Criblage phytochimique et potentiel allélopathique des phytoextraits de trois espèces de graminées envahissantes

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8080 (2023) Citer cet article

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Sans aucun doute, il est important de rester vigilant et de gérer les graminées envahissantes pour prévenir leur propagation et atténuer leur impact négatif sur l'environnement. Cependant, ces plantes agressives peuvent également jouer un rôle bénéfique dans certains contextes. Par exemple, plusieurs graminées envahissantes fournissent un fourrage précieux pour le bétail et ont un potentiel de lutte contre les maladies. Par conséquent, une expérience de recherche a été menée pour explorer les avantages et les inconvénients de cette approche, non seulement pour la végétation environnante, mais également pour le contrôle des maladies humaines et animales. L'étude est principalement axée sur le développement d'aliments pour le bétail, d'herbicides d'origine végétale et sur la compréhension des effets phytotoxiques des espèces envahissantes. Toutes les parties de plantes de Cenchrus ciliaris L., Polypogon monspeliansis L. et Dicanthium annulatum (Forssk.) Stapf ont été testées pour leur dépistage phytochimique, leur proximité et leur analyse de toxicité causée par l'extrait méthanolique de ces espèces de graminées. Des tests de dépistage phytochimiques qualitatifs ont été effectués pour une analyse de composition immédiate et des essais d'évaluation de la toxicité. L'analyse phytochimique a révélé des résultats positifs pour les alcaloïdes, les flavonoïdes, les coumarines, les phénols, les saponines et les glycosides, tandis que négatifs pour les tanins. La comparaison de l'analyse immédiate a indiqué un maximum d'humidité (10,8 %) et de matières grasses brutes (4,1 %) chez P. monspeliensis, tandis qu'un maximum de matière sèche (84,1 %), de protéines brutes (13,95 %), de fibres brutes (11 %) et de cendres (7,2 %) chez D. annulatum. Cinq (10, 100, 500, 100, 10 000 ppm) et trois (10, 1 000, 10 000 ppm) concentrations différentes d'extrait méthanolique préparé à partir de C. ciliaris, P. monspeliansis et D. annulatum ont été utilisées respectivement pour l'inhibition des racines et la germination des graines. De plus, trois concentrations différentes (10, 30, 50 mg) de poudre fine de plante ont été utilisées pour le test de la méthode sandwich. Il y a eu une baisse significative du taux de croissance des graines de radis modèles expérimentales (P> 0,005) et les résultats des tests de la méthode sandwich ont montré une croissance supprimée des poils absorbants, inhibant l'ancrage de la graine de radis. En comparaison, les résultats manifestent que; P. monspeliansis a indiqué une recrudescence de l'inhibition (66,58 % à 10 000 ppm), D. annulatum a révélé une germination rapide (75,86 % dans des conditions contrôlées) et C. ciliaris a présenté une poussée spectaculaire de l'inhibition en raison du test de la méthode sandwich (14,02 % à 50 mg). En conclusion, bien que les graminées soient toxiques, il est important de considérer le compte bénéficiaire.

En raison de l'augmentation constante de la population mondiale1, la recherche de la maximisation du rendement agricole a stimulé l'utilisation d'intrants agricoles pour minimiser les contraintes (carence en nutriments et agents pathogènes) dans la production agricole2. Cependant, l'utilisation accrue d'engrais synthétiques, d'insecticides3 et de désherbants pourrait détériorer l'agroécosystème, ce qui, à terme, soulève des problèmes de santé pour les humains et les animaux4,5. Dans cette perspective, les extraits allélopathiques de plantes pourraient constituer des alternatives écologiques pour une production agricole durable6. Par exemple, les phytoextraits de plantes allélopathiques ont été reconnus comme les réservoirs naturels des promoteurs de croissance des plantes7. De plus, le potentiel de plusieurs phytoextraits en tant que bio-pesticides a également été rapporté dans des études antérieures8. Par conséquent, l'utilité des produits allélochimiques contre les ravageurs a suscité l'intérêt des chercheurs et la majorité des biopesticides ont été préparés dans le but de contrôler l'attaque des insectes8,9. Cependant, les biopesticides pour la gestion des mauvaises herbes sont encore très limités.

