultivation.

Atividade fitotóxica de Croton doctoris S. Moore / Phytotoxic activity of Croton doctoris S. Moore

O objetivo deste trabalho foi caracterizar o efeito fitotóxico do extrato etanólico bruto e frações semipurificadas do caule e folhas de C. doctoris na germinação, crescimento inicial e divisão celular das células radiculares de alface (Lactuca sativa) e cebola (Allium cepa), em laboratório. O experimento foi realizado em delineamento inteiramente casualizado, sendo utilizadas quatro concentrações dos tratamentos (0, 250, 500, 1.000mg L-1), com quatro repetições. O extrato bruto e as frações do caule e folhas inibiram a germinação e crescimento de alface e cebola, sendo o maior efeito fitotóxico promovido pela fração acetato de etila (FAE) do caule e folhas que afetou significativamente o crescimento e índice mitótico das células radiculares de alface e cebola. Com os resultados obtidos, verifica-se que a espécie C. doctoris apresenta substâncias capazes de influenciar no crescimento e divisão celular das espécies avaliadas.

The aim of this study was to verify the phytotoxic effect of the crude ethanol extract and semipurified fractions from the stem and leaves of Croton doctoris on the germination, growth and cell division of roots cells of lettuce (Lactuca sativa) and onion (Allium cepa), in the laboratory. The bioassays was conducted in using completely randomized design, with four concentrations (0, 250, 500, 1.000mg L-1) and four replications. The crude extract and the fractions from the stem and leaves inhibited germination and seedling growth of lettuce and onion, with greater phytotoxic effect observed in the ethyl acetate fraction (EAF) from the stems and leaves that significantly affected the growth and mitotic index of root cells of lettuce and onions. With these results it appears that C. doctoris contains substances capable of influencing the germination, growth and cell division of the species studied.

Effects of Autotoxins Stress on Root Exudates of Panax Ginseng / 世界科学技术-中医药现代化

By nutrient solution culture method, effects of benzoic acid, diisobutyl phthalate, diisobutyl succinate, palmitic acid, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl) propane on root exudates of Panax ginseng were studied. GC-MS results in-dicated that, 15 to 23 components were detected in treatments including control, which were organic acids, alcohol, amino acid esters, phenols, amines, condensed nucleus, saccharine, etc. Through compared with control we found that, phenol and phenolic acids in root exudates increased in most of stress treatments. So we deduced that, the re-laxation of autotoxins from roots to outside environment was stimulated by autotoxins released into soil, and which ac-celerated the autotoxicity to ginseng seedlings.

Atividade alelopática de extratos de diferentes orgãos de Caesalpinia ferrea na germinação de alface / Allelopathic activity of extracts from different organs of Caesalpinia ferrea on lettuce germination

A alelopatia pode afetar muitos aspectos da ecologia das plantas, incluindo a ocorrência, crescimento, sucessão de plantas, estrutura das comunidades, dominância, diversidade e produtividade. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar o potencial alelopático de diversos órgãos de jucá (Caesalpinea ferrea) sobre a germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas de alface (Lactuca sativa). Foi usado o delineamento experimental inteiramente casualizado no esquema fatorial 2x5, com dois métodos de extração (25 e 100°C) e cinco concentrações do extrato bruto (0, 25, 50, 75 e 100%) para cada órgão avaliado: folhas, cascas e vagens maduras de C. ferrea, em quatro repetições de 25 sementes da alface 'Mônica SF FI'. As características avaliadas foram porcentagem de germinação (PG), índice de velocidade de germinação (IVG), porcentagem de plântulas normais (PN) e anormais (PA), comprimentos da parte aérea (CPA) e da raiz (CR) de plântulas de alface. Os extratos de folhas e de vagens de C. ferrea obtidos a quente (100°C) reduziram a porcentagem de germinação de L. sativa em relação à testemunha (0%). Nas maiores concentrações dos extratos de todos os órgãos, houve alta PA (atrofiamento da raiz, queima e escurecimento da radícula, encurvamento do caulículo, geotropismo negativo) e menor CPA e CR, comparado à testemunha. Os extratos dos diferentes órgãos de C. ferrea apresentam atividade alelopática inibindo o desenvolvimento de plântulas de alface.

