Inhibidores de germinación y crecimiento de maleza y hortalizas, en residuos de amaranto (Amaranthus hypochondriacus L.)
Weed and vegetable germination and growth inhibitors in amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) residues
Olga Tejeda–Sartorius1* y María T. Rodríguez–González2
1 Campus San Luis Potosí. San Luis Potosí. *Autor responsable:(olgats@colpos.mx).
2 Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Carretera México–Texcoco. Montecillo, Estado de México. (mate@colpos.mx)
]]>Recibido: Febrero, 2007.
Aprobado: Marzo, 2008.
Resumen
Los residuos vegetales pueden tener efecto alelopático sobre ciertas especies de maleza, fenómeno que puede usarse para su control, pero también pueden influir en la germinación, el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Los objetivos del presente trabajo fueron: 1) evaluar el efecto del extracto acuoso del residuo de amaranto (Amaranthus hypochondriacus L. var. Azteca) en la germinación y el crecimiento de Echinochloa crus–galli (L.) Beauv., rábano (Raphanus sativus L. var. Champion), cebolla (Allium cepa L.) y zanahoria (Daucus carota L. var. Nantes); 2) analizar el potencial inhibitorio de extractos orgánicos del residuo de amaranto en la germinación y el crecimiento de A. hybridus L. y E. crus–galli. Se realizaron dos pruebas biológicas. Para la primera se prepararon extractos acuosos en proporción 1:2.5 (v/v) residuo de amaranto:agua. Los tratamientos fueron diferentes concentraciones de fenólicos totales del extracto. Para la segunda prueba se prepararon extractos orgánicos en equipo Soxhlet, utilizando solventes de polaridad creciente (hexano, diclorometano y metanol). El extracto derivado del uso de cada solvente fue un tratamiento de prueba. Las concentraciones más altas de fenólicos totales (108 y 54 ppm) inhibieron la germinación de E. crus–galli y rábano (57 y 56%); el crecimiento de radícula (de 51 a 76%) y vástago (de 47 a 86%) de las especies usadas. Los extractos orgánicos retrasaron la germinación. La fracción diclorometánica inhibió el crecimiento de radícula (34%) y vástago (66%) de A. hybridus. Las tres fracciones orgánicas inhibieron (25% en promedio) el crecimiento de radícula de E. crus–galli; la fracción metanólica disminuyó el crecimiento del vástago (31%). Se concluye que el residuo seco de amaranto posee sustancias inhibidoras de la germinación o el crecimiento de Echinochloa crus–galli, rábano, cebolla y zanahoria. Los extractos acuosos y orgánicos afectan diferencialmente las especies analizadas.
Palabras clave: Amaranthus hypochondriacus L., Amaranthus hybridus L., Echinochloa crus–galli (L.) Beauv., alelopatía.
Abstract
Plant residues can have an allelopathic effect on certain weed species, a phenomenon that can be used for their control, but they can also affect crop germination, growth and yield. The objectives of this study were: 1) to evaluate the effect of amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) residue aqueous extract on germination and growth of Echinochloa crus–galli (L.) Beauv., radish (Raphanus sativus L. var. Champion) onion (Allium cepa L.) and carrot (Daucus carota L. var. Nantes); 2) analyze the inhibitory potential of organic extracts from A. hypochondriacus amaranth residues on germination and growth of A. hybridus L. and E. crus–galli. Two biological tests were conducted. For the first, aqueous extracts were prepared in a ratio of 1:2.5 (v/v) amaranth residue:water. The treatments were different concentrations of total phenols phenolic of the extracts. For the second bioassay, organic extracts were prepared in Soxhlet equipment using solvents of increasing polarity (hexane, dichloromethane, and methanol). The extract derived from each solvent was one test treatment. The highest concentrations of total phenolics (108 and 54 ppm) inhibited germination of E. crus–galli and radish (57 and 56%), and radicle (51 to 76%) and shoot (47 to 86%) growth of the species tested. The organic extracts delayed germination. The dichloromethane fraction inhibited A. hybridus radicle (34%) and shoot (66%) growth. The three organic fractions inhibited E. crus–galli radicle growth (25% on average), while the methanol fraction decreased shoot growth (31%). It is concluded that dry amaranth residues possess substances that inhibit germination or growth of Echinochloa crus–galli, radish, onion and carrot. The aqueous and organic extracts affect the analyzed species differentially.
]]> Key words: Amaranthus hypochondriacus L., Amaranthus hybridus L., Echinochloa crus–galli (L.) Beauv., allelopathy.
