اثرات علف‌کشی اسانس چهار گونه پونه‌سا بر خردل وحشی (Sinapis arvensis L.) و یولاف وحشی زمستانه (Avena ludoviciana Dur.)

مقدمه

علف­کش­های شیمیایی مورد استفاده جهت کنترل علف­های‌هرز باعث خسارت­های زیست­محیطی می‌شوند و برای سلامتی انسان نیز مضر هستند (Singh et al., 2003; Dayan et al., 2009)؛ از این­رو در سال­های اخیر، استفاده از روش­های جایگزین در مدیریت علف­های‌هرز، بسیار مورد توجه واقع شده است (Duke, 2010; Vokou, 2007). در حال حاضر، بیشتر تحقیقات روی راهکارهای مبتنی بر استفاده از ترکیبات طبیعی متمرکز هستند (Angelini, 2003;  Mao et al., 2004; Vurro et al., 2009).

اسانس­های گیاهان معطر متعلق به خانواده­های نعناع[1]، کاسنی[2]، مورد[3] ،سرو[4]، سداب[5] و شاهپسند[6]، دارای اثرات آللوپاتیک هستند (Amri et al., 2013; Angelini et al., 2003, Dudai et al., 1999; Kaur et al., 2010, Verdeguer et al., 2011). همچنین پتانسیل دگرآسیبی اسانس گونه­های متفاوت از خانواده نعناع مانند مریم­گلی (Salvia apiana) (Muller et al., 1964)، مرزه (Satureja hortensis)،آویشن (Thymus vulgaris) (Tworkoski, 2002)، آویشن شیرازی (Zataria multiflora) (Saharkhiz et al., 2010)، رزماری (Rosmarinus officinalis) (Angelini et al., 2003)، لاوندر (Lavandula spp.)، نعناع فلفلی (Mentha × piperita L. CV. Mitcham) (Campiglia et al., 2007, Mahdavikia & Saharkhiz, 2015) و گونه­های مرزه (S .bachtiaricaو S. khuzestanica (Taban et al., 2013) مشخص شده است.

چنس پونه­سا[7] یکی از بزرگترین جنس­های خانواده نعناع است که دارای حدود 300 گونه علفی چندساله و یک­ساله است (Formisano et al., 2011). بیشترین تنوع و غنای گونه­ای آن در جنوب غربی آسیا و غرب هیمالیا یافت می­شود. 79 گونه از جنس پونه­سا در ایران یافت می­شود که 39 گونه آن بومی هستند (Jamzad, 2012). تحقیقات زیادی روی تنوع و ویژگی­های شیمیایی گونه­های پونه­سا انجام شده است. اکثر گونه­های پونه­سا غنی از اسانس هستند. فعالیت­های بیولوژیکی متنوع اسانس این گونه مانند جلب کننده سگ­ها و گربه­ها،  دور­کننده حشرات، ضد باکتری، ضد قارچ و ضد ویروس قبلا گزارش شده است (Tucker & Tucker, 1988). گزارشاتی در مورد اسانس گونه پونه­سا در ایران وجود دارد
(Jamzad, 2012).

ترکیبات شیمیایی تشکیل دهنده اسانس گونه­های
 N. meyeri Benth (Sefidkon, 2004)،
 N. eremophila ، N. crispa، N. mahanensis،
 N. ispahanica، N. eremophila و N. rivularis (Sefidkon et al. 2005)، N. asintenisii Bornm (Sajjadi, 2005) و N. involucrate  (Sonboli et al., 2005) قبلا مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین موتلا و اتیکی (Mutlu & Atici, 2009) و بابا احمدی و همکاران (Babaahmadi et al., 2013) اثرات سمی عصاره گونه­های پونه­سا را مورد مطالعه قرار دادند و عنوان کردند که این عصاره ­ها از جوانه‌زنی بذر تاج­خروس وحشی (Amaranthus retroflexus) و قدومه (Alyssum hirsutum) جلوگیری کردند.

مطالعات زیست سنجی یا مزرعه­ای روی خاصیت علف­کشی گونه­های N. menthoides،
 N. mahanensis ، N. elymiatica Bornm و
 N. binaludensisکه بومی ایران هستند تاکنون انجام نشده است. هدف از این تحقیق، بررسی اثرات دگرآسیبی و علف­کشی اسانس چهار گونه پونه­سا بر جوانه­زنی، رشد گیاهچه، خسارت چشمی و ویژگی­های فیزیولوژیکی (مقدار کلروفیل، نشت الکترولیتی و تجمع پرولین) خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه به عنوان دو گونه از مهم­ترین علف­های‌هرز یک ساله زمستانه ایران بود.

مواد و روش­ها

مواد گیاهی

برگ­ها و سرشاخه گل­دار گونه­های پونه­سا در خرداد ماه 1397 از مناطق مختلف ایران جمع­آوری شدند (جدول 1). اندام­های گیاهان در سایه خشک پودر شدند و اسانس­ها آن­ها به روش تقطیر با آب، توسط دستگاه کلونجر در طی سه ساعت استخراج شد (Sefidkon et al., 2002).