Allelopathy can affect many aspects of plant ecology, including the occurrence, growth, plant succession, community structure, dominance, diversity and productivity of plants. The aim of this study was to evaluate the allelopathic potential of various organs of jucá (Caesalpinea ferrea) on seed germination and seedling development of lettuce (Lactuca sativa). It was used in a completely randomized 2x5 factorial arrangement, with two extraction methods (25 and 100°C) and concentrations of crude extract (0, 25, 50, 75 and 100%) for each organ evaluated: leaves, stem bark and mature pods of C. ferrea in four replications of 25 seeds of lettuce 'Monica SF FI'. The characteristics evaluated were germination percentage (PG), germination speed index (IVG), percentage of normal seedlings (PN) and abnormal (PA), shoot length (CPA) and root length (CR) of lettuce seedlings. The extracts of leaves and pods of C. ferrea obtained the hot (100°C) reduced the germination percentage of L. sativa compared to control (0%). At higher concentrations of the extracts of all organs were high PA (atrophy of the root, burning and darkening of the radicle, the bending caulículo, negative geotropism) and lower CPA and CR compared to control. The extracts of different organs of C. ferrea show allelopathic activity affecting the development of lettuce seedlings.

Avaliação da atividade fitotóxica com enfoque alelopático do extrato das cascas de Celtis iguanaea (Jacq. ) Sargent Ulmaceae e purificação de dois triterpenos / Evaluation of the phytotoxic activity focused on the allelopathic effect of the extract from the bark of Celtis iguanaea (Jacq. ) Sargent Ulmaceae and purification of two terpenes

A espécie Celtis iguanaea (Jacq.) Sargent é popularmente conhecida como esporão de galo ou grão de galo. As folhas são indicadas pelo uso popular para o tratamento de dores no corpo e no peito, para reumatismo, asma, cólicas, má digestão e como diurético; as raízes são utilizadas para infecções urinárias e as cascas para a febre. O presente trabalho objetivou contribuir para o estudo fitoquímico e atividade fitotóxica com enfoque alelopático das cascas de Celtis iguanaea. O extrato etanólico foi submetido à partição com os solventes hexano, clorofórmio e acetato de etila. As substâncias friedelina e epifriedelinol (triterpenos) foram isoladas da fração hexano e identificadas por meio de métodos espectroscópicos de RMN de ¹H e 13C. O extrato bruto na concentração de 0,1 mg mL-1 causou inibição acentuada do hipocótilo em 34,97% e estimulou o crescimento da radícula em 29,64% de plântulas de Lactuca sativa. No ensaio de toxicidade frente à Artemia salina o extrato bruto e frações apresentaram uma CL50 superior a 1000 μg mL-1, indicando que o mesmo não possui efeito tóxico.

The species Celtis iguanaea (Jacq.) Sargent is popularly known as "esporão de galo" or "grão de galo". Its leaves are recommended by the popular use for the treatment of body and chest aches, as well as for rheumatism, asthma, cramps, indigestion and as diuretic; its roots are used for urinary infections and its bark for fever. This study aimed to contribute to the phytochemical investigation of the toxic activity focused on the allelopathic effect of the bark of Celtis iguanaea. The ethanol extract was subjected to solvent partition with hexane, chloroform and ethyl acetate. The substances friedelin and epifriedelinol (triterpenes) were isolated from the hexane fraction and identified by spectroscopic methods ¹H and 13C NMR. The crude extract at a concentration of 0.1 mg mL-1 caused marked inhibition of hypocotyl in 34.97% and stimulated radicle growth in 29.64% seedlings of Lactuca sativa. In the toxicity test against Artemia salina the crude extract and fractions showed an LC50 higher than 1000 μg mL-1, indicating that it has no toxic effect.

heterose e capacidade combinatória de linhagens de tomateiro ricas em acilaçúcares / Heterosis and combining ability of acylsugar-rich tomato lines

