Potencial alelopático de Brassica campestris subsp. rapa y Lolium temulentum sobre la germinación de semillas de tomate

Allelopathic potential of Brassica campestris subsp. rapa and Lolium temulentum regarding tomato seed germination

¹ Docente, Universidad de Cundinamarca, Fusagasugá (Colombia). e-mail: carolina.zamoranom@gmail.com
² Profesora titular, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. e-mail: ciliafuentes@lycos.com

Fecha de recepción: 05 de septiembre de 2005. Aceptado para publicación: 21 de noviembre de 2005

Resumen

Con el objeto de evaluar el potencial alelopático de los extractos de hojas de nabo (Brassica campestris subsp. rapa) y raigrás (Lolium temulentum), utilizando dos solventes (agua y metanol), se desarrollaron bioensayos con semillas pregerminadas de tomate en el laboratorio de Malherbología de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Los bioensayos tuvieron un diseño de bloques al azar con tres repeticiones y se replicaron tres veces. Las concentraciones de los extractos utilizados fueron 10, 25, 50 y 100 g· L^-1. Como variables se midieron: el porcentaje de germinación, la longitud del brote aéreo y raíz y, adicionalmente, se calculó el porcentaje de elongación con respecto al control. No hubo efectos de los extractos sobre la germinación de semillas de tomate. Los extractos acuosos de nabo tuvieron efectos estimulantes sobre la elongación de la raíz del tomate, con concentraciones de 10 g· L^-1, y detrimentales en el rango de 25 a 100 g· L^-1; la concentración que redujo el crecimiento en 50% (DC₅₀) estuvo entre 44 y 49 g· L^-1, para la longitud de raíz y de brote aéreo, respectivamente. Los extractos metanólicos de nabo disminuyeron la elongación de la raíz de tomate a medida que aumentaba la concentración del extracto. El efecto de los extractos de raigrás sobre la elongación de la raíz del tomate fue similar con los dos solventes, disminuyéndola 40% en promedio con las concentraciones de 10 a 100 g· L^-1; la DC₅₀ se calculó para el porcentaje de elongación de la raíz con extracto acuoso y fue 10 g· L^-1.

Palabras claves adicionales: Lycopersicon esculentum, alelopatía, extracto.

Bioassays were carried out for evaluating the allelopathic potential of 10, 25, 50, and 100 g· L^-1 aqueous and methanolic concentrations of turnip (Brassica campestris subsp. rapa) and ryegrass (Lolium temulentum) leaf extracts in pre-germinated tomato seeds in the Universidad Nacional de Colombia’s Weed Science laboratory. Germination percentage and shoot and root elongation were measured; elongation and germination inhibition were also calculated. Results did not reveal any effects of the extracts (10, 25, 50 and 100 g· L^-1) on tomato seed germination. Aqueous turnip extracts were seen to stimulate tomato root elongation at 10 g· L^-1 and be detrimental at 25 to 100 g· L^-1. DC₅₀ was 44 and 49 g· L^-1 for root and shoot elongation, respectively. Methanolic turnip extracts reduced tomato root elongation as extract concentration increased. Ryegrass extract effect on tomato root elongation response was similar regarding the two solvents (aqueous and methanolic); it became reduced by 40% at concentrations of 10 to 100 g· L^-1; DC₅₀ calculated for aqueous extract root elongation was 10 g· L^-1.

Additional key words: Lycopersicon esculentum, allelopathy, extract.

Introducción

LA MAYORÍA DE LOS COMPUESTOS ALELOPÁTICOS se ha obtenido de las especies vegetales, aunque recientemente, como lo estudió Kremer (2000), se ha explorado el potencial de los microorganismos del suelo. Por su parte, los avances en las técnicas analíticas y bioquímicas, entre otras, en los métodos de extracción e identificación de compuestos activos e, incluso, en los bioensayos, han permitido desarrollos importantes en el campo de la alelopatía.