INTRODUCCIÓN
El cultivo del amaranto está resurgiendo debido al alto contenido de proteína en sus granos y a su calidad nutritiva como verdura (Stallknecht y Schulz–Schaeffer, 1993). Amaranthus hypochondriacus (originario de México y Guatemala) es la especie más extendida e importante de los amarantos productores de grano (Sánchez, 1980). Se ha reportado la importancia potencial de este cultivo para el control de maleza debido al efecto inhibitorio de sus residuos (Connick et al., 1987; Connick et al., 1989; Tejeda–Sartorius et al., 2004). La toxicidad de los residuos de diferentes cultivos impide el crecimiento de maleza y puede ser evidencia de actividad alelopática (Weston, 1996).
El fenómeno de alelopatía, propuesto como una posible alternativa para el control de maleza (Putnam y Duke, 1978; Rice, 1984; Putnam, 1985), se define como el efecto de una planta (incluyendo microorganismos) en el crecimiento de otra, mediante la liberación de compuestos químicos al ambiente. Esta definición incluye efectos positivos y negativos (Rice, 1984). El estudio de la alelopatía es muy importante para producir herbicidas más eficaces, selectivos y ambientalmente seguros (Duke, 1986; 1990).
Debido a la escasez de trabajos con A. hypochondriacus en México, en cuanto a su actividad inhibitoria o alelopática, se investigó dicho tipo de actividad mediante pruebas biológicas en laboratorio. Según Foy (1999), éste es el primer paso para investigar la probable participación de la alelopatía.
Los objetivos del presente trabajo fueron: 1) evaluar el efecto del extracto acuoso del residuo de amaranto en la germinación y el crecimiento de E. crus–galli, rábano, cebolla y zanahoria; 2) analizar el potencial inhibitorio del residuo de amaranto por medio de extractos orgánicos en la germinación y el crecimiento de A. hybridus y E. crus–galli.
La hipótesis fue que los extractos acuosos y orgánicos de A. hypochondriacus inhiben la germinación y el crecimiento de las especies en estudio.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Material vegetalSe usaron tallos secos del residuo de amaranto (A. hypochondriacus L. var. Azteca), cosecha 2002, proporcionado por el Área de Ecofisiología de cultivos del Colegio de Postgraduados (Montecillo, México). El material se secó en invernadero, se molió (molino Standard Model No. 3, Wiley Mill) a un tamaño de 2 mm diámetro y se almacenó en bolsas de plástico conservadas a temperatura ambiente.
Extractos acuosos
El extracto acuoso se preparó mezclando el residuo con agua destilada en proporción 1:2.5 (v/v), se agitó 30 h en un agitador mecánico (Ikalabortechnik K250 Basic), y se filtró con vacío.
Extractos con solventes orgánicos
Se realizó en equipo Soxhlet, usando 30 g del residuo de amaranto, colocado en cartuchos de papel filtro Whatman #1. Se usaron solventes de polaridad creciente: hexano, diclorometano y metanol (MERCK, KGaA). En cada extracción se usaron 300 mL de cada solvente y los extractos finales se concentraron en un rota–evaporador (BÛCHI R–124). El tiempo de extracción varió para cada solvente.
Tratamientos
Se realizaron dos pruebas biológicas. En la primera se evaluó el efecto del extracto acuoso del residuo de amaranto a diferentes concentraciones (ppm) de fenólicos totales (tratamientos; Tejeda–Sartorius et al., 2004): 108 (concentración inicial del extracto), 54, 27, 13.5, 6.75, 3.38, 1.69 y 0.84 (diluciones de la concentración inmediata anterior); hubo un testigo con agua destilada (TEH2O).
En la segunda prueba se evaluó el efecto de los extractos orgánicos del residuo de amaranto; los tratamientos fueron el extracto derivado de cada solvente (hexano, diclorometano y metanol). Hubo dos testigos: 1) sólo se usó agua destilada (TEH2O); 2) agua destilada más el solvente orgánico (TEH2O+SOLV) usado en la extracción.
Pruebas biológicas
]]> Se hicieron en cajas Petri, usando papel filtro Whatman #1. Se aplicó 1.1 mL de cada tratamiento (de extractos acuosos y orgánicos). Los extractos orgánicos se aplicaron en concentración de 1000 ppm, se evaporó el disolvente a temperatura ambiente por 1 h, y se aplicó agua en la misma cantidad (1.1 mL) para permitir la germinación.Como malezas se usaron semillas de Amaranthus hybridus L. y Echinochloa crus–galli (L.) Beauv., obtenidas de plantas cultivadas en invernadero (las de A. hybridus son de plantas que crecen en la zona de estudio). Como hortalizas se usaron semillas comerciales de rábano (Raphanus sativus L. var. Champion), cebolla (Allium cepa L.) y zanahoria (Daucus carota L. var. Nantes).