Les espèces végétales envahissantes représentent un défi complexe et persistant pour tout système de culture, car elles empiètent de manière agressive sur et perturbent la croissance des cultures primaires dans leur voisinage10. Les risques écologiques et sanitaires associés à l'utilisation intensive d'herbicides synthétiques, associés à la rareté des alternatives à base de plantes, sont devenus un problème urgent dans l'agriculture moderne11. Par conséquent, dans l'agriculture d'aujourd'hui, pour répondre aux besoins de durabilité, il est impératif d'explorer la possibilité d'utiliser des matériaux d'origine végétale pour lutter contre les mauvaises herbes au lieu des herbicides traditionnels12,13. Auparavant, des extraits allélopathiques de sorgho et d'arbustes médicinaux traditionnels ont montré un potentiel phytotoxique contre les mauvaises herbes dans la production de grandes cultures14. De même, Persicaria lapathifolia inhibe les mauvaises herbes Echinochloa colona12, l'extrait d'eau d'Artemisia argyi inhibe les mauvaises herbes, notamment Brassica pekinensis, Lactuca sativa, Portulaca oleracea, Oxalis corniculata et Setaria viridis15. Ferula assafoetida L. et Ricinus communis L., respectivement à des concentrations de 0,75% et 1%, limitent la germination des graines d'adventices Amaranthus retroflexus L. d'environ 70%16. Pris ensemble, il est suggéré que les composés allélochimiques trouvés dans certaines plantes pourraient être explorés plus avant pour évaluer leurs effets allélotoxiques naturels. Auparavant, l'essai biologique de la laitue était effectué à l'aide des méthodes sandwich et des phytoextraits de diverses herbes et arbustes envahissants provenant de différents endroits du Pakistan et du Japon ont révélé l'inhibition de la croissance de la laitue14. P. monspeliensis a le potentiel d'être utilisé comme plante décorative, source de nourriture et considéré comme une herbe de pâturage importante17. De même, l'évaluation phytochimique des espèces de graminées naturelles et facilement disponibles pourrait être très utile pour exploiter leur potentiel herbicide car elles existent en tant que persistantes et dominantes dans l'agroécosystème.

Une conclusion constante des études précédentes sur les graminées envahissantes est qu'elles constituent une menace évidente pour l'environnement18. En revanche, les plantes indigènes et le développement de l'élevage ont également été identifiés comme bénéficiaires19. Sur la base d'une analyse de composition immédiate, le pâturage ciblé d'herbes envahissantes pourrait entraîner des résultats révolutionnaires, non seulement pour les plantes indigènes, mais aussi pour le climat20 et les efforts de conservation de la faune21. Le pâturage ciblé peut s'avérer particulièrement efficace pour contrôler la propagation de l'herbe de Buffle, un envahisseur agressif avec des risques d'incendie importants22. De plus, des tests phytochimiques qualitatifs évalués pour l'identification de tous les constituants chimiques, notamment la présence de protéines, de glucides, de phénols, de flavonoïdes, de saponines et d'alcaloïdes, ont été confirmés dans l'extrait de différentes parties de l'herbe testée23. Les extraits de plantes ont montré un rôle précieux contre les microbes pathogènes24, tous les extraits ont inhibé les bactéries, ce qui conduit au développement d'une zone d'inhibition25. On peut alors estimer comment l'herbe contribue à différentes activités, y compris l'alimentation du bétail, les propriétés anti-inflammatoires, antimicrobiennes, antioxydantes et antibactériennes, la gestion des maladies, la découverte de médicaments, etc.26. Il est également possible de produire des médicaments efficaces pour les humains et les animaux sur la base de ce criblage phytochimique.27,28.