جدول 1- گونه­های گیاهی استفاده شده درآزمایش

Table 1. Plant species used for this study

جداسازی و شناسایی ترکیبات

برای شناسایی ترکیبات تشکیل­دهنده اسانس، از دستگاه کروماتوگرافی گاز و کروماتوگرافی گاز متصل به طیف سنج جرمی استفاده شد. شناسایی طیف­ها با محاسبه شاخص بازداری و با تزریق هیدروکربن­های نرمال، تحت شرایط یکسانبا تزریق اسانس­ها انجام شد و با مقادیری که در منابع مختلف منتشر شده بود، مقایسه شد. بررسی طیف­های جرمی نیز جهت شناسایی ترکیب­ها انجام شد و شناسایی­های صورت گرفته، با استفاده از طیف­های جرمی ترکیب­های استاندارد و استفاده از اطلاعات موجود در کتابخانه­های مختلف (Wiley version 1996) تأیید شد. درصد نسبی هر کدام از ترکیب­های تشکیل دهنده اسانس­ها با توجه به سطح زیر منحنی آن در طیف کروماتوگرام بدست آمد و با مقادیری که در منابع مختلف و با در نظر گرفتن اندیس بازداری منتشر شده است، مقایسه شد (Adams, 1989, 2007). کروماتوگرافی گازی با استفاده از دستگاه مجهز به شناساگرFID[8]و ستون سیلیکای DB-5 به طول 30 متر و قطر داخلی 25/0 میلی­متر که ضخامت لایه ساکن آن 25/0 میکرومتر بود انجام شد. برنامه­ریزی حرارتی ستون از 60 درجه سانتی­گراد شروع شد و پس از سه دقیقه توقف در همان دما، به­تدریج با سرعت شش درجه در دقیقه افزایش یافت تا به دمای 220 درجه سانتی­گراد رسید. از گاز هلیوم به عنوان حامل استفاده شد و دمای شناساگر و محفظه تزریق، 270 درجه سانتی­گراد بود (Sefidkon et al., 2002).

زیست­سنجی جوانه­زنی و  رشد گیاهچه

بذرهای خردل وحشی(Sinapis arvensisL.)  و یولاف وحشی زمستانه(Avena ludoviciana Dur.)  از گیاهان بالغ در مزرعه جمع­آوری شدند. آزمون جوانه­زنی در پتری­دیش­هایی با قطر نه سانتی­متر که در ژرمیناتوری با دمای 20 درجه سانتی­گراد روز (14 ساعت) و 10 درجه سانتی­گراد شب (12 ساعت) قرار داشتند، انجام شد. امولسیون روغن در آب اسانس هر چهار گونه در غلظت­های یک، دو، چهار و هشت میکرولیتر در میلی­لیترآماده شد و برای تهیه امولسیون، از توئین 20 (1/0 گرم در 100 میلی­لیتر) استفاده شد؛ آب مقطر نیز به عنوان شاهد استفاده شد. آزمایش به صورت فاکتوریل (چهار گونه × پنج غلظت) و در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تکرار انجام شد. در هر پتری­دیش، 25 عدد بذر روی کاغذ صافی قرار گرفت. از سرمادهی مرطوب به مدت دو ماه برای شکستن خواب بذر یولاف وحشی (Salimi & Ghorbani, 2001) و از نیترات پتاسیم برای شکستن خواب بذر خردل وحشی (Goudey et al., 1987) استفاده شد. سرمادهی مرطوب و نیترات پتاسیم، به ترتیب جوانه­زنی خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه را 48 و 55 درصد افزایش دادند. شش میلی­لیتر از امولسیون اسانس­ها در هر پتری استفاده شد. برای پیشگیری از تبخیر شدن اسانس، هر پتری­دیش با پارافیلم پوشیده شد. بعد از 14 روز، کل تعداد بذرهای جوانه­زده شمارش شد و بذرهای دارای دو میلی­متر ریشه­چه، به عنوان بذرهای جوانه­زده در نظر گرفته شدند. سپس طول ریشه­چه و ساقه­چه با خط­کش اندازه­گیری شد.

مطالعات گلخانه­ای

اثرات پس­رویشی اسانس گونه­های پونه­سا بر گیاهچه­های سه هفته­ای علف­های‌هرز در شرایط گلخانه­ای مورد مطالعه قرار گرفتند (گیاهان مورد بررسی در مرحله چهار تا شش برگی بودند). بذرهای گونه­های علف­های‌هرز در گلدان­های پلاستیکی با قطر 12 سانتی­متر کاشته شدند. هر گلدان با 730 گرم خاک باغچه حاوی خاک، شن و کود دامی (3 :1:1) پر شد و 10 عدد بذر در هر گلدان کاشته شد. یک هفته بعد از کاشت، گلدان­ها تنک شدند و تنها پنج گیاه سالم در هر گلدان باقی ماند. تیمارهای 25/1، 5/2 ، پنج و 10 درصد حجمی اسانس گونه­های پونه­سا به همراه آب مقطر شاهد مورد مطالعه قرار گرفتند. آزمایش به صورت فاکتوریل (چهار گونه × پنج غلظت) و در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تکرار انجام شد. سم­پاش با استفاده از سم‌پاش کتابی پشتی کالیبره شده برای پاشش به میزان 350 لیتر در هکتار مورد انجام شد. هفت روز بعد از تیمار، خسارت چشمی با توجه به مناطق کلروز و نکروز شده مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از برگ­های تازه هر دو گونه علف­هرز، 100 میلی­گرم برگ تازه در پنج میلی­لیتر استون 80 درصد هموژنیزه شدند. سپس محلول از کاغذ صافی واتمن شماره یک عبور داده شد و حجم کلروفیل بر حسب میلی­گرم در گرم برگ تازه بیان شد (Lichtenthaler, 1987).