Para las pruebas biológicas con el extracto acuoso se usaron cinco semillas de E. crus–galli, rábano y cebolla, y 10 de zanahoria, por repetición. Para las pruebas con extractos orgánicos se usaron 10 semillas de A. hybridus y 10 de E. crus–galli, por repetición
Las cajas se incubaron en una cámara de crecimiento (Freas 815 Low Temperature Incubator, PS GCA Corporation), a 25±1 °C, en oscuridad, por tiempo variable dependiendo del tiempo de germinación de cada especie.
Diseño experimental
Las cajas Petri en las pruebas biológicas tenían cuatro divisiones, y cada división se usó como una repetición del tratamiento, con cuatro cajas por tratamiento (16 repeticiones por tratamiento). El diseño fue completamente al azar.
Variables
Las variables fueron: 1) porcentaje de inhibición de la germinación (%IG), para lo cual se consideró 100% el número de semillas germinadas en TEH2O; 2) longitud del vástago y la radícula (mm) al término de cada prueba.
Análisis estadístico
Se hizo un análisis de varianza con los datos, y las medias de tratamientos se compararon con la prueba de Tukey (p<0.05). Los tratamientos se analizaron independientemente para cada prueba biológica y cada especie.
]]>RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto del extracto acuoso del residuo de amaranto
Echinochloa crus–galli (L.) Beauv.
La germinación de E. crus–galli disminuyó (p<0.05) con la concentración más alta (108 ppm) 55 y 57% a las 48 y 72 h, en relación con TEH2O, aunque la inhibición disminuyó a las 96 h (Figura 1). La concentración más alta inhibió (p<0.05) la elongación de la radícula y vástago (65 y 47%), respecto al testigo, a las 96 h (Figura 1). El efecto inhibitorio del extracto acuoso del residuo de amaranto en E. crus–galli, es similar al efecto de los extractos de paja de arroz (Chung et al., 2003). Estos autores reportaron que dichos extractos fueron los más inhibitorios de E. crus–galli (22%), comparados con los extractos de las cascarillas (8%) y hojas (12%).
Raphanus sativus L.
La concentración más alta (108 ppm) inhibió (p<0.05) la germinación de rábano de 24 a 72 h (82 y 56%), respecto a TEH2O. Algunas concentraciones (3.38 y 0.84 ppm) estimularon la germinación a las 24 y 48 h, pero a las 72 h las semillas del testigo igualaron la germinación de las semillas en esas concentraciones (Figura 2A). Las dos concentraciones más altas (108 y 54 ppm) redujeron más que las otras concentraciones, el crecimiento de radícula (71 y 51%), y vástago (73 y 57%; p<0.05) comparado con TEH2O (Figura 2A).
Allium cepa L.
La germinación de cebolla no disminuyó con las concentraciones de fenólicos (Figura 2B). Respecto al crecimiento, el resultado más sobresaliente fue que la concentración de 108 ppm disminuyó (p<0.05) la longitud de la radícula (75%) y vástago (67%) respecto al TEH2O (Figura 2B).
Daucus carota L.
]]> La concentración de 108 ppm inhibió la germinación sólo a las 96 (100%) y 120 h (75%); al final de la prueba biológica (192 h) la germinación no fue diferente (p>0.05) a la de TEH2O (Figura 2C). Las concentraciones 108 y 54 ppm disminuyeron (p<0.05) la elongación de radícula (76 y 66%) y vástago (86 y 78%; Figura 2C).Algunos autores han reportado el efecto inhibitorio de compuestos fenólicos, en extractos de diferentes cultivos, sobre la germinación o el crecimiento de plantas, dependiendo de su concentración. Chon y Kim (2004) señalaron que los extractos acuosos de cebada, avena, arroz y trigo inhiben el crecimiento de raíz de E. crus–galli Beauv var. oryzicola Ohwi. La inhibición se atribuyó a compuestos fenólicos, y al aumentar la concentración de dichos compuestos en los extractos, el crecimiento de la raíz disminuyó significativamente. Wu et al. (1998) encontraron que la germinación y el crecimiento de la radícula de Lolium rigidum Gaud. fueron inhibidos significativamente por extractos acuosos de tallo de seis cultivares de trigo. La inhibición estuvo correlacionada positivamente con los ácidos fenólicos totales en cada extracto. Estos resultados coinciden con los de la presente investigación, ya que aquí se muestra el efecto inhibitorio de los fenólicos totales en el residuo de amaranto, y cómo el aumento en la concentración disminuye más la germinación y el crecimiento. Además, el presente trabajo coincide con los resultados reportados por Tejeda–Sartorius et al. (2004), quienes mostraron un efecto inhibitorio del mismo extracto y las mismas concentraciones de fenólicos totales en A. hybridus, donde las más altas (108 y 54 ppm) causaron la mayor inhibición. En el presente trabajo, el hecho de que en algunos casos la inhibición de la germinación disminuya y sea similar al testigo, sugiere que se debe investigar otras concentraciones del extracto para establecer umbrales máximos y mínimos de inhibición.
