Cribado fitoquímico y potencial alelopático de fitoextractos de tres especies de gramíneas invasoras

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8080 (2023) Citar este artículo

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Sin duda, es importante mantenerse alerta y manejar las gramíneas invasoras para evitar su propagación y mitigar su impacto negativo en el medio ambiente. Sin embargo, estas plantas agresivas también pueden desempeñar un papel beneficioso en determinados contextos. Por ejemplo, varios pastos invasivos proporcionan forraje valioso para el ganado y tienen potencial para el control de enfermedades. Por lo tanto, se llevó a cabo un experimento de investigación para explorar los pros y los contras de este enfoque, no solo para la vegetación circundante sino también para el control de enfermedades humanas y animales. El estudio se centra principalmente en el desarrollo de alimentos para ganado, herbicidas derivados de plantas y la comprensión de los efectos fitotóxicos de las especies invasoras. Todas las partes de las plantas de Cenchrus ciliaris L., Polypogon monspeliansis L. y Dicanthium annulatum (Forssk.) Stapf, fueron analizadas para su detección fitoquímica, análisis proximal y de toxicidad que fue causado por el extracto metanólico de estas especies de gramíneas. Se realizaron pruebas cualitativas de selección fitoquímica para análisis de composición próxima y ensayos de evaluación de toxicidad. El análisis fitoquímico reveló resultados positivos para alcaloides, flavonoides, cumarinas, fenoles, saponinas y glucósidos, mientras que negativos para taninos. La comparación del análisis proximal insinuó la máxima humedad (10,8 %) y grasa cruda (4,1 %) en P. monspeliensis, mientras que la máxima materia seca (84,1 %), proteína cruda (13,95 %), fibra cruda (11 %) y ceniza (7,2 %). %) en D. annulatum. Se utilizaron cinco (10, 100, 500, 100, 10 000 ppm) y tres (10, 1000, 10 000 ppm) concentraciones diferentes de extracto metanólico preparado a partir de C. ciliaris, P. monspeliansis y D. annulatum, respectivamente, para la inhibición de raíces y semillas. ensayo de germinacion. Además, se utilizaron tres concentraciones diferentes (10, 30, 50 mg) de polvo fino vegetal para la prueba del método sándwich. Hubo una disminución significativa en la tasa de crecimiento de las semillas de rábano modelo experimental (P > 0.005), y los resultados de las pruebas del método sándwich mostraron un crecimiento suprimido de los pelos de la raíz, inhibiendo el anclaje de la semilla de rábano. En comparación, los resultados manifiestan eso; P. monspeliansis indicó un aumento de la inhibición (66,58 % a 10 000 ppm), D. annulatum reveló una germinación elevada (75,86 % en condiciones controladas) y C. ciliaris exhibió un aumento espectacular de la inhibición debido a la prueba del método sándwich (14,02 % a 50 mg). En conclusión, aunque los pastos son tóxicos, es importante considerar la cuenta del beneficiario.

Debido al constante aumento de la población mundial1, la búsqueda de la maximización del rendimiento agrícola ha impulsado el uso de insumos agrícolas para minimizar las limitaciones (deficiencia de nutrientes y patógenos) en la producción de cultivos2. Sin embargo, el aumento en el uso de fertilizantes sintéticos, insecticidas3 y herbicidas podría deteriorar el agroecosistema que, en última instancia, plantea problemas de salud tanto para los humanos como para los animales4,5. En esta perspectiva, los extractos alelopáticos de plantas podrían servir como alternativas ecológicas para una producción agrícola sostenible6. Por ejemplo, los fitoextractos de plantas alelopáticas han sido reconocidos como reservorios naturales de promotores del crecimiento vegetal7. Además, el potencial de varios fitoextractos como biopesticidas también ha sido informado en estudios previos8. Por lo tanto, la utilidad de los aleloquímicos contra las plagas ha atraído el interés de los investigadores y la mayoría de los bioplaguicidas se prepararon con el objetivo de controlar el ataque de insectos8,9. Sin embargo, los biopesticidas para el manejo de malezas aún son muy limitados.