اندازه­گیری نشت الکترولیتی نسبی

برای مطالعه اثرات سمی اسانس گونه­های پونه­سا بر کاهش پایداری غشاء، نشت الکترولیتی نسبی[9] در برگ گونه­های علف­های‌هرز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، دیسک­های برگ به مدت 60 دقیقه در آب مقطر غوطه­ور شدند و هدایت الکتریکی آن­ها توسط دستگاه EC متر مولتی رنج (Hanna HI8033) اندازه­گیری شد (EC1). بعد از جوشیدن در آب داغ به مدت 30 دقیقه و سرد شدن، هدایت الکتریکی (EC2) برای دومین بار اندازه­گیری شد و در نهایت نشت الکترولیتی با استفاده از معادله 1 محاسبه شد (Singh et al., 2006b).

      معادله 1             %REL= (EC1/EC2)*100

که در آن: REL، نشت الکترولیتی نسبی؛ EC1، نشت اولیه و EC2، نشت ثانویه بود.

اندازه­گیری میزان پرولین

میزان پرولین با استفاده از روش بیتز و همکاران (Bates et al., 1973) اندازه­گیری شد. 1/0 گرم بافت برگ در اسید سولفوسالیسیلیک حل شد و سپس به مدت پنج دقیقه در دمای 25 درجه سانتی­گراد با  2000 دور در چه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. دو میلی­لیتر معرف گلاسیال استیک و دو میلی­لیتر نین­یدرین به آن­ها اضافه شد. نمونه­ها بعد از جوشیدن به مدت یک ساعت، سرد شدند و چهار میلی­لیتر تولوئن به آن­ها اضافه شد. جذب نوری محلول قرمز رنگ فاز رویی در طول موج 520 نانومتر و با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. غلظت پرولین بر حسب میکروگرم در گرم وزن برگ تازه محاسبه شد (Bates et al., 1973).

تجزیهآماری

 برای آنالیز واریانس داده­ها از نرم­افزارSAS نسخه 1/9 استفاده شد. قبل از آنالیز واریانس، نرمال بودن داده­ها با استفاده از روش Kolmogorov-Smirnov بررسی شد. مقایسه میانگین­ها با استفاده از آزمون توکی(P < 0.05) انجام شد. رگرسیون غیرخطی با برازش دادن داده­های جوانه­زنی به منحنی سه پارامتره پاسخ به دز (معادله 2 ) جهت محاسبه LC₅₀ و با استفاده از نرم­افزار سیگماپلاتنسخه 11 انجام شد (Streibig, 1993).

       معادله 2                         y=

که در آن: y، جوانه­زنی در تیمار شاهد؛ c، حد بالایی؛ b، شیب خط؛ x، غلظت اسانس و LC₅₀، غلظت اسانس لازم برای بازدارندگی جوانه زنی به میزان 50 درصد نسبت به شاهد بود.

نتایج و بحث

ترکیبات شیمیایی تشکیل­دهنده اسانس­ها

ترکیبات شیمیایی تشکیل­دهنده اسانس چهارگونه پونه­سا در جدول شماره 2 آورده شده است. در مجموع، 67 ترکیب با استفاده از روش کروماتوگرافی متصل به طیف­سنج جرمی شناسایی شدند. 24 ترکیب که جمعا 3/96 درصد کل اسانسN. menthoides  را تشکیل می­دادند در این گونه شناسایی شدند. اجزای اصلی اسانس N. menthoides را یک و هشت- سینئول، دی­هیدرومایرسن-یک-ال، چهار-ترپینئول، ژرانیل استات، آلفا-ترپینئول و بتا-پینن تشکیل می­دادند. نپتالاکتون، یک و هشت- سینئول، ژرماکرن- دی، کاریوفیلن اکسید و بتاپینن اجزای تشکیل دهنده اسانس  N.mahanensisبودند.  در اسانس N.elymaitica، 25 ترکیب که در کل 44/97 درصد اسانس را تشکیل می­دادند شناسایی شدند. ترکیبات اصلی این اسانسیک و هشت- سینئول ، نپتالاکتون، ای-کاریوفیلن، ترپینن-چهار-ال و لینالول بودند. میزان سایر ترکیبات کمتر از چهار درصد بود. در اسانس N. binalodensis، 27 ترکیب شناسایی شدند که ترکیبات اصلی آن یک و هشت- سینئول، آلفا-ترپینئول و بتاپینن بودند و در کل 38/97 درصد ترکیبات را تشکیل دادند(جدول 2).

نپتالاکتون، ترکیب اصلی تشکیل­دهنده گونهN. mahanensis  بود. بسیاری از محققان نیز این ترکیب را جزء اصلی تشکیل­دهنده اسانس چند گونه پونه­سا در غلظت نسبتا بالا معرفی کرده­اند(Rustaiyan et al., 2000, Sefidkon & Shaabani, 2004) . اسانس N. menthoides فاقد نپتالاکتون بود. کوکدیل و همکاران (Kokdil et al., 1998) اظهار کردند که اسانس  N. nuda L. ssp. Nudaحاوی نپتالاکتون نیست و ترکیب اصلی آن را بتا-کاریوفیلن اکسید (8/21 درصد)، اسپاتوانول (8/13 درصد)، الو-آرمادندرن (نه درصد) و بتا-کاریوفیلن (4/5 درصد) تشکیل می­دهند.