Com o presente trabalho, objetivou-se estimar a capacidade combinatória de linhagens de tomate ricas em acilaçúcares (AA) quando cruzadas com linhagens com baixo teor de acilaçúcares e estudar a expressão da heterose nos híbridos obtidos. O experimento foi realizado no campo da HortiAgro Sementes Ltda, localizada em Ijaci-MG. O material genético foi constituído de seis híbridos experimentais em esquema de dialelo parcial, constituído de três genitores masculinos (grupo I, com altos teores de acilaçúcares) e dois genitores femininos (grupo II, com baixos teores). Foram avaliadas as características: massa média de fruto (g fruto-1) e produção por hectare (t ha-1). As linhagens TOM-687 e TOM-688 (ricas em AA e resistentes a pragas) apresentaram estimativas positivas dos efeitos de capacidade geral de combinação, para massa média de frutos, e estimativas negativas, para produção, o que significa que elas contribuíram positivamente para aumento no tamanho do fruto, mas reduziram a produtividade dos híbridos. Já a linhagem TOM-689, ao contrário das duas anteriores, contribuiu para reduzir o tamanho do fruto, mas contribuiu para aumentar a produtividade dos híbridos. Os híbridos obtidos do cruzamento de linhagens com altos teores de acilaçúcares mostraram-se competitivas quando comparadas a híbridos comerciais encontrados no mercado. As melhores combinações híbridos foram obtidas quando as linhas com altos teores de acilaçúcares foram cruzadas com a linhagem elite TOM-684.

The objective of this work was to assess heterosis and combining ability of tomato lines with high acylsugar (AS) content (group I) and lines with low AS (group II) used to produce AS-rich tomato hybrids. The trial was carried out at the seed production station of the HortiAgro Sementes Ltda., at Ijaci-MG. The genetic material consisted of six experimental hybrids obtained from crosses between three male parents with high AS (group I) and two female parents with low AS (group II). Average fruit weight (g fruit-1) and total yield (t ha-1) were the traits assessed. The AS-rich pest-resistant lines TOM-687 and TOM-688 showed positive estimates of general combining ability for average fruit mass and negative for yield, increasing fruit size, and reducing the yield of the hybrids. Unlike the two previous lines, TOM-689 presented negative estimates for fruit mass and positive for fruit yield. The data showed that it is feasible to get competitive hybrids from lines with AS sugar content. The best hybrids were produced when these lines were crossed with TOM-684.

Efeito de extratos orgânicos de Meliaceae sobre Bemisia tabaci (Gennadius) biótipo B em tomateiro / Effect of organic extracts from Meliaceae on Bemisia tabaci (Gennadius) B biotype in tomato plants

Avaliou-se o efeito de extratos orgânicos de Azadirachta indica. Melia azedarach. Toona ciliata e Trichilia pallida (Rutales: Meliaceae) sobre ovos e ninfas de Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) biótipo B. Folhas e ramos foram secos, moídos e submetidos à extração (Soxhlet) em diclorometano e em etanol. Visando estabelecer uma concentração adequada para os estudos subsequentes, foram utilizados ovos oriundos de 40 adultos que foram mantidos por 24h em folíolos de tomateiro em gaiolas de voil. Após 9 dias, contou-se o número de ninfas e pulverizou-se o extrato de folhas de .. pallida em diclorometano em diferentes concentrações (0,32; 0,56; 1,0; 1,8 e 3,2%), além de água e acetona (controles). A mortalidade ninfal foi avaliada após sete dias. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente aleatorizado, com sete tratamentos e quatro repetições. Posteriormente, extratos em diclorometano e em etanol foram pulverizados sobre ovos na concentração selecionada (0,56%), em experimentos distintos para cada solvente. Após nove dias, avaliou-se a mortalidade dos ovos e fez-se nova pulverização, avaliando-se, após sete dias, a mortalidade ninfal. Os experimentos foram conduzidos em delineamento com blocos aleatorizados (10 tratamentos e quatro repetições). Os dados foram submetidos à análise de regressão, análise de variância e comparados pelo teste de Tukey. Observou-se maior rendimento dos extratos em etanol em relação aos extratos em diclorometano. Os extratos em diclorometano de folhas e de ramos das meliáceas afetaram significativamente a sobrevivência de ovos e ninfas da mosca-branca. Os extratos em etanol afetaram a fase de ninfa, mas não apresentaram atividade ovicida.