Las especies de cultivos invasores plantean un desafío complejo y persistente para cualquier sistema de cultivo, ya que invaden agresivamente e interrumpen el crecimiento de los cultivos primarios en su vecindad10. Los riesgos ecológicos y para la salud asociados con el uso extensivo de herbicidas sintéticos, junto con la escasez de alternativas basadas en plantas, se han convertido en un problema apremiante en la agricultura moderna11. Por lo tanto, en la agricultura actual, para satisfacer las necesidades de sustentabilidad, es imperativo explorar la posibilidad de utilizar materiales derivados de plantas para combatir las malezas en lugar de los herbicidas tradicionales12,13. Previamente, extractos alelopáticos de sorgo y arbustos medicinales tradicionales han mostrado potencial fitotóxico contra las malas hierbas en la producción de cultivos extensivos14. Del mismo modo, Persicaria lapathifolia inhibe la maleza Echinochloa colona12, el extracto acuoso de Artemisia argyi inhibe las malezas, incluidas Brassica pekinensis, Lactuca sativa, Portulaca oleracea, Oxalis corniculata y Setaria viridis15. Ferula assafoetida L. y Ricinus communis L., en concentraciones de 0,75% y 1% respectivamente, limitan la germinación de las semillas de la maleza Amaranthus retroflexus L. en alrededor de un 70%16. En conjunto, se sugiere que los aleloquímicos que se encuentran en ciertas plantas podrían explorarse más a fondo para evaluar sus efectos alelotóxicos naturales. Previamente, el bioensayo de la planta de lechuga se llevó a cabo utilizando los métodos de sándwich y los fitoextractos de varias hierbas y arbustos invasivos de diferentes lugares de Pakistán y Japón revelaron la inhibición del crecimiento de la lechuga14. P. monspeliensis tiene el potencial de usarse como una fuente decorativa, de alimento, y se considera una importante hierba de pasto17. De manera similar, la evaluación fitoquímica de especies de pastos naturales y fácilmente disponibles podría ser muy útil para aprovechar su potencial herbicida, ya que existen como persistentes y dominantes en el agroecosistema.

Un hallazgo consistente de estudios previos de pastos invasivos es que representan una amenaza obvia para el medio ambiente18. En contraste, las plantas nativas y el desarrollo ganadero también fueron identificados como beneficiarios19. Con base en el análisis de composición próxima, el pastoreo dirigido de pastos invasivos podría generar resultados innovadores, no solo para las plantas nativas, sino también para los esfuerzos de conservación del clima20 y la vida silvestre21. El pastoreo dirigido puede resultar particularmente efectivo para controlar la propagación del pasto Buffle, un invasor agresivo con importantes riesgos de incendio22. Además, las pruebas fitoquímicas cualitativas valoradas para la identificación de todos los constituyentes químicos, que incluyen la presencia de proteínas, carbohidratos, fenol, flavonoides, saponinas y alcaloides, se confirmaron en extractos de diferentes partes de la hierba de prueba23. Los extractos de plantas mostraron un papel valioso contra los microbios patógenos24, todos los extractos inhibieron las bacterias, lo que conduce al desarrollo de la zona de inhibición25. Luego se puede estimar cómo el pasto contribuye a diferentes actividades, incluida la alimentación del ganado, las propiedades antiinflamatorias, antimicrobianas, antioxidantes y antibacterianas, el manejo de enfermedades, el descubrimiento de fármacos, etc. También es posible producir medicamentos efectivos para humanos y animales basados en este tamizaje fitoquímico.27,28.

La hierba Dhaman (Cenchrus ciliaris), es una de las hierbas importantes en Pakistán con altos usos etnobotánicos y todas las partes de esta hierba se utilizan en forma de infusión para diversos fines29,30,31. Es notablemente resistente y capaz de prosperar en un entorno duro y en constante fluctuación, que incluye alta temperatura, salinidad32, metales pesados33, radiación solar intensa y humedad mínima34,35. Esta gramínea perturba la vegetación y la fauna locales provocando cambios en el paisaje termal disponible como consecuencia de la perturbación de la planta invasora36. Además, las especies de gramíneas seleccionadas son altamente competentes para la acumulación de CO2, consumen nitrógeno (N) de la atmósfera y desempeñan un papel vital en el reciclaje de N de la tierra37,38. Se ha utilizado ampliamente con fines medicinales y sirvió como alimento importante para los animales de pastoreo39,40. Estudios previos la consideraban una hierba potente que producía compuestos de alto valor terapéutico, utilizada por empresas de desarrollo de fármacos41. Los compuestos derivados de C. ciliaris tienen naturaleza fungicida y también fueron efectivos contra bacterias31,41, actividad ciclooxigenasa (COX) I y II42, dolor renal, tumores y heridas, lo que indica que sus fitoextractos son tóxicos28,43,44. Las semillas de P. monspeliensis germinan rápidamente, podrían ser efectivas en programas de restauración de suelos de desiertos salinos45. Suele desarrollarse en el ecosistema salado como sabkhas y se puede encontrar desde la zona bioclimática húmeda hasta el Sahara. Sostiene la productividad también en salinidad excesiva y sequía17. P. monspeliensis (pasto de conejo) juega un papel esencial en la alimentación, forraje, ornamental y restauración de suelos áridos y salinos porque permite el uso de procedencias que germinan y se establecen bien en condiciones adversas. P. monspeliensis tiene un papel importante en la fitorremediación, especialmente debido a su capacidad para absorber Ni46. Aunque las especies de Polpogan son reconocidas por su utilidad como plantas forrajeras y malezas, su potencial como herbicidas no se ha estudiado de manera extensa40,47. Otra especie de hierba, comúnmente llamada hierba Forrsk o Marvel (Dichanthium annulatum) es una hierba perenne y densamente tupida con tallos principales rizomíferos. Se utiliza para tratar la disentería y la menorragia28. Es habitante del Medio Oriente, Asia tropical y partes de África. Naturalizado en algunos lugares, como Australia47,48. D. annulatum consta de Na, Mg, K, Al, Ca, Fe, Si, Sr, Ti, Ba, H, Li, O, N, Ar y Cs, lo que aclara su estado nutricional. En Pakistán, solo se ha registrado en Punjab, Sargodha, Sheikhupura y Ladhar. En conjunto, estas especies de gramíneas se han utilizado como alimento para animales y plantas medicinales.