L'herbe Dhaman (Cenchrus ciliaris) est l'une des graminées importantes au Pakistan avec des utilisations ethnobotaniques élevées et toutes les parties de cette herbe sont utilisées sous forme d'infusion à diverses fins29,30,31. Il est remarquablement résistant et capable de prospérer dans un environnement difficile et constamment fluctuant, y compris les températures élevées, la salinité32, les métaux lourds33, le rayonnement solaire intense et une humidité minimale34,35. Cette herbe perturbe la végétation et la faune locales entraînant des changements dans le paysage thermique disponible suite à la perturbation de la plante envahissante36. De plus, les espèces de graminées sélectionnées sont très compétentes pour l'assemblage du CO2, elles consomment de l'azote (N) de l'atmosphère et jouent un rôle vital dans le recyclage du N de la terre37,38. Il a été largement utilisé à des fins médicinales et a servi d'aliment important pour les animaux de pâturage39,40. Des études antérieures la considéraient comme une herbe puissante produisant des composés à haute valeur thérapeutique, utilisée par les sociétés de développement de médicaments41. Les composés dérivés de C. ciliaris ont une nature fongicide et étaient également efficaces contre les bactéries31,41, l'activité de la cyclooxygénase (COX) I et II42, les douleurs rénales, les tumeurs et les plaies, indiquant que ses phytoextraits sont toxiques28,43,44. Les graines de P. monspeliensis germent rapidement, elles pourraient être efficaces dans les programmes de restauration des sols des déserts salins45. Il se développe généralement dans l'écosystème salé comme les sabkhas et peut être trouvé de la zone bioclimatique humide au Sahara. Il soutient la productivité également en cas de salinité excessive et de sécheresse17. P. monspeliensis (Rabbit's foot grass) joue un rôle essentiel dans l'alimentation, le fourrage, l'ornement et la restauration des sols arides et salins car il permet l'utilisation de provenances qui germent et s'établissent bien dans des conditions défavorables. P. monspeliensis joue un rôle important dans la phytoremédiation, notamment en raison de sa capacité à absorber le Ni46. Bien que les espèces de Polpogan soient reconnues pour leur utilité en tant que plantes fourragères et adventices, leur potentiel en tant qu'herbicides n'a pas été étudié de manière approfondie40,47. Une autre espèce de graminée, communément appelée Forrsk ou Marvel grass (Dichanthium annulatum) est une graminée vivace et densément touffue avec des tiges principales rhizomifères. Il est utilisé pour traiter la dysenterie et la ménorragie28. Il habite le Moyen-Orient, l'Asie tropicale et certaines parties de l'Afrique. Naturalisé dans certains endroits, comme l'Australie47,48. D. annulatum composé de Na, Mg, K, Al, Ca, Fe, Si, Sr, Ti, Ba, H, Li, O, N, Ar et Cs qui clarifie son statut nutritionnel. Au Pakistan, il n'a été enregistré qu'au Pendjab, Sargodha, Sheikhupura et Ladhar. Au total, ces espèces de graminées ont été utilisées comme aliments pour animaux et comme plantes médicinales.

En gardant à l'esprit la domination des champs, la disponibilité facile de ces graminées et leur utilité dans l'alimentation du bétail, nous avons conçu cette étude dans le but de filtrer la présence de différents composés phytochimiques précieux, d'analyser la composition immédiate et d'évaluer la toxicité dose-dépendante des phytoextraits de ces graminées sur la germination et le taux de croissance des espèces indicatrices (Rhaphanus sativus). Les résultats de cette étude peuvent fournir une direction prometteuse pour développer le potentiel de l'alimentation du bétail, des herbicides d'origine végétale, des avantages et des inconvénients sous-jacents aux récits phytotoxiques des espèces envahissantes.

C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum ont été collectés dans différentes régions du Punjab. Tous les réactifs et produits chimiques qui ont été utilisés dans cette expérience et mentionnés ci-dessous ont été achetés auprès de "l'Université de Lahore".

Les échantillons de plantes d'herbes d'essai ont été prélevés dans les régions de Sargodha et de Faisalabad au Pakistan en avril 2018. La collecte et l'extraction des échantillons ont suivi la méthodologie décrite par Arora et al.41. La plante a été soigneusement lavée, séchée en laboratoire à température ambiante, puis broyée en une fine poudre de plante. La préparation de l'extrait de méthanol consistait à mélanger 250 g de matériel végétal avec 750 ml de méthanol, qui a ensuite été soumis à un appareil rotatif soxhlet pendant 36 h. On a pris soin de s'assurer que la température ne dépassait pas le point d'ébullition du solvant correspondant). Le filtrat a été séparé à l'aide de papier filtre Whatman n° 1 et l'extrait résultant a été placé dans des béchers et laissé à température ambiante pendant une semaine. Ensuite, les extraits ont été concentrés à l'aide d'un évaporateur rotatif sous vide de laboratoire à 40 ° C, pesés, étiquetés et stockés dans des bouteilles stérilisées à 4 ° C pour une analyse plus approfondie.