یک و هشت- سینئول که ترکیب اصلی اسانس گونه­هایN. menthoidesN. elymaiticaوN. binalodensisرا تشکیل می­دهد، در اسانس سایر گونه­های پونه­سای ایران قبلا گزارش شده است (Rustaiyan et al., 2000).هندلیدو و همکاران(Handlidou et al., 2012)   گزارش کردندکه اسانس گونه­های بومی یونان (N. argolica ssp. MalacotrichosوN. argolica ssp) عمدتا از یک و

هشت- سینئول تشکیل شده­اند.

جدول 2- درصد ترکیبات تشکیل­دهنده اسانس­ چهارگونه پونه­سا

Table 2. Composition percentage of the four Nepeta species essential oils 

Retention Indices (The retention indices were determined on DB-5 column)

*Identified by comparison with mass spectra.

زیست­سنجی جوانه­زنی و رشد گیاهچه

اثر اسانس گونه­ های پونه ­سا بر جوانه ­زنی خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه در شکل 1 نشان داده شده است. تفاوت معنی­داری بین غلظت­های مختلف گونه ­های پونه ­سای مورد مطالعه وجود داشت. اسانس همه گونه ­های پونه ­سا، جوانه­ زنی هر دو گونه علف­ هرز را کاهش دادند (شکل 1).

شکل 1- منحنی پاسخ به دز اثر اسانس­ گونه­های پونه­سا بر درصد جوانه­زنی خردل وحشی(a)  و یولاف وحشی(b) زمستانه دو هفته بعد از تیمار. اعداد، میانگین­ها± خطای استاندارد در چهار تکرار می‌باشند.

Fig 1. Dose–response curve of the effect of Nepeta species essential oils on germination percentage of wild mustard (a) and winter wild oat (b) measured 2 weeks after treatments. Values are means ±standard error.

به‌علاوه تفاوت بین تیمار شاهد و کمترین غلظت اسانس در هر دو گونه علف­هرز معنی­دار بود. غلظت یک میکروگرم در میلی­لیتر N. binalodensis،N. elymaitica، N. mahanensis و N. menthoidesبه ترتیب 47 ،25، 29 و 43 درصد جوانه­زنی خردل وحشی را کاهش دادند (شکل a1)؛ میزان این کاهش در گونه یولاف وحشی زمستانه به ترتیب 48، 29، 26 و 23 درصد بود (شکل b1). در بالاترین غلظت (هشت میکرولیتر در میلی­لیتر)، کاهش درصد جوانه­زنی توسط اسانس گونه­های N. binalodensis، N. elymaitica، N.mahanensisوN. menthoides به ترتیب 100، 77، 81 و 86 درصد بود درحالی‌که همین غلظت اسانس­ها باعث کاهش درصد جوانه­زنی یولاف وحشی زمستانه به ترتیب به میزان 85، 77، 55 و 76 درصد نسبت به شاهد شد. خردل وحشی در مقایسه با یولاف وحشی زمستانه نسبت به اسانس گونه­های پونه­سا حساس­تر بود، به­گونه­ای که جوانه­زنی آن در غلظت­های چهار و هشت میکروگرم در میلی­لیتر توسط گونه N. binalodensis و غلظت­ هشت میکروگرم در میلی­لیتر توسط گونهN. menthoides کاملا بازداری شد (شکل 1).

موتلا و اتیکی (Mutlu & Atici, 2009) گزارش کردند که N.meyeri از جوانه­زنی بذر و رشد گیاهچه بعضی از گونه­های گیاهان زراعی جلوگیری کردند. نتایج این دو محقق با نتایج تحقیق حاضر همراستا بود. همین­طور میزان LC₅₀محاسبه شده برای منحنی­های پاسخ به دز جوانه­زنی خردل وحشی، تحت تاثیر اسانس­هایN. binalodensis، N. elymaitica،
 N. mahanensisوN. menthoides به ترتیب 02/1، 02/3، 39/2 و 48/1 بود درحالی‌که میزان این شاخص در یولاف وحشی زمستانه به ترتیب 97/0، 47/5، 60/2 و 41/3 برآورد شد (جدول 3).

جدول 3- پارامترهای برازش منحنی رگرسیون غیرخطی به داده های جوانه­زنی خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه

Table 3- Non linear regression parameters fitted to wild mustard and winter wild oat germination data

اثر اسانس گونه­های پونه­سا بر رشد ریشه­چه خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه دو هفته بعد از تیمار در جدول 4 نشان داده شده است. هر چهار گونه پونه­سا، رشد ریشه­چه دو گونه علف­هرز را کاهش دادند. در غلظت یک میکروگرم در میلی­لیتر، اسانس گونه N. binalodensis  بیشترین بازدارندگی از رشد ریشه­چه را موجب شد. همانطورکه از جدول 4 پیدا است، بازداری از رشد ریشه­چه با افزایش غلظت اسانس در چهار گونه پونه­سا افزایش یافت. کاهش رشد ریشه­چه خردل وحشی در غلظت شت میکروگرم در میلی­لیتر اسانس در مقایسه با شاهد توسط گونه­های N. menthoides،N. mahanensis،
N. elymaitica  و N. binalodensisبه ترتیب 100، 72، 54 و 100 درصد بود. در همین غلظت، اسانس گونه­های N. menthoides، N. mahanensis،
N. elymaiticaوN. binalodensis رشد ریشه­چه یولاف وحشی زمستانه را 74 به ترتیب ، 80، 53 و 83 درصد نسبت به شاهد کاهش دادند (جدول 4).