Teniendo en cuenta el dominio del campo, la fácil disponibilidad de estos pastos y su utilidad en la alimentación del ganado, diseñamos este estudio con el objetivo de descartar la presencia de diferentes fitoquímicos valiosos, analizar la composición proximal y evaluar la dosis. toxicidad dependiente de los fitoextractos de estas gramíneas de la tasa de germinación y crecimiento de especies indicadoras (Rhaphanus sativus). Los hallazgos de este estudio pueden proporcionar una dirección prometedora para desarrollar el potencial de la alimentación del ganado, los herbicidas derivados de plantas, los pros y los contras que subyacen a las cuentas fitotóxicas de las especies invasoras.

C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum se recolectaron en diferentes áreas de Punjab. Todos los reactivos y productos químicos que se usaron en este experimento y que se mencionan a continuación se obtuvieron de "La Universidad de Lahore".

Las muestras de plantas de pastos de prueba se recolectaron de las regiones de Sargodha y Faisalabad de Pakistán en abril de 2018. La recolección y extracción de muestras siguió la metodología descrita por Arora et al.41. La planta se lavó minuciosamente, se secó en el laboratorio a temperatura ambiente y luego se molió hasta obtener un polvo vegetal fino. La preparación del extracto de metanol implicó mezclar 250 g de material vegetal con 750 ml de metanol, que luego se sometió a un aparato rotatorio soxhlet durante 36 h. Se tuvo cuidado de que la temperatura no excediera el punto de ebullición del solvente correspondiente). El filtrado se separó utilizando papel de filtro Whatman No. 1 y el extracto resultante se colocó en vasos de precipitados y se dejó a temperatura ambiente durante una semana. Posteriormente, los extractos se concentraron en un evaporador rotatorio al vacío de laboratorio a 40 °C, se pesaron, etiquetaron y almacenaron en botellas esterilizadas a 4 °C para su posterior análisis.

Se investigó la actividad fitotóxica de C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum. El extracto de metanol de estas plantas se preparó en cinco concentraciones diferentes (10, 100, 500, 1000 y 10 000 ppm) y se probó su capacidad para inhibir la longitud de la raíz. Además, se utilizaron tres concentraciones (100, 1000 y 10 000 ppm) del extracto para evaluar su efecto sobre la germinación de semillas de rábano. También se empleó un método de sándwich utilizando polvo fino de los tres tipos de hierba (10, 30 y 50 mg). El ensayo de germinación de semillas de rábano y la inhibición de raíces se realizaron siguiendo el protocolo de Turker y Usta 200849, mientras que el método de sándwich se llevó a cabo de acuerdo con Fuji et al.50,

Todas las semillas se esterilizaron con hipoclorito de sodio durante diez minutos y luego se lavaron con agua destilada51. Cada placa de Petri (90 mm de diámetro) forrada con dos papeles de filtro (Whatman No.1) se colocó en cada placa de Petri y luego se volcaron 5 ml de cinco concentraciones diferentes de extracto (10, 100, 500, 1000 y 10,000 ppm). en cada placa con la ayuda de una pipeta. Después de la evaporación del solvente, se agregaron 5 ml de agua destilada a cada placa petri. Se colocaron diez semillas en cada placa petri, que luego se selló herméticamente y se incubó a 23 °C. La longitud de la raíz de todas las semillas se midió después de 1, 3 y 5 días. El porcentaje de inhibición del crecimiento se midió mediante la fórmula dada.

PT para el largo de raíces de semillas donde se aplicaron extractos (grupo de tratamiento), y PC para el largo de raíces donde no se usaron extractos (grupo de control).

Este experimento se realizó para verificar el potencial tóxico del extracto metanólico de tres pastos de prueba diferentes. Se prepararon cajas de Petri con papeles de filtro de la misma manera que en el experimento de inhibición de raíces. Sin embargo, las diferencias clave fueron la concentración de extractos y la cantidad de semillas utilizadas. En este experimento, se utilizaron cien semillas de rábano con tres concentraciones de extracto diferentes (100, 1000 y 10 000 ppm). El proceso de germinación se observó diariamente y la tasa de germinación se registró durante cinco días. El índice de germinación se calculó utilizando una fórmula específica.

donde N1, N2, N3

Se tomó como estándar el grupo control sin tratamiento. Las placas de Petri se mantuvieron a temperatura ambiente y la tasa de germinación se registró diariamente durante cinco días.