Efecto del extracto orgánico del residuo de amaranto
Amaranthus hybridus L.
Los extractos orgánicos de amaranto, en sus diferentes polaridades, no cambiaron (p>0.05) la germinación de A. hybridus. Sólo la fracción diclorometánica inhibió (p<0.05) 22 y 8%, a las 24 y 48 h, comparado con TEH2O (Cuadro 1). Respecto al crecimiento, dicha fracción redujo la elongación de la radícula (34%), mientras que las fracciones hexánica y diclorometánica inhibieron el crecimiento del vástago (32 y 66%), en relación con TEH2O (Cuadro 2).
Echinochloa crus–galli (L.) Beauv.
Los extractos orgánicos inhibieron la germinación (p<0.05) de E. crus–galli respecto a los testigos sólo a las 48 h; a las 72 h ya no hubo inhibición (Cuadro 1). Dichos extractos inhibieron (p<0.05) el crecimiento de radícula (25% promedio de las tres fracciones orgánicas). El crecimiento del vástago se redujo (p<0.05) sólo por la fracción metanólica (p<0.05) respecto a TEH2O (Cuadro 2).
Se observó un efecto diferencial de daño a las estructuras o a los procesos germinación–crecimiento. Al respecto, Rasmussen y Einhellig (1979) señalaron que hay efectos alelopáticos en germinación versus crecimiento, dependiendo de la especie y concentración de compuestos (Guenzi y McCalla, 1966). Tal vez el crecimiento de la plántula es más sensible a la alelopatía que la germinación de la semilla, como se observó en esta investigación (Einhellig, 1986).
Coincidiendo con lo anterior, se observó que en algunos casos, como en cebolla, el extracto acuoso de amaranto no inhibió la germinación, lo cual indica que los compuestos inhibitorios del extracto no pudieron penetrar las membranas celulares de la testa. Sin embargo, en la mayoría de los casos en que hubo germinación, el crecimiento disminuyó. Ésto probablemente significa que los compuestos fenólicos influyeron en las estructuras destinadas a la elongación, deteniendo su proceso o alterando el balance hormonal (reguladores del crecimiento de raíz y tallo). Al respecto, Einhellig (1986) hipotetizó que los compuestos fenólicos tienen sus efectos primarios en las funciones de membrana y las interacciones con hormonas. En el presente trabajo, en los casos de inhibición del crecimiento, se observaron deformaciones y encorvamiento de radícula o vástago de las plántulas, así como color café oscuro, comparado con el crecimiento firme y sin curvaturas, y color blanco de dichas estructuras de las plántulas crecidas en el testigo con agua.
Además de las posibles sustancias inhibidoras solubles en agua en el residuo de amaranto, el efecto de los extractos orgánicos del residuo sugiere la presencia de compuestos no solubles en agua, inhibidores de la germinación o el crecimiento.
]]>CONCLUSIONES
El extracto acuoso del residuo de amaranto posee sustancias inhibidoras de la germinación o el crecimiento de E. crus–galli, rábano, cebolla y zanahoria. Los fenólicos totales, en concentraciones de 108 y 54 ppm principalmente, son parcialmente responsables de dicha inhibición. Los extractos orgánicos de residuo de amaranto (hexánico, diclorometánico y metanólico), retrasaron la germinación de A. hybridus y E. crus–galli. Además, dichas fracciones disminuyen diferencialmente el crecimiento de radícula o vástago de ambas especies. Los resultados confirman la complejidad y variabilidad de los efectos alelopáticos.