L'activité phytotoxique de C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum a été étudiée. Des extraits de méthanol de ces plantes ont été préparés à cinq concentrations différentes (10, 100, 500, 1000 et 10 000 ppm) et testés pour leur capacité à inhiber la longueur des racines. De plus, trois concentrations (100, 1 000 et 10 000 ppm) de l'extrait ont été utilisées pour évaluer leur effet sur la germination des graines de radis. Une méthode sandwich utilisant une poudre fine des trois types d'herbe (10, 30 et 50 mg) a également été employée. Le test de germination des graines de radis et l'inhibition des racines ont été réalisés selon le protocole de Turker et Usta 200849, tandis que la méthode sandwich a été réalisée selon Fuji et al.50,

Toutes les graines ont été stérilisées à l'aide d'hypochlorite de sodium pendant dix minutes, puis lavées à l'eau distillée51. Chaque boîte de Pétri (diamètre 90 mm) tapissée de deux papiers filtres (Whatman n° 1) a été positionnée dans chaque boîte de Pétri, puis 5 ml de cinq concentrations différentes d'extrait (10, 100, 500, 1000 et 10 000 ppm) ont été versés dans chaque boîte à l'aide d'une pipette. Après évaporation du solvant, 5 ml d'eau distillée ont été ajoutés à chaque boîte de Pétri. Dix graines ont été placées dans chaque boîte de Pétri, qui a ensuite été hermétiquement fermée et incubée à 23°C. La longueur de la racine de toutes les graines a été mesurée après 1, 3 et 5 jours. Le pourcentage d'inhibition de la croissance a été mesuré par la formule donnée.

PT pour la longueur des racines des graines où les extraits ont été appliqués (groupe de traitement) et PC pour la longueur des racines où les extraits n'ont pas été utilisés (groupe témoin).

Cette expérience a été menée pour vérifier le potentiel toxique de l'extrait méthanolique de trois herbes test différentes. Des boîtes de Pétri avec des papiers filtres ont été préparées de la même manière que l'expérience d'inhibition racinaire. Cependant, les principales différences étaient la concentration des extraits et le nombre de graines utilisées. Dans cette expérience, cent graines de radis ont été utilisées avec trois concentrations d'extrait différentes (100, 1 000 et 10 000 ppm). Le processus de germination a été observé quotidiennement et le taux de germination a été enregistré pendant cinq jours. L'indice de germination a été calculé à l'aide d'une formule spécifique.

où N1, N2, N3

Le groupe témoin sans traitement a été pris comme standard. Les boîtes de Pétri ont été conservées à température ambiante et le taux de germination a été enregistré quotidiennement pendant cinq jours.

Dans la méthode sandwich, une solution d'agar (0,5 % p/v) a été préparée et autoclavée à 121 °C pendant 15 min. Différentes quantités de matériel végétal (10, 30, 50 mg) ont été prises en sandwich dans des boîtes de Pétri. À l'aide d'une pipette, 5 ml d'agar ont été appliqués sur le matériel végétal comme première couche, une poudre fine de C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum s'est déplacée vers le haut, puis la poudre devient gélatineuse, à nouveau du matériel végétal placé sur cette poudre gélatineuse, puis de l'agar a été appliqué comme deuxième couche. Dans chaque boîte de Pétri, cinq graines de radis ont été placées sur la couche supérieure de gélose. Les boîtes de Pétri ont été recouvertes d'une feuille d'aluminium et placées dans un incubateur à température ambiante. La croissance des graines a été observée en mesurant la longueur de la partie inférieure de la plante (racine) et de la partie supérieure (hypocotyle), après 72 h pour chaque graine en croissance. L'effet de l'extrait sur la racine a été évalué à l'aide de l'équation suivante

PT indique l'inhibition racinaire des groupes de traitement et PC a montré le contrôle ou le traitement des concentrations 0.

Des tests phytochimiques qualitatifs ont été réalisés selon le protocole de52.

Le réactif de Mayer et le réactif de Dragendorff ont été préparés pour vérifier la présence ou l'absence d'alcaloïdes. Pour la préparation du réactif de Mayer, deux solutions ont été préparées. Dans une solution, du chlorure mercurique (0,356 g) a été mélangé avec 60 ml d'eau, et pour une autre solution, de l'iodure de potassium (5 g) a été mélangé avec 20 ml d'eau. Pour la préparation du réactif de Dragendorff, deux solutions ont été préparées, pour une solution, 80 ml d'eau distillée ont été mélangés avec 1,7 g de nitrate de bismuth basique et d'acide tartrique (20 g), pour une autre solution, 40 ml d'eau distillée ont été mélangés avec 16 g d'iodure de potassium. Les deux solutions préparées ont été bien mélangées dans un rapport 1:1. Le mélange de 0,5 g d'extrait de plante avec 8 ml de HCl à 1 % a été préparé, chauffé et filtré. Le filtrat obtenu a été traité pour le distinguer avec les deux réactifs préparés. La turbidité ou la précipitation est une indication des résultats positifs pour le test montrant l'existence d'alcaloïdes dans C. ciliaris.