En el método de sándwich, se preparó una solución de agar (0,5 % p/v) y se autoclavó a 121 °C durante 15 min. Se intercalaron diferentes cantidades de material vegetal (10, 30, 50 mg) en placas de petri. Con ayuda de pipeta se aplicó 5 ml de agar sobre el material vegetal como primera capa, polvo fino de C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum se movió hacia arriba, luego el polvo se vuelve gelatinoso, nuevamente se colocó material vegetal sobre este. polvo gelatinoso, y luego se aplicó agar como segunda capa. En cada placa de Petri, se colocaron cinco semillas de rábano sobre la capa superior de agar. Las placas de Petri se cubrieron con papel de aluminio y se colocaron en una incubadora a temperatura ambiente. El crecimiento de las semillas se observó midiendo la longitud de la parte inferior de la planta (raíz) y la parte superior (hipocotilo), después de 72 h para cada semilla en crecimiento. El efecto del extracto sobre la raíz se evaluó utilizando la siguiente ecuación

PT indica inhibición de raíces de los grupos de tratamiento y PC mostró el control o tratamiento de 0 concentraciones.

Se realizaron pruebas fitoquímicas cualitativas según el protocolo de52.

Se preparó el reactivo de Mayer y el reactivo de Dragendorff para comprobar la presencia o ausencia de alcaloides. Para la preparación del reactivo de Mayer se prepararon dos soluciones. En una solución, se mezcló cloruro de mercurio (0,356 g) con 60 ml de agua, y para otra solución, se mezcló yoduro de potasio (5 g) con 20 ml de agua. Para la preparación del reactivo de Dragendorff se prepararon dos soluciones, para una solución se mezclaron 80 ml de agua destilada con 1,7 g de Nitrato de Bismuto Básico y ácido tartárico (20 g), para otra solución se mezclaron 40 ml de agua destilada con 16 g de yoduro de potasio. Ambas soluciones preparadas se mezclaron bien en una proporción de 1:1. Se preparó, calentó y filtró la mezcla de 0,5 g de extracto vegetal con 8 ml de HCl al 1%. El filtrado obtenido se trató para distinguirlo con ambos reactivos preparados. La turbidez o la precipitación es una indicación de los resultados positivos de la prueba que muestra la existencia de alcaloides en C. ciliaris.

Para eliminar el material graso, se mezclaron 0,5 g de extractos recién preparados con éter de petróleo. Esta mezcla se unió con etanol al 80% (20 ml) y luego se filtró. El filtrado obtenido se usó para la preparación de la mezcla de este filtrado y KOH al 1% (4 ml). El filtrado de color amarillo oscuro es una indicación de resultados positivos para flavonoides.

Se tomaron 0,5 g de extracto en un tubo de ensayo, se utilizó NaOH 1 M para humedecer el papel filtro y luego se cubrió el tubo de ensayo con este papel filtro. En un vaso de precipitados, se puso agua al fuego para hervir. Cuando el agua alcanza el punto de ebullición, se coloca el tubo de ensayo en ella durante unos minutos y luego se saca del agua y se retira el papel del tubo de ensayo. Se observó a la luz ultravioleta y la fluorescencia amarilla indica la presencia de cumarinas.

Se preparó una solución de FeCl3 para identificar los fenoles. Se trataron 3 o 4 gotas de esta solución con extracto de plantas para identificar los fenoles. El color negro azulado indica la presencia de fenoles.

Se colocaron 0,5 g de extracto en agua hirviendo en un tubo de ensayo y luego se enfrió el tubo a temperatura ambiente. La formación de espuma indica la presencia de saponinas.

Para la identificación de taninos, se mezclaron 0,5 g de extracto con agua destilada (20 ml) en el tubo de ensayo, se hirvió y esta mezcla se filtró. El filtrado obtenido se mezcló con solución de FeCl3 al 0,1% recién preparada. El color verde parduzco o negro azulado es indicativo de la presencia de taninos.

Investigaciones anteriores muestran una conexión entre los nutrientes naturales y los extractos crudos utilizados en la medicación convencional53. Se realizó análisis proximal para encontrar el porcentaje de contenido de humedad, materia seca, proteína, grasa y fibra cruda siguiendo el método54. El contenido de humedad se midió según el método de Nancy Trautmann y el mismo procedimiento seguido por Ashraf et al.30. Para obtener el porcentaje de proteína bruta se utilizó el método Kjeldahl más famoso y la extracción de grasa se realizó con un aparato Soxhlet. Se utilizaron tratamientos ácido-base para estimar el porcentaje de fibra cruda.

El contenido de humedad del pasto se calculó según el protocolo de Nancy Trautmann y Tom Richard. En primer lugar, se pesó un recipiente pequeño y luego se colocó 1 g de material vegetal en el horno a 105–110 °C durante 24 h para eliminar la humedad. Después de eso, la muestra se pesó nuevamente y se restó el peso del recipiente. El contenido de humedad se calculó utilizando la siguiente fórmula.