در غلظت یک میکروگرم در میلی­لیتر، میان اثر اسانس گونه­های پونه­سا بر طول ساقه­چه خردل وحشی تفاوت معنی­داری مشاهده نشد (جدول 4). در بالاترین غلظت اسانس، کاهش رشد ساقه­چه خردل وحشی توسط گونه­های N. menthoides،
 N. mahanensis،N. elymaitica و N. binalodensisبه ترتیب 100، 66، 41 و 100 درصد نسبت به شاهد بود. گونهN. elymaitica کمترین میزان بازدارندگی از رشد ساقه­چه را در علف­هرز یولاف وحشی زمستانه ایجادکرد.  N. binalodensisوN. mahanensis به میزان زیادی از رشد ساقه­چه در همه غلظت­ها جلوگیری کردند.

جدول 4- اثر اسانس گونه­های پونه­سا بر طول ریشه­چه و ساقه­چه خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه دو هفته بعد از تیمار

Table 4. Effect of Nepeta essential oils on wild mustard and winter wild oat root and shoot lengths (cm) measured 2 weeksafter treatments.

مقادیر، میانگین­ها± خطای استاندارد در جهار تکرار هستند. در هر گونه، میانگین­های دارای حروف متفاوت، تفاوت معنی­داری در سطح احتمال 95 درصد دارند.

Values are means ±standard error of four replicates. Within each weed species, different letters indicate that means are different at the 95% of probability level (Tukey’s multiple-range test, HSD).

در غلظت هشت میکروگرم در میلی‌لیتر، میزان بازداری ایجاد شده در رشد ساقه­چه یولاف وحشی زمستانه توسط گونه­های N. menthoides،
N. mahanensis،N. elymaitica  و N. binalodensisبه ترتیب 62، 69، 38 و 75 درصد بود(جدول 4). اثرات دگرآسیبی اسانس­ها در این مطالعه، به غلظت و گونه وابسته بود. این نتایج با نتایج ایبانز و بلازکوئیک (Ibáñez & Blázquez, 2017) مطابقت داشت؛آنان اظهار کردند اثر این ترکیبات بر طول ریشه­چه و طول ریشه­چه و ساقه­چه به غلظت و گونه وابسته است. تحقیقات زیادی نشان دادند که اثرات بازدارندگی اسانس بر طول ریشه­چه نسبت به ساقه­چه در برنج، سلمه­تره (Chenopodium album Linn.)، سوروف (Echinochloa crusgalli (L.) P. Beauv.) و تاج­خروس بیشتر بوده است (Chowhan et al., 2011; Zhao et al., 2011). این نتایج، یافته‌های مطالعات قبلی است را که نشان دادند اسانس­ها و مونوترپن­ها، اثرات علف­کشی زیادی دارند (Singh et al., 2005, 2006a) تایید می‌کند. اثرات علف­کشی اسانس گونه­های پونه­سای مورد مطالعه می­تواند به دلیل دارا بودن غلظت­های بالا از  یک و هشت- سینئول و نپتالاکتون باشد. این یافته­ها با یافته­های گیکینیز و همکاران (Ghikinis et al., 2003) که ترکیب شیمیایی اسانسN. parnassica  و فعالیت بیولوژیکی نپتالاکتون جدا شده از آن را گزارش کردند، مطابقت دارد. موتلا و همکاران (Mutlu et al., 2010) گزارش کردند که فعالیت علف­کشی اسانس N. meyeri Benth می­تواند به دلیل حجم بالای نپتالاکتون در آن باشد. دی مارتینو و همکاران (De Martino et al., 2010) اظهار کردند که در بین 27 مونوترپن یک و هشت- سینئول از رشد ریشه تربچه (Raphanus sativus L.)و شاهی (Lepidium sativum L.)در پایین­ترین غلظت جلوگیری کرد.

مطالعات گلخانه­ای

هفت روز پس از سم­پاشی، هر دو گونه علف­هرز علائم خسارت را نشان دادند که این علائم به صورت کلروز، نکروز و پژمردگی کامل خردل وحشی بود. علائم خسارت با افزایش غلظت همه گونه­های پونه­سا تشدید شدند. در بالاترین غلظت، خسارت چشمی ایجاد شده در خردل وحشی توسط گونه­های  N. binalodensis، N. elymaitica، N. mahanensis و N. menthoides به ترتیب 100، 88، 25/87 و 5/96 درصد بود (شکلa2).

شکل 2- اثر اسانس گونه­های پونه­سا بر خسارت چشمی خردل وحشی(a)  و یولاف وحشی زمستانه (b) هفت روز بعد از سم پاشی. اعداد، میانگین­ها± خطای استاندارد در چهار تکرار می‌باشند.

Fig 2. Effects of Nepeta essential oils on visible injury of wild mustard (a) and winter wild oat (b) 7 days after spraying. Values are means ±standard error

میزان خسارت چشمی به گیاهچه یولاف وحشی زمستانه توسط اسانس گونه­های فوق به ترتیب53/68، 05/48، 09/55 و 73/51 درصد بود
(شکل b2). خردل وحشی نسبت به یولاف وحشی زمستانه به اسانس گونه­های پونه­سا حساس­تر بود. اسانس­ گونه­های پونه­سا، میزان کلروفیل را کاهش دادند؛ میزان این کاهش توسط گونه­های N. menthoides، N. mahanensis،N. elymaitica وN. binalodensisدر علف­هرز خردل وحشی به ترتیب 70، 71، 50 و 77 درصد در غلظت 10 درصد حجمی بود. در همین غلظت، میزان کاهش کلروفیل یولاف وحشی زمستانه به ترتیب 11، 74، 21 و 69 درصد بود (جدول 5).