Pour éliminer les matières grasses, 0,5 g d'extraits fraîchement préparés ont été mélangés avec de l'éther de pétrole. Ce mélange a été joint avec de l'éthanol à 80 % (20 ml) puis filtré. Le filtrat obtenu a été utilisé pour la préparation d'un mélange de ce filtrat et de KOH à 1 % (4 ml). Le filtrat de couleur jaune foncé est une indication de résultats positifs pour les flavonoïdes.

0,5 g d'extrait a été prélevé dans un tube à essai, du NaOH 1 M a été utilisé pour humidifier le papier filtre, puis le tube à essai a été recouvert de ce papier filtre. Dans un bécher, de l'eau a été placée sur une flamme pour bouillir. Lorsque l'eau atteint le point d'ébullition, le tube à essai y est placé pendant quelques minutes, puis sorti de l'eau et le papier est retiré du tube à essai. Il a été observé à la lumière UV et la fluorescence jaune indique la présence de coumarines.

Une solution de FeCl3 a été préparée pour identifier les phénols. 3 à 4 gouttes de cette solution ont été traitées avec un extrait de plante pour identifier les phénols. La couleur noir bleuté indique la présence de phénols.

0,5 g d'extrait a été placé dans de l'eau bouillante dans un tube à essai puis le tube a été refroidi à température ambiante. La formation de mousse indique la présence de saponines.

Pour l'identification des tanins, 0,5 g d'extrait a été mélangé avec de l'eau distillée (20 ml) dans le tube à essai, bouilli, et ce mélange a été filtré. Le filtrat obtenu a été mélangé avec une solution de FeCl3 fraîchement préparée à 0,1 %. La couleur vert brunâtre ou noir bleuté est l'indication de la présence de tanins.

Des recherches antérieures montrent un lien entre les nutriments naturels et les extraits bruts utilisés dans les médicaments conventionnels53. Une analyse approximative a été effectuée pour trouver le pourcentage de teneur en humidité, de matière sèche, de protéines, de matières grasses et de fibres brutes en suivant la méthode54. La teneur en humidité a été mesurée selon la méthode de Nancy Trautmann et la même procédure suivie par Ashraf et al.30. La méthode Kjeldahl la plus célèbre a été utilisée pour trouver le pourcentage de protéines brutes, et l'extraction des graisses a été réalisée avec un appareil Soxhlet. Des traitements acide-base ont été utilisés pour estimer le pourcentage de fibres brutes.

La teneur en humidité de l'herbe a été calculée selon le protocole de Nancy Trautmann et Tom Richard. Tout d'abord, un petit récipient a été pesé, puis 1 g de matériel végétal a été placé dans le four à 105-110 ° C pendant une durée de 24 h pour éliminer toute humidité. Après cela, l'échantillon a été pesé à nouveau et le poids du récipient a été soustrait. La teneur en humidité a été calculée à l'aide de la formule suivante.

Mn pour la teneur en humidité (%) du matériau n et WW pour le poids humide de l'échantillon, et Wd est le poids de l'échantillon après séchage.

Selon les méthodes AOAC décrites par Poitevin et al.55 la matière sèche a été déterminée en utilisant la formule

La teneur en azote total des échantillons a été déterminée par la méthode micro-Kjeldahl. Le matériau finement broyé (1 g) a été placé dans un ballon de digestion avec 3 g de mélange de digestion (sulfate de mercure (HgSO4) et sulfate de potassium (K2SO4) dans un rapport de 1:9 et 20 ml de H2SO4 concentré. Les échantillons ont été bouillis dans un appareil de digestion pendant environ deux heures jusqu'à ce que le contenu devienne clair. Le matériau digéré a été dilué à 250 ml. Dix ml ont été transférés dans l'appareil de distillation micro Kjeldahl et distillés en présence de 50 mg de Zn. poussière et 10 ml de NaOH (40 %). Le distillat a été recueilli dans un récepteur contenant 5 ml d'acide borique (2 %) et du rouge de méthyle comme solution indicatrice. Le contenu du récepteur a été titré contre de l'acide sulfurique jusqu'à un point final de couleur rose clair. À partir du volume d'acide, le pourcentage d'azote a été estimé et les protéines ont été déterminées à l'aide de la formule :