Mn para el contenido de humedad (%) del material n y WW para el peso húmedo de la muestra, y Wd es el peso de la muestra después del secado.

De acuerdo con los métodos de la AOAC descritos por Poitevin et al.55, la materia seca se determinó utilizando la fórmula

El contenido de nitrógeno total de las muestras se determinó por el método micro-Kjeldahl. El material finamente molido (1 g) se colocó en un matraz de digestión con 3 g de mezcla de digestión (sulfato de mercurio (HgSO4) y sulfato de potasio (K2SO4) en una proporción de 1:9 y 20 ml de H2SO4 concentrado. Las muestras se hirvieron en un aparato de digestión durante aproximadamente dos horas hasta que el contenido se volvió claro. El material digerido se diluyó a 250 ml. Diez ml se transfirieron al aparato de destilación micro Kjeldahl y se destilaron en presencia de 50 mg de polvo de Zn y 10 ml de NaOH (40%). El destilado se recogió en un recipiente que contenía 5 ml de ácido bórico (2%) y rojo de metilo como solución indicadora. El contenido del recipiente se tituló frente a ácido sulfúrico hasta un punto final de color rosa claro. A partir del volumen de ácido, el porcentaje de se estimó el nitrógeno y se determinó la proteína mediante la fórmula:

Se extrajo una muestra seca con éter de petróleo (400C-600C) en un aparato Soxhlet para estimar el contenido de lípidos para eliminar el componente soluble en éter. El material extraído se secó hasta peso constante en estufa a 700 °C. El contenido de lípidos se calculó utilizando la siguiente fórmula:

La muestra de plantación se hirvió en presencia de NaOH al 1,25 %, seguido de H2SO4 al 1,25 % para disolver los componentes alcalinos y solubles en ácido. El residuo que contenía fibra bruta se secó hasta peso constante. Para el cálculo de la fibra bruta se utilizó la pérdida de peso por calcinación en mufla a 500 °C.

Una muestra seca (1 g) se carbonizó en una llama oxidante hasta que no salieron humos. Luego se incendió a 600 °C en un horno de mufla para quemar toda la materia orgánica.

Los datos se ordenaron con el software Microsoft Excel 2010, el análisis estadístico se realizó con Statistix 8.1 (Analytical Software, Tallahassee, FL, EE. UU.). Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) de una vía para detectar diferencias entre los tratamientos. Se realizó la prueba de diferencia mínima significativa (LSD) para determinar las diferencias significativas entre las medias. Un valor de p < 0,01 denota significación estadística.

C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum se recolectaron de la Universidad de Lahore, Lahore, Pakistán. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las directrices y regulaciones pertinentes".

Se utilizaron semillas de rábano (Rhaphanus sativus) para evaluar los niveles de toxicidad de los extractos de tres gramíneas. La selección de semillas de rábano se basó en su facilidad de germinación, asequibilidad, tasa de crecimiento rápido y disponibilidad durante todo el año. El experimento se realizó en condiciones controladas, utilizando extracto metanólico a una concentración de 10 ppm, observándose la máxima longitud de raíces desde el primer hasta el quinto día de germinación, mientras que la inhibición de raíces fue mínima. La inhibición en la longitud de la raíz aumentó al aumentar la concentración de extractos de metanol, observándose la inhibición máxima a 10,000 ppm. Además, cuando la concentración de extracto de metanol fue de 10.000 ppm, P. monspeliensis mostró la mayor inhibición de raíces (83,58 %), seguida de C. ciliaris (73,39 %) y D. annulatum (67,42 %), como se muestra en la Fig. 1.

Inhibición de raíces de plántulas de rábano a diferentes concentraciones metanólicas de extracto metanólico de C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum.

Los datos sobre la tasa de germinación de semillas de rábano por extractos metanólicos de P. monspeliensis, C. ciliaris y D. annulatum se presentan en la Fig. 2. La máxima tasa de germinación se observó en condiciones controladas (sin extracto de metanol) desde el primer hasta el quinto día. de germinación. La tasa de germinación de las semillas disminuyó linealmente al aumentar las concentraciones de extracto de metanol preparado. Se encontró que la tasa de germinación mínima fue del 21,12 %, 31,6 % y 36,07 % con extracto de metanol de 10 000 ppm de P. monspeliensis, C. ciliaris y D. annulatum respectivamente, como se muestra en la Fig. 3.

Tasa de germinación de plántulas de rábano a diferentes concentraciones de extracto metanólico de C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum.

Tasa de inhibición de la raíz y el hipocótilo de las plántulas de rábano en diferentes cantidades de polvo de plantas C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum.