جدول 5- اثر اسانس گونه­های پونه­سا بر میزان کلروفیل و نشت الکترولیتی (%) خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه دو هفته پس از سمپاشی

Table 5. Effect of Nepeta essential oils on total chlorophyll content and relative electrolyte leakage (%) of wild mustard and winter wild oat measured 2weeks after treatments.

مقادیر، میانگین­ها± خطای استاندارد در چهار تکرار هستند. در هر گونه میانگین­های دارای حروف متفاوت، تفاوت معنی­داری در سطح احتمال 95 درصد دارند.

Values are means ±standard error of four replicates. Within each weed species, different letters indicate that means are different at the 95% of level probability (Tukey’s multiple-range test, HSD).

کاهش مقدار کلروفیل مشاهده شده در این مطالعه، همراستا با گزارشات قبلی بود که نشان دادند که مونوترپن­ها، باعث کاهش مقدار کلروفیل می­شوند (Chowhan et al., 2011; Gouda et al., 2016; Kaur et al., 2010) این کاهش می­تواند به دلیل بازدارندگی از سنتز کلروفیل و یا تجزیه کلروفیل باشد.

 اثر اسانس­های گونه­های پونه­سا بر نشت الکترولیتی علف­های‌هرز خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه در جدول 5 آورده شده است. اسانس­ همه گونه­های پونه­سا، منجر به کاهش پایداری غشاء سلول­ها در برگ هر دو گونه علف­هرز شد. درصد نشت الکترولیتی در بین گونه­های پونه­سا و غلظت­های مختلف اسانس، متفاوت بود. همچنین میزان نشت الکترولیتی در خردل وحشی نسبت به یولاف وحشی زمستانه بیشتر بود. در غلظت یک درصد حجمی، اسانس همه گونه­های پونه­سا منجر به نشت الکترولیتی نسبی در یولاف وحشی زمستانه به میزان 72/11 تا 88/23 درصد شد که این طیف به 49/59 تا 26/74 درصد در غلظت 10 درصد حجمی رسید. در بالاترین غلظت، نشت الکترولیتی ایجاد شده توسط اسانس گونه  N. binalodensisدر علف­هرز یولاف وحشی زمستانه، بالاترین میزان (88/59 درصد) بود (جدول 5). این نتایج تایید کننده نتایج قبلی بود که نشان دادند اسانس­ها به دلیل نشت الکترولیتی، از رشد گیاه جلوگیری می­کنند (Singh et al., 2005; Tworkoski, 2002). حجم پرولین آزاد در گیاهچه­های خردل وحشی و یولاف وحشی زمستانه با کاربرد اسانس گونه­های پونه­سا افزایش یافت (جدول 5). افزایش حجم پرولین، به غلظت اسانس بستگی داشت. در علف هرز خردل وحشی و در غلظت 10 درصد حجمی، میزان این افزایش توسط اسانس گونه­های  N. menthoides، N. mahanensis، N. elymaitica  و
 N. binalodensis به ترتیب 60/6،  06/6 ، 78/5 و 04/8 برابر شاهد بود (جدول 5). در همین غلظت، میزان پرولین در علف­هرز یولاف وحشی زمستانه توسط گونه­های N. menthoides، N. mahanensis، N. elymaiticaوN. binalodensisبه ترتیب نسبت به شاهد 39/4، 01/4، 8/3 و 4/5 برابر شاهد افزایش یافت.سینگ و همکاران (Singh et al., 2006b) عنوان کردند که ترپن­های تشکیل دهنده اسانس، در انتقال مواد در عرض غشای سلولی اختلال ایجاد می‌کنند و باعت آسیب به نفوذ پذیری غشا، به دلیل تنش اکسیداتیو می­شوند. بکالی و همکاران
(Bakkali et al., 2008) نتیجه گرفتند که اسانس­ها از غشاء سلول عبور می­کنند و به نفوذ پذیری غشا آسیب وارد می­کنند. تجمع پرولین در گیاهان تحت تنش، به واسطه سنتز پرولین و غیر فعال شدن تخریب آن است. افزایش محتوای پرولین در شرایط تنش، باعث محافظت غشای سلولی، پروتئین­ها، آنزیم­های سیتوپلاسمی و مهار گونه­های فعال اکسیژن و حذف رادیکال­های آزاد می­شود (Liang et al., 2013)؛ بنابراین از جمله پاسخ­های گیاهان در برابر تنش، افزایش سطح پرولین می­باشد.

نتیجه­گیری

به­طورکلی نتایج این تحقیق نشان داد که اسانس گونه­های پونه­سای مورد مطالعه در این آزمایش، از جوانه­زنی بذر و رشد گیاه­چه دو گونه علف­هرز مورد بررسی جلوگیری کردند. اسانس گونه
 N. binalodensisاثرات بازدارندگی بیشتری نسبت به سایر گونه­های پونه­سا بر گونه­های مورد بررسی داشت که می­­تواند به دلیل دارا بودن غلظت بیشتر یک و هشت- سینئول باشد. میزان این بازدارندگی به غلظت اسانس وابسته است و علف­هرز خردل وحشی نسبت به یولاف وحشی زمستانه، حساس­تر بود. اسانس گونه N. binalodensisدر غلظت چهار میکروگرم در میلی­لیتر به طور کامل از جوانه­زنی بذر خردل وحشی جلوگیری کرد؛ بنابراین می­توان از اسانس گونه­های پونه­سا به‌ویژه گونه
 N. binalodensis جهت کنترل گونه­های علف­هرز مورد بررسی استفاده کرد اما برای بررسی اثرات علف­کشی گونه­های پونه­سا تحت شرایط مزرعه­ای و تعیین اثرات آن‌ها بر گونه­های زراعی و سایر گونه­های علف­هرز، انجام مطالعات بیشتر لازم و ضروری است.