LITERATURA CITADA
Chon S., U., and Y. M. Kim. 2004. Herbicidal potential and quantification of suspected allelochemicals from four grass crop extracts. J. Agron. and Crop Sci. 190(2): 145–150. [ Links ]
Chung I., M., K. H. Kim, J. K. Ahn, S. B. Lee, S. H. Kim, and S. J. Hahn. 2003. Comparison of allelopathic potential of rice leaves, straw, and hull extracts on barnyardgrass. Agron. J. 95: 1063–1070. [ Links ]
Connick W., J., J. M. Bradow, M. G. Legendre, S. L. Vail, and R. M. Menges. 1987. Identification of volatile allelochemicals from Amaranthus palmeri S. Wats. J. Chem. Ecol. 13(3): 463–472. [ Links ]
Connick W., J., J. M. Bradow, and M. G. Legendre. 1989. Identification and bioactivity of volatile allelochemicals from amaranth residues. J. Agric. and Food Chem. 37: 792–796. [ Links ]
Duke S., O. 1986. Microbially produced phytotoxins as herbicides –a perspective. In: Putnam A. R., and C. S. Tang (eds). The Science of Allelopathy. John Wiley & Sons, Inc., New York, USA. pp: 287–304. [ Links ]
Duke S., O. 1990. Natural pesticides from plants. In: Janick, J., and J. E. Simon (eds). Advances in New Crops. Timber Press, Portland, OR. pp: 511–517. [ Links ]
Einhellig F., A. 1986. Mechanisms and modes of action of allelochemicals. In: Putnam A. R., and C. S. Tang (eds). The Science of Allelopathy. John Wiley & Sons, Inc., New York, USA. pp: 171–188. [ Links ]
Foy C., L. 1999. How to make bioassays for allelopathy more relevant to field conditions with particular reference to cropland weeds. In: Inderjit, K., M. M. Dakshini, and C. L. Foy (eds). Principles and Practices in Plant Ecology: Allelochemical Interactions. CRC Press, Boca Raton, FL. pp: 25–33. [ Links ]
Guenzi W., D., and T. M. McCalla. 1966. Phenolic acids in oats, wheat, sorghum, and corn residues and their phytotoxicity. Agron. J. 58: 303–304. [ Links ]
Menges R., M. 1987. Allelopathic effects of palmer amaranth (Amaranthus palmeri) and other plant residues in soil. Weed Sci. 35: 339–347. [ Links ]
Menges R., M. 1988. Allelopathic effects of palmer amaranth (Amaranthus palmeri) on seedling growth. Weed Sci. 36: 325–328. [ Links ]
Putnam A., R. 1985. Weed allelopathy. In: Duke S., O. (ed). Weed Physiology. Vol. I. CRC Press, Boca Raton FL, USA. pp: 131–155. [ Links ]
Putnam A., R., and W. B. Duke. 1978. Allelopathy in agroecosystems. Ann. Rev. of Phytopathol. 16: 431–451. [ Links ]
Rasmussen J., A., and F. A. Einhellig. 1979. Inhibitory effects of combinations of three phenolic acids on grain sorghum germination. Plant Sci. Lett. 14(1): 69–74. [ Links ]
Rice, E. L. 1984. Allelopathy. 2nd ed. Academic Press, Orlando, FL. 422 p. [ Links ]
Sánchez M., A. 1980. Potencialidad Agroindustrial del Amaranto. Centro de Estudios Económicos y Sociales del Tercer Mundo. Chapingo, México, D. F. 238 p. [ Links ]
Stallknecht G., F., and J. R. Schulz–Schaeffer. 1993. Amaranth rediscovered. In: Janick, J., and J. E. Simon (eds). New Crops. John Wiley & Sons, Inc. New York. pp: 211–218. [ Links ]
Tejeda–Sartorius, O., J. A. Escalante, M. Soto, M. T. Rodríguez, H. Vibrans, y M. E. Ramírez. 2004. Inhibidores de la germinación en el residuo seco del tallo del amaranto (Amaranthus hypochondriacus). Rev. Soc. Quím. Méx. 48: 118–123. [ Links ]
Weston L., A. 1996. Utilization of allelopathy for weed management in agroecosy stems. Agron. J. 88: 860–866. [ Links ]
Wu, H., J. Pratley, D. Lemerle, T. Haig, and B. Verbeek, 1998. Differential allelopathic potencial among wheat accessions to annual ryegrass. Proceedings of the 9th Australian Agronomy Conference, Wagga Wagga. [ Links ] ]]>