Se esterilizaron placas de Petri y se usaron para tres repeticiones de cada cantidad seleccionada (10, 30, 50 mg) de material vegetal. Se usaron dos capas de gel de agar para emparedar el material vegetal. y las semillas se colocaron en la capa superior de agar. Luego, las cajas de Petri se cubrieron con papel de aluminio y se mantuvieron en la oscuridad durante 72 h para observar cualquier inhibición en la longitud de la raíz y el hipocótilo. La adición de polvo vegetal condujo a un aumento en la tasa de inhibición. Los resultados del experimento mostraron que, en comparación con el grupo de control, las tasas máximas de inhibición para los extractos metanólicos de P. monspeliensis, C. ciliaris y D. annulatum fueron del 14,02 %, 9,80 % y 6,23 %, respectivamente, como se ilustra en la Fig. 3.

Varias actividades biológicas de las plantas pueden determinarse mediante la evaluación de sus ingredientes químicos. En la presente investigación, se realizó un análisis fitoquímico cualitativo mediante extracto de metanol de los tres tipos de pasto. El examen fitoquímico mostró que los alcaloides, flavonoides, fenoles, cumarinas y saponinas estaban presentes en C. ciliaris, P. monspeliensis, D. annulatum, mientras que los taninos estaban ausentes en todas las especies de gramíneas seleccionadas, como se muestra en la Tabla 1.

Al considerar la importancia de la flora y determinar el contenido de salud de las plantas, es importante evaluar su composición química. Además de proporcionar información sobre la calidad del alimento, el análisis próximo también puede estimar el TDN y el consumo de energía de los animales en diferentes especies y clases. Desempeña un papel vital en la evaluación de la idoneidad de las especies de plantas para los requisitos de varios rumiantes. La proteína cruda y los nutrientes digeribles son dos factores asociados con el valor alimenticio. La producción de leche, carne y reproducción de animales dependen de la proteína cruda. C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum se analizaron para el análisis de composición próxima de humedad, proteína cruda, grasa cruda, fibra cruda, materia seca y valores de ceniza que se presentan en la Tabla 2.

Los fitoquímicos son compuestos derivados de plantas; este grupo también incluye sustancias químicas metabólicas secundarias56,57. Los fitoquímicos son los principales responsables del papel terapéutico de las plantas28. Estos compuestos aumentan la absorción y utilización de nutrientes en los animales, estimulan su sistema inmunológico y mejoran su salud y productividad en general58. Nuestra investigación se centró en tres especies de gramíneas invasoras e identificó el nivel de toxicidad, el análisis fitoquímico y la composición próxima. Según los análisis fitoquímicos realizados en hierbas invasoras seleccionadas, se detectaron alcaloides, flavonoides, fenoles, cumarinas y saponinas en C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum, mientras que no se detectaron taninos. Los alcaloides actúan como insecticidas naturales y pueden proteger a los animales de enfermedades transmitidas por insectos59. Los flavonoides y los fenoles tienen propiedades antioxidantes y pueden eliminar los radicales libres dañinos, reduciendo el estrés oxidativo y la inflamación60,61,62. Los alcaloides y las saponinas de la planta hacen que los extractos de la planta sean agentes antifúngicos potenciales63. Las saponinas mejoran la digestión y la absorción de nutrientes al aumentar la permeabilidad de la pared intestinal, lo que mejora la eficiencia alimenticia64. Por lo tanto, la presencia de estos fitoquímicos en el pasto de prueba sugiere que puede mejorar la salud y el rendimiento del ganado. Además, la ausencia de taninos en el pasto de prueba es una ventaja para el ganado, ya que los taninos interfieren con la absorción de nutrientes y reducen la palatabilidad de los alimentos. Los taninos se unen a las proteínas y los carbohidratos y hacen que el alimento no esté disponible para la digestión. Los taninos pueden causar astringencia y amargor que afectan la aceptación del alimento por parte de los animales65. En general, la ausencia de factores antinutricionales en los pastos de prueba sugiere que puede ser una buena opción de forraje para todo el ganado.

Los resultados fitotóxicos de la germinación de semillas, la inhibición de raíces y los experimentos con el método sándwich sugieren que los pastos probados tienen cierto nivel de toxicidad que puede aprovecharse como herbicida natural. Los pastos probados mostraron fitotoxicidad debido a la presencia de ciertos fitoquímicos que pueden usarse como herbicida natural. Esto ofrece una solución prometedora y ecológica para los agricultores que buscan alternativas a los herbicidas sintéticos que pueden dañar el medio ambiente y la salud humana. Los pastos pueden inhibir el crecimiento de malezas al interferir con sus procesos metabólicos o al alterar sus membranas celulares. Este herbicida natural puede ser rentable, sostenible y una valiosa contribución a la agricultura sostenible.