منابع

Abrahim, D., Braguini, W.L., Kelmer-Bracht, A.M. and Ishii- Iwamoto, E.L. 2000. Effects of four monoterpenes on germination, primary root growth, and mitochondrial respiration of maize. J. Chem. Ecol. 26:611-624.

Adams, R.P. 2007. Identification of Essential Oil Components by Gas Chromatography/mass Spectrometry, 4th ed. Allured Publishing Corporation, Carol Stream, USA.

Amri, I., Hamrouni, L., Hanana, M. and Jamoussi, B. 2013. Reviews on phytotoxic effects of essential oils and their individual components: News approach for weeds management. International J. Appl. Biol. Pharm. Tech. 4:96-114.

Angelini, L.G., Carpanese, G., Cioni, P.L., Morelli, I., Macchia, M. and Flamini, G. 2003. Essential oils from Mediterranean Lamiaceae as weed germination inhibitors. J Agric. Food Chem. 51:6158-6164.

Armirante, F., De Falco, E., De Feo, V., De Martino, L., Mancini, E. and Quaranta, E. 2006. Allelopathic activity of essential oils from Mediterranean Labiatae. Acta Hort. 723:347–352.

Babaahmadi, H., Ghanbari, A., Asadi, G. and Emami, M.K. 2013. Allelopathic effect from some medicinal plants on germination of Alyssum hirsutum and Amaranthus retroflexus. IJAPP. 4:3344-3347.

Bakkali, F., Averbeck, S., Averbeck, D. and Idaomar, M. 2008. Biological effects of essential oils-A review. Food Chem.Toxicol.46:446-475.

Bates, L.S., Walderen, R.D. and Taere, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39:205-207.      

Campiglia, E., Mancinelli, R., Cavalieri, A. and Caporali, F. 2007. Use of essential oils of cinnamon (Cinnamomum zeylanicum L.), lavender (Lavandula spp.) and peppermint (Mentha x piperita L.) for weed control. IJA.2: 171-175.

Chowhan, N., Singh, H.P., Batish, D.R. and Kohli, R.K. 2011. Phytotoxic effects of b-pinene on early growth and associated biochemical changes in rice Acta Physiol. Plant. 33:2369–2376

Dayan, F.E., Cantrell, C.L. and Duke, S.O. 2009. Natural products in crop protection. Bioorgan. Med. Chem.17:4022-4034.

Dudai, N., Poljakoff-Mayber, A., Mayer, A.M., Putievsky, E. and Lerner, H.R. 1999. Essential oils as allelochemicals and their potential use as bioherbicides. J. Chem. Ecol. 25:1079–1089.

Duke, S.O. 2010. Allelopathy: Current status of research and future of the discipline: A commentary. Allelo. J. 25:17-30.

Formisano, C., Rigano, D. and Senatore, F. 2011.Chemical constituents and biological activities of Nepeta species. Chem. Biodivers. 8:1783–1818.

Ghikinis, G., Tzakou, O., Iliopoulou, D. and Roussis, V. 2003. Chemical composition and biological activity of Nepeta parnassica oils and isolated nepetalactones. Z. Naturforsch C. J. Biosci.58:681–686.

Gouda, N.A.A., Saad, M.M.G. and Abdelgaleil, S.A.M. 2016. Pre and post herbicidal activity of monoterpenes against barnyard grass (Echinochloa crus-galli). Weed Sci. 64:191-200.

Goudey, J.S., Saini, H.S. and Spencer, M.S. 1987. Seed germination of wild mustard (Sinapis arvensis): factors required to break primary dormancy .Can. J. Bot. 65:849-852

Hanlidou, E., Karousou, R. and Lazari, D. 2012. Essential oils of three taxa of the Nepeta argolica Aggregate from Greece. Chem. Biodivers. 9:1559–1566.

Ibáñez M.D. and Blázquez. M.A. 2017. Herbicidal value of essential oils from oregano-like flavor species. Food Agric. Immunol. 28:1168–1180.

Jamzad, Z. 2012. Flora of Iran: Lamiaceae. 76:577-580.

Kaur, S., Singh, H.P., Mittal, S., Batish, D.R. and Kohli, R.K. 2010. Phytotoxic effects of volatile oil from Artemisia scoparia against weeds and its possible use as a bioherbicide. Ind. Crops Prod. 32:54-61

Kokdil, G., Kurucu, S. and Yildiz, A. 1998. Essential oil composition of Nepeta nuda L. ssp. nuda, Flavour Frag. J.13:233–234.

Li, H., Pan, K., Liu, Q. and Wang, J. 2009. Effect of enhanced Ultraviolet-B on allelopathic potential of Zanthoxylum bungeanum. Hort. Sci.119:310–314.

Lichtenthaler, H.K. 1987. Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 148:350–382.