Tukey (1966) reporta trabajos sobre lixiviados obtenidos a partir de hojas, aunque anota que otras partes de las plantas pueden liberar compuestos alelopáticos al contacto con agua. Este método es uno de los que con más frecuencia se utiliza en tejidos de tallos y raíces de plantas que se sospecha tienen potencial alelopático; por su parte, Liebman y Ohno (1998) anotan que en estos lixiviados lo más importante es mantener la estabilidad de las sustancias extraídas.

La extracción de los compuestos de las especies que se presumen con potencial alelopático es una parte primordial en los bioensayos (Inderjit y Dakshini, 1994), y dentro de ellos se encuentra la discrimación entre solventes orgánicos e inorgánicos.

En especies de los géneros Brassica y Sinapis (Cruciferae) se han identificado compuestos alelopáticos como alil isotiocianato y Β-fenetil isotiocianato (Choesin y Boerner, 1991), y Carpentier et al. (1998), que emplearon diferentes solventes para la extracción de compuestos alelopáticos en Brassica napus, sugieren que el uso del metanol puede evitar el problema de la actividad de la enzima mirosinasa (que descompone compuestos como los glucosinolatos, comunes en la familia Brassicaceae) y reduce la extracción de compuestos indeseables; sin embargo, también sugieren que el metanol es un solvente tóxico. En L. temulentum, Hartley et al. (1988) encontraron en las paredes celulares compuestos fenólicos relacionados con el ácido ferúlico y cumárico, compuestos solubles en agua.

En la mayoría de los bioensayos con compuestos alelopáticos se prefiere hacer las evaluaciones con especies cultivadas sensibles. Macías et al. (2000) sugieren que el uso de semillas de cultivos comerciales permite generar modelos generales sobre los aleloquímicos y, en especial, en lo referente a efectos estimulantes. Esas semillas tienen además la ventaja de ser genéticamente más homogéneas que las semillas de malezas, germinar uniformemente y estar disponibles con facilidad.

El objetivo de este trabajo fue determinar los efectos causados por extractos en dos tipos de solventes (agua y metanol) de Brassica campestris subsp. rapa (L.) Calpham y de Lolium temulentum L., sobre tomate Lycorpesicon esculentum var. Santa Clara, una planta muy sensible a herbicidas.

Se realizaron bioensayos con diferentes concentraciones de los extractos acuosos y metanólicos de Brassica. campestris subsp. rapa y de Lolium temulentum (10, 25, 50, y 100 g· L^-1). Los extractos (5 mL) se utilizaron para humedecer el papel filtro de una caja Petri, en donde se colocaron semillas pregerminadas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill var. Santa Cruz Kada); esto con el fin de garantizar la viabilidad de la semilla.

Las semillas se colocaron en una cámara de crecimiento (WTB-Binder) a 28 °C y completa oscuridad. Siete días después de la exposición a los extractos, se registró el porcentaje de germinación, la longitud del brote aéreo (cm) y de la raíz (cm) y se calculó el porcentaje de inhibición de la enlongación del brote y la raíz, con respecto al testigo sin tratar, con la siguiente fórmula:

donde, L: longitud (promedio para el testigo).

Se realizaron regresiones log-logísticas siguiendo el modelo propuesto por Seefeldt et al. (1995):

donde, C: límite inferior (concentración alta) ]]> D: límite superior (concentración baja)
b: pendiente
DC₅₀: concentración que reduce el crecimiento en 50%.

El modelo se empleó sobre los datos de longitudes de raíces y brotes aéreos en cada uno de los experimentos y se efectuaron regresiones probit para los porcentajes de elongación, con respecto al control. De esas regresiones se escogieron las curvas que mejor describieran la respuesta, con base en el valor de la concentración DC₅₀ calculada en cada caso.

Resultados y discusión

El porcentaje de elongación, con respecto al control de la raíz de tomate con extractos acuosos de B. campestris subsp. rapa (figura 1), tuvo un comportamiento decreciente: la elongación de la raíz con respecto al testigo disminuyó con el aumento de la concentración. Con la concentración de 10 g· L^-1 no se obtuvo inhibición de la elongación de la raíz, resultado que coincide con lo que sugieren Butgko y Jensen (2002) sobre los extractos de tejidos vegetales, que en bajas concentraciones frecuentemente estimulan la germinación y/o el crecimiento de una planta.