Polypogon monspenliens puede producir más fitosideróforos y ácidos orgánicos, incluidos los ácidos cítrico, acético, oxálico y málico. Es adecuado para pastos de pasto; previene la clorosis férrica en suelos calcáreos y sistemas de cultivo intercalado con frutales17. Los compuestos bioactivos que se encuentran en D. annulatum incluyen flavonoides, terpenoides, alcoholes, fenoles y ácidos grasos. Se encontró que el ácido hexadecanoico (20-38%) es más abundante que otros compuestos que ayudan en la prevención de enfermedades28. Los resultados demostraron que los extractos metanólicos de los pastos invasivos de prueba afectaron el desarrollo de las semillas de rábano de muestra. En comparación con la longitud de la raíz, el proceso de germinación fue menos suprimido. Las raíces son fuentes de absorción y recolección de minerales, por lo que el extracto de plantas afecta significativamente a las raíces66,67. Turk et al.68 explicaron que los fenómenos de desarrollo son más vulnerables a los aleloquímicos fitotóxicos que la germinación. Las semillas del tegumento no estuvieron en contacto directo con el extracto de plantas tóxicas; las raíces se perturbaron más que las semillas, ya que se observó un retraso en el crecimiento de las raíces. Las semillas se vieron menos afectadas; podría ser porque sus tegumentos los protegían. Dandelot et al.69 observaron que las semillas de muestra eran menos sensibles a las fitotoxinas que las plántulas. La toxicidad de los fitoextractos inhibe el desarrollo radicular y aéreo de las plantas incluso si las semillas germinan70. Estos hallazgos demostraron que las concentraciones más significativas de extractos de metanol dificultan el desarrollo de las plantas y podrían investigarse más a fondo para desarrollar herbicidas a base de plantas. P. monspeliensis tiene una alta tasa de producción de biomasa. A 100 mm de salinidad de NaCl, se demostró que la germinación de las semillas se reduce drásticamente (tasa de germinación del 8 %) (P < 0,0001, F = 43,133), pero la germinación de las semillas continúa incluso a 300 mm de NaCl. El crecimiento máximo es posible con salinidad ligera (50 mm)45.

El enfoque del método sándwich fue útil para descubrir la naturaleza tóxica de la planta. Anjum y sus colegas utilizaron el enfoque de sándwich para investigar los efectos inhibidores sustanciales de Albizia lebbeck y Broussonetia papyrifera durante el examen de la influencia inhibidora de 14 plantas medicinales71. Otra investigación utilizó la técnica del sándwich para evaluar el impacto inhibidor de Ziziphus spina-christi, Desf., Juglans regia, Lavandula stoechas, Artemi-siaherba-alba Asso., Rosmarinus officinalis y Cenchrus ciliaris sobre la achicoria (Cichorium pumilum) y berseem (Trifolium alejandrino). Se usaron siete cantidades diferentes (0, 2,5, 3,75, 5,6, 6,5, 7,5 y 12,5 %) de polvo vegetal y dieron como resultado un impacto inhibidor considerable (51 %) de C. ciliaris en las semillas de berseem con la cantidad máxima de polvo vegetal72.

Se encontró una cantidad relativamente pequeña de ceniza en nuestra muestra en comparación con los otros ingredientes químicos. Varios factores que afectan el contenido de cenizas incluyen; El clima, la sequía, la humedad, el estado de madurez y la muestra adquirida en una estación particular15. Las plantas requieren varios alimentos nitrogenados para el desarrollo vegetativo. Los tres elementos fundamentales de la construcción de la vida son las proteínas, los carbohidratos y las grasas. Las proteínas que se encuentran en las semillas son cruciales para la nutrición de las plantas73,74. La planta almacena bien las proteínas en las primeras etapas de desarrollo; luego se utiliza durante la floración y fructificación y durante el período de latencia cuando su estado nutricional se deteriora75. El consumo de proteína cruda en la dieta de los rumiantes varía de 7 a 20%, dependiendo de la especie, sexo y condición fisiológica76. Nuestros pastos de prueba tenían valores de CP que oscilaban entre 7,25 y 13,95 %, lo que indica que son aptos para la alimentación animal. El valor umbral de aproximadamente un 3,6 % de proteínas brutas en los piensos es obligatorio77. D. annulatum, uno de nuestros pastos de prueba, tuvo el nivel más alto de CP (> 13). Las concentraciones de PC superiores al 13 % indican que las plantas de pastoreo ricas en proteínas, especialmente los arbustos, se pueden utilizar para complementar forrajes de baja calidad para estimular el ganado rumiante78. D. annulatum tiene componentes nutricionales (principalmente magnesio) en concentraciones considerables, que podrían ser aprovechadas en la industria alimentaria y farmacéutica28. Los lípidos son una excelente fuente de energía y ayudan a transportar las vitaminas liposolubles, protegen y preservan los tejidos vitales y realizan funciones celulares esenciales. D. annulatum consta de varios hidrocarburos, ácidos grasos, alcoholes y productos químicos volátiles. Las plantas se benefician del contenido de humedad porque regula el procesamiento, almacenamiento y transporte de los alimentos79. Sasoli et al.77 reportaron 28.08% PB, 3.02% EE y 5.15% ceniza en Polupogan monspeliensis, mientras que Cenchrus ciliaris tuvo 20.56% PB, 3.10 % EE y 19.59% ceniza. La fibra cruda en los alimentos indica la presencia de carbohidratos no digeribles y lignina. La fibra cruda ayuda a la digestión de los alimentos; Su exceso puede resultar en dolencias intestinales, menor comestibilidad y menor aprovechamiento nutricional80,81. Kirwa et al.82 observaron variaciones significativas entre los ecotipos de C. ciliaris y los niveles de fibra cruda que oscilaron entre 38,4 y 32,4%. Hoyam y colaboradores encontraron resultados similares; sugirieron que la composición de Cenchrus ciliaris es adecuada para el ganado, los resultados de la investigación mostraron 92,17 % MS, 91,14 % MO, 14,41 % CP, 0,87 % EE, 55,88 % ADF, 75,00 % FDN, 7,50 % ADL, 11,15 % NFE, 10,80 % IVOMD y 1,73% EM en Cenchrus ciliaris83.