Mao, L., Henderson, G. and Laine, R.A. 2004. Germination of various weed species in response to vetiver oil and nootkatone. Weed Tech: 18:236-267.

Mahdavikia F. and Saharkhiz M.J. 2015. Phytotoxic activity of essential oil and water extract of peppermint (Mentha × piperita L. CV. Mitcham). J. Appl. Res. Med. Aromat. Plants. 2:146–153.

Muller, C.H., Muller, W.H. and Haines, B.L. 1964. Volatile growth inhibitors produced by aromatic shrubs. Science. 143:471–473.

Mutlu, S. and Atici, O. 2009. Allelopathic effect of Nepeta meyeri Benth. extracts on seed germination and seedling growth of some crop plants. Acta Physiol. Plant. 31:89–93.

Mutlu, S., Atici, O. and Esim, M. 2010, Bioherbicidal effects of essential oil of Nepeta meyeri Benth. on weed spp. AllelopathyJ. 26:291–299.

Mutlu, S., Atici, O., Esim, N. and Mete, E. 2011. Essential oils of catmint (Nepeta meyeri Benth.) induce oxidative stress in early seedlings of various weed species. Acta Physiol. Plant. 33:943-951.

Rustaiyan, A. and Nadji, K. 1999. Composition of the essential oils of Nepeta ispahanica Boiss. and Nepeta binaludensis Jamzad from Iran. Flav. Fragr. J. 14:35–37.

Rustaiyan, A., Komeilizadeh, H., Monfared, A., Nadji, K., Masoudi, S. and Yari, M. 2000. Volatile constituentsof Nepeta denudata Benth. and N. cephalotes Boiss. fromIran. J. Essent. Oil Res. 12:459–461.

Saharkhiz, M.J., Esmaeili, S. and Merikhi, M. 2010. Essential oil analysis and phytotoxicactivity of two ecotypes of Zataria multiflora Boiss. growing in Iran. Nat. Prod. Res. 24:1598–1609.

Salimi, H. and Ghorbani, M. 2001. A study on germination of Avena lucoviciana and the effective facrors in seed dormancy. Rostaniha. 2:37 – 40. (In Persian)

Sajjadi, S.E. 2005. Analysis of the essential oil of Nepet asintenisii Bornm. from Iran. Daru. 13:61-4.

Sefidkon, F., Dabiri, M. and Alamshahi, A. 2002. Analysis of the essential oil of Nepeta fissa CA Mey from Iran. Flav. Fragr. J. 17:89–90.

Sefidkon, F. and Shaabani, A. 2004. Essential oil composition of Nepeta meyeri Benth. from Iran. Flavour Fragr. J. 19:236–238.

Sefidkon, F., Jamzad, Z. and Mirza. M. 2005. Chemical composition of the essential oil of five Iranian Nepeta species (N. crispa, N. mahanensis, N. ispahanica, N. eremophila and N. rivularis). Flav. Fragr. J. 21:764–767

Singh, H.P., Batish, D.R. and Kohli, R.K. 2003. Allelopathic interactions and allelochemicals: New possibilities for sustainable weed management. CRC Crit. Rev. Plant Sci. 22:239-311.

Singh, H.P., Batish, D.R., Setia, N. and Kohli, R.K. 2005. Herbicidal activity of volatile essential oils from Eucalyptus citriodora against Parthenium hysterophorus. Ann. Appl. Biol. 146:89–94.

Singh, H.P., Batish, D.R., Kaur, S., Kohli, R.K. and Arora, K. 2006a. Phytotoxicity of volatile monoterpene citronellal against some weeds. Z. Naturforsch. 61:334–340.

Singh, P.H., Batish, R.D., Kaur, S., Arora, K. and Kohli, K.R. 2006b. α-pinene inhibits growth and induces oxidative stress in roots. Ann. Bot. 98:1261-1269.

Sonboli, A., Salehi, P. and Allahyari, L. 2005. Essential oilcomposition of Nepeta involucrate from Iran. Chem. Nat. Comp.41:683-5.

Streibig, J.C., Rudemo, M. and Jensen, J.E. 1993. Dose–response curves and statistical models, in Herbicide Bioassays, ed. by Kudsk, P. and Streibig, J.C. CRC Press, Boca Raton, FL. pp. 29–55.

Taban, A., Saharkhiz, M.J. and Hadian, J. 2013. Allelopathic potential of essential oils from four Satureja spp. Biol. Agric. Hortic. 29:244–257.

Tucker, A.O. and Tucker, S.S., 1988. Catnip and the catnip response. Econ. Bot. 42:214–231.

Tworkoski, T. 2002. Herbicide effects of essential oils. Weed Sci. 50:25–431.

Verdeguer, M., García-Rellán, D., Boira, H., Pérez, E., Gan-dolfo, S. and Blázquez, M.A. 2011. Herbicidal activity of Peumus boldus and Drimys winterii essential oils from Chile. Molecules. 16:403-411.

Vokou, D. 2007. Allelochemicals, allelopathy and essential oils: A field in search of definitions and structure. Allelopathy J. 19:119-134.

Vurro, M., Boari, A., Evidente, A., Andolfi, A. and Zermane, N., 2009. Natural metabolites for parasitic weed management. Pest Manag. Sci.65:566-571.

Zhao, L.J., Yang, X.N., Lix, Y., Mu, W. and Liu, F. 2011. Antifungal, insecticidal and herbicidal properties of volatile components from Paenibacillus polymyxa strain BMP-11. Agri. Sci. China. 10:728–736.