En el caso del extracto en metanol (figura 1), la inhibición en la elongación mostró una relación directa con la concentración del extracto: a mayor concentración, mayor inhibición en la elongación de la raíz con respecto al control. Esa respuesta estaría relacionada con lo que referencian Carpentier et al. (1998) sobre el uso del metanol que, al evitar la actividad de una enzima, hace menos variable el efecto del extracto de B. campes-tris subsp. rapa , si se compara con el comportamiento del extracto acuoso.

Para ambos solventes, el valor máximo de reducción de crecimiento estuvo por encima de 80%, lo que sugiere el efecto detrimental de extractos de esta especie al ser utilizados en cultivos como el tomate, así como el gran beneficio para el control de flora no deseada dentro de los sistemas de cultivo.

Con los extractos de L. temulentum, las concentraciones entre 25 y 50 g· L^-1 pueden considerarse como las mejores, pues permiten alcanzar una reducción de 50% en el crecimiento en longitud de la raíz de tomate. Los compuestos extraídos de las hojas de L. temulentum parecen ser más estables en las condiciones evaluadas y, aunque no logran reducciones del crecimiento, con respecto al control, tan altos como en el caso de B. rapa (80% vs. 60%), la estabilidad de los compuestos podría ser una fortaleza en el momento de su incorporación en las prácticas agrícolas.

En referencia a la respuesta del tomate a los extractos en los dos solventes escogidos, Kato-Noguchi (2000) encontró, al trabajar con fracciones de Evolvulus alsinoides en n-hexano, acetona y agua sobre el crecimiento de Lactuca sativa, que la fracción soluble en agua fue la que mayor efecto tuvo sobre el crecimiento, con una I₂₅ (dosis que reduce el crecimiento en un 50%, equivalente a DC₅₀) de 0,01 mg· mL^-1, frente a 0,14 y 0,032 mg· mL^-1 para las fracciones en acetona y n-hexano, respectivamente. Adicionalmente, Inderjit y Dakshini (1994 y 1995) sugieren que, en términos de la importancia ecológica de los compuestos involucrados en la interferencia alelopática, es deseable que ellos sean solubles en agua, por tratarse de un solvente común e inocuo ambientalmente.

El porcentaje de germinación (tabla 1) no fue una variable importante para evaluar el efecto de los extractos, puesto que los valores obtenidos en todos los casos fueron de 100%, sugiriendo, en el caso de L. esculentum, que no tienen efecto sobre los procesos relacionados con la germinación y que esa respuesta podría asumirse como igual para otro tipo de semillas, dada la susceptibilidad de esta especie a variaciones en el medio de germinación. De igual manera, el pH no tuvo variaciones importantes por causa de las sustancias evaluadas, manteniéndose entre 6 y 7 unidades, valores considerados dentro del rango óptimo de pH para la germinación y el crecimiento de plantas (Macías et al., 2000).

El cálculo de la concentración DC₅₀ no fue posible para todas las variables (tabla 1); las DC₅₀ del extracto acuoso de B. campestris subsp. rapa para las longitudes de la raíz y el brote aéreo no se obtuvieron, pero sí las de los extractos en agua y metanol para los porcentajes de elongación, 14,3 y 8,9 g· L^-1, respectivamente. Para los datos de longitud del brote aéreo, se pudo determinar la concentración del extracto de B. campestris subsp. rapa en agua y metanol que produce 50% de inhibición en la elongación (34,4 y 8,0 g· L^-1, respectivamente).

Para los extractos de L. temulentum, a pesar de su actividad inhibitoria del crecimiento con respecto al testigo (figura 2), no se pudo calcular la DC₅₀ en los dos solventes (tabla 1), lo que puede deberse a la presencia de datos tanto para inhibición como para estímulo del crecimiento; es posible que, si se obvian esos datos, pueda encontrarse un valor de DC₅₀, pero no correspondería a la realidad experimental.