The effect of organic extracts from Azadirachta indica. Melia azedarach. Toona ciliata and Trichilia pallida (Rutales: Meliaceae) on eggs and nymphs of Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) B biotype was assessed. Leaves and branches were dried, ground and submitted to extraction (Soxhlet) with dichloromethane and ethanol. To establish an adequate concentration for the subsequent tests, eggs were used originating from 40 adults maintained for 24h on tomato leaves in voile cages. After 9 days, the number of nymphs was determined and the dichloromethane extract from T. pallida leaves was sprayed at different concentrations (0.32, 0.56, 1.0, 1.8 and 3.2%); water and acetone were also used (controls). The nymphal mortality was evaluated after 7 days. An entirely randomized design was used, with 7 treatments and 4 replications. Afterwards, dichloromethane and ethanol extracts were sprayed on eggs at the selected concentration (0.56%), in different experiments. After 9 days, the egg mortality was evaluated and a new spraying was conducted to assess the nymphal mortality after 7 days. These experiments were conducted in a randomized block designed (10 treatments and 4 replications). The data was submitted to regression analysis, analysis of variance and compared by the Tukey test. A higher yield was observed for the ethanol extracts in relation to the dichloromethane extracts. The dichloromethane extracts from leaves and branches from meliaceas significantly affected the survival of the whitefly eggs and nymphs. The ethanol extracts affected the nymphal phase, but did not present ovicidal activity.

Allelopathic activity of micropropagated Hyssopus officinalis L., Lamiaceae, water infusions / Atividade alelopática de micropropagado Hyssopus officinalis L. infusãos aquosos

The natural habitats of Hyssopus officinalis L. (Lamiaceae) in Bulgaria are not sufficient to satisfy the needs of this herb. Micropropagation might be used for obtaining plants with desirable traits. Hyssopus is a medicinal aromatic plant that has not been studied very much. Recently aromatic plants were investigated as potent allelopathic plants. Determining the modes of action of allelochemicals is one of the challenging aspects in allelopathic studies. The objective of this study was to determine the allelopathic activity of micropropagated Hyssopus officinalis L. water infusions. We evaluated the influence of hot and cold infusions made from the aerial parts of hyssopus under laboratory conditions. For this purpose we tested the effects of infusions on germination and root elongation of Cucumis sativus L. and Triticum aestivum L. We determined also the effect on mitotic activity using Allium cepa L. chromosome aberration test. The results demonstrated the presence of water soluble allelopathic compounds in hyssopus tissue. Infusions exhibited growth depressive effect which was stronger at early stage of growth. The inhibitory effects on germination and root elongation were stronger in T. aestivum than in C. sativus. Hyssopus also exerted mitodepressive and genotoxic effect in Allium cepa root tip cells.

Os hábitats naturais de Hyssopus officinalis L. (Lamiaceae) na Bulgária não são suficientes para satisfazer as necessidades desta erva. A micropropagação poderia ser usada para obter plantas com características desejáveis. Hyssopus é uma planta aromática medicinal que não foi estudada muito. Recentemente plantas aromáticas foram investigadas como potentes plantas alelopáticas. A determinação dos modos da ação de aleloquímicos é um dos aspectos desafiantes em estudos alelopáticos. O objetivo deste estudo foi determinar a atividade alelopática de micropropagado Hyssopus officinalis L. infusãos aquosos. Foi avaliada a influência de infusões quentes e frias feito de partes aéreas de hyssopus sob condições de laboratório. Com este propósito nós testou os efeitos de infusões em germinação e alongamento de raiz de Cucumis sativus L. e Triticum aestivum L. Determinamos também o efeito na atividade mitótica usando os Allium cepa L. teste de aberração cromossômica. Os resultados demonstraram a presença de compostos alelopáticos solúveis de água em tecido de hyssopus. As infusões exibiram o efeito depressivo do crescimento que era mais forte na fase inicial de crescimento. Os efeitos inibitivos em germinação e alongamento de raiz foram mais fortes em T. aestivum que em C. sativus. Hyssopus também exerceu efeito genotóxico e mitodepressivo em células de ponta de raiz de Allium cepa.