Los resultados de la composición aproximada indican que las especies de gramíneas seleccionadas son altamente efectivas para el ganado. El alto porcentaje de materia seca muestra un alto contenido de nutrientes por unidad de peso, lo cual es valioso para cubrir los requerimientos nutricionales del ganado84. El bajo contenido de humedad indica que la hierba se puede almacenar fácilmente sin riesgo de deterioro85. El alto contenido de proteína cruda proporciona los aminoácidos esenciales necesarios para el crecimiento, mantenimiento y reparación de los tejidos animales. La grasa cruda proporciona una fuente de energía para los animales, mientras que el contenido de fibra ayuda en la digestión y mantiene la salud intestinal86. El contenido de cenizas en el pasto proporciona minerales esenciales para la salud animal. En general, los resultados de la composición aproximada sugieren que los pastos experimentales son un alimento altamente efectivo y nutritivo para el ganado, lo que puede promover la productividad y la salud en general.

El estudio actual evaluó los efectos venenosos de los extractos de metanol de todas las plantas de prueba (C. ciliaris, P. monspeliensis y D. annulatum) mediante el ensayo de germinación de semillas de rábano, el ensayo de inhibición de raíces y el método sándwich. Entonces, este estudio demostró que las tres especies de pastos muestran principios tóxicos bioactivos. Las pruebas fitoquímicas resultaron positivas para todos excepto para los taninos. Concluimos que estas plantas tienen efectos tóxicos sobre el crecimiento y la germinación y podrían explorarse en detalle para comprobar su utilidad en la formación de herbicidas. Además, también tiene muchos impactos positivos para la alimentación del ganado y la agricultura. Sin embargo, se requiere investigación de toxicidad adicional para saber acerca de su alteración de cantidad y para la información estructural y de separación de estos compuestos bioactivos responsables de la toxicidad.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Estos autores contribuyeron por igual: Shaista Jabeen y Muhammad Fraz Ali.

Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad A&F del Noroeste, Yangling, 712100, Shaanxi, China

Shaista Jabeen y Lixin Zhang

Instituto de Biología Molecular y Biotecnología, Universidad de Lahore, Campus Sargodha, Sargodha, 42100, Pakistán

Shaista Jabeen y Sunbal Khalil Chaudhari

Facultad de Agronomía, Universidad A&F del Noroeste, Yangling, 712100, Shaanxi, China

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Atta Mohi fuera de Din

Facultad de Agricultura, Universidad de Agricultura y Silvicultura de Fujian, Fuzhou, 350002, China

Talha Javed

Departamento de Botánica, Facultad de Ciencias, Universidad de Sebha, Sebha, Libia

Nouriya Salah Mohamed

Instituto de Biotecnología Industrial, Government College University, Lahore, 54000, Pakistán

Muhammad Ammar Javed

Departamento de Ciencias Vegetales, Universidad Quaid-I-Azam, Islamabad, 45320, Pakistán

Baber Ali y Mehdi Rahimi

Departamento de Biotecnología, Instituto de Ciencias y Alta Tecnología y Ciencias Ambientales, Universidad de Graduados de Tecnología Avanzada, Kerman, Irán

Mehdi Rahimi

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Conceptualización: SJ y SC; curación de datos: MFA, TJ, MAJ; análisis formal, adquisición de financiación SC, BA y MAJ: NSM, investigación MR: SJ y LZ; metodología: SJ, SC y LZ; Recursos: MR; software: AMUD y BA; validación: BA, MAJ, AMUD; visualización, SC; redacción: borrador original, SJ, MFABA y LZ; redacción: revisión y edición, AMUD, TJ, NSM, SC, BA, MR

Correspondencia a Lixin Zhang o Mehdi Rahimi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jabeen, S., Ali, MF, Mohi ud Din, A. et al. Cribado fitoquímico y potencial alelopático de fitoextractos de tres especies de gramíneas invasoras. Informe científico 13, 8080 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35253-x

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Recibido: 25 noviembre 2022

Aceptado: 15 de mayo de 2023

Publicado: 18 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35253-x

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Cribado fitoquímico y potencial alelopático de fitoextractos de tres especies de gramíneas invasoras