Los resultados expuestos en este trabajo sugieren que los efectos de los extractos de B. campestris subsp. rapa y de L. temulentum pueden verificarse con la variable longitud, pues pudo ajustarse con el modelo log-logístico. Esto coincide con lo que reportan Macías et al. (2000), quienes evaluaron efectos de algunos herbicidas comerciales sobre semillas de hortalizas, con el fin de estandarizar metodologías para evaluación de aleloquímicos en bioensayos y concluyeron que la longitud de raíces es una de las mejores variables para evaluar la actividad de un compuesto, por los menores valores de la desviación estándar en semillas pequeñas, como las de tomate.

Con los resultados obtenidos bajo las concentraciones evaluadas en L. esculentum, se sugiere que con otras especies de hortalizas, usadas comúnmente en ensayos de alelopatía, y con especies de malezas se emplee en los ensayos un rango de concentración un poco más amplio, por debajo de 10 g· L^-1, y menos espaciado entre 10 y 100 g· L^-1, con el fin de observar mejor el comportamiento de las variables y definir si el rango de estímulo de algunos de los extractos se encuentra por debajo de 10 g· L^-1.

Literatura citada

Butgko, V.M. y R.J. Jensen. 2002. Evidence of tissue-specific allelopathic activity in Euthamia graminifolia and Solidago canadensis (Asteraceae). Amer. Midland Naturalist 148 (2), 253-262.         [ Links ]

Carpentier, N., S. Bostyn y J.P. Coïc. 1998. Isolation of a rich glucosinolate fraction by liquid chromatography from an aqueous extract obtained by leaching dehulled rapeseed meal (Brassica napus L.). Ind. Crops Prod. 8, 151-158.         [ Links ]

Choesin, D.N. y R.E.J. Boerner. 1991. Allyl isothiocyanate release and the allelopathic potencial of Brassica napus (Brassicaceae). Amer. J. Bot. 78(8), 1083-1090.         [ Links ]

Hartley, R.D., R.W. Frederick y P.J. Harris. 1988. 4,4’ Dihydroxytruxillic acid as a component of cell walls of Lolium multiflorum. Phytochem. 27 (2), 349-357.         [ Links ]

Inderjit y K.M.M. Dakshini. 1994. Allelopathic effect of Pluchea lanceolata (Asteraceae) on characteristics of four soils and tomato and mustard growth. Amer. J. Bot. 81(7), 799-804.         [ Links ]

Inderjit y K.M.M. Dakshini. 1995. On laboratory bioassays in allelopathy. Bot. Rev. 61(1), 28-44.         [ Links ]

Kato-Noguchi, H. 2000. Assessmente of the allelopathic potential of extracts of Evolvulus alsinoides. Weed Res. 40, 343-350.         [ Links ]

Kremer, R.J. 2000. Growth supression of annual weeds by deleterious rhizobacteria integrated with cover crops. pp. 931-940. En: Spencer, N.R. (ed.). Proc. X International symposium on biological control of weeds. July 4-14, 1999. Montana State University, Bozeman, MT.         [ Links ]

Liebman, M. y T. Ohno. 1998. Crop rotation and legume residue effects on weed emergence and growth: applications for weed management. pp.181-221. En: Hatfield, J.L., D.O. Buhler y B.A. Stewart (eds.). Integrated weed and soil management. Ann Arbor Press, Michigan.         [ Links ]

Macías, F.A., D. Castellano y J.M.G. Molinillo. 2000. Search for a standard phytotoxic bioassay for allelochemicals. Selection of standard target specie. J. Agr. Food Chem. 48, 2512-2521.         [ Links ]

Seefeldt, S.S., J.E. Jensen y E.P. Fuerst. 1995. Log-logistic analysis of herbicide dose-response relationships. Weed Technol. 9, 218-227.         [ Links ]

Tukey, H.B. Jr. 1966. Leaching of metabolites from above ground plant part and its implications. Bul. Torrey Bot. Club 93, 385-401.         [ Links ]