Un échantillon séché a été extrait avec de l'éther de pétrole (400C–600C) dans un appareil Soxhlet pour estimer la teneur en lipides afin d'éliminer le composant soluble dans l'éther. Le matériau extrait a été séché jusqu'à un poids constant dans un four à 700°C. La teneur en lipides a été calculée à l'aide de la formule suivante :

L'échantillon de plantation a été bouilli en présence de 1,25 % de NaOH, suivi de 1,25 % de H2SO4 pour dissoudre les composants solubles dans les alcalis et les acides. Le résidu contenant la fibre brute a été séché jusqu'à un poids constant. La perte de poids au feu dans un four à moufle à 500 °C a été utilisée pour calculer la fibre brute.

Un échantillon séché (1 g) a été carbonisé sur une flamme oxydante jusqu'à ce qu'aucune fumée ne sorte. Il a ensuite été enflammé à 600 ° C dans un four à moufle pour brûler toutes les matières organiques.

Les données ont été triées par le logiciel Microsoft Excel 2010, l'analyse statistique a été effectuée à l'aide de Statistix 8.1 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA). Une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) a été effectuée pour détecter les différences entre les traitements. Le test de différence la moins significative (LSD) a été réalisé pour vérifier les différences significatives entre les moyennes. Une valeur de p < 0,01 dénotait une signification statistique.

C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum ont été collectés à l'Université de Lahore, Lahore, Pakistan. Toutes les expériences ont été réalisées conformément aux directives et réglementations en vigueur".

Des graines de radis (Rhaphanus sativus) ont été utilisées pour évaluer les niveaux de toxicité des extraits de trois graminées. La sélection des graines de radis était basée sur leur facilité de germination, leur prix abordable, leur taux de croissance rapide et leur disponibilité toute l'année. L'expérience a été réalisée dans des conditions contrôlées, en utilisant un extrait de méthanol à une concentration de 10 ppm, et la longueur maximale des racines a été observée du premier au cinquième jour de germination, alors que l'inhibition des racines était à son minimum. L'inhibition de la longueur des racines a été augmentée en augmentant la concentration des extraits de méthanol, l'inhibition maximale étant observée à 10 000 ppm. De plus, lorsque la concentration de l'extrait de méthanol était de 10 000 ppm, P. monspeliensis présentait l'inhibition racinaire la plus élevée (83,58 %), suivie de C. ciliaris (73,39 %) et de D. annulatum (67,42 %), comme illustré à la Fig. 1.

Inhibition des racines de semis de radis à différentes concentrations méthanoliques d'extrait méthanolique de C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum.

Les données concernant le taux de germination des graines de radis par des extraits méthanoliques de P. monspeliensis, C. ciliaris et D. annulatum sont présentées à la Fig. 2. Le taux de germination maximal a été observé dans des conditions contrôlées (sans extrait de méthanol) du premier au cinquième jour de germination. Le taux de germination des graines a diminué linéairement en augmentant les concentrations d'extrait de méthanol préparé. Le taux de germination minimum s'est avéré être de 21, 12%, 31, 6% et 36, 07% par extrait au méthanol de 10 000 ppm de P. monspeliensis, C. ciliaris et D. annulatum respectivement, comme illustré à la Fig. 3.

Taux de germination de plantules de radis à différentes concentrations d'extrait méthanolique de C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum.

Taux d'inhibition de la racine et de l'hypocotyle des semis de radis à différentes quantités de poudre de plantes C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum.

Les boîtes de Pétri ont été stérilisées et utilisées pour trois répétitions de chaque quantité sélectionnée (10, 30, 50 mg) de matériel végétal. Deux couches de gel Agar ont été utilisées pour prendre en sandwich le matériel végétal. et les graines ont été positionnées sur la couche supérieure d'agar. Les boîtes de Pétri ont ensuite été recouvertes de papier d'aluminium et maintenues dans l'obscurité pendant 72 h pour observer toute inhibition de la longueur des racines et de l'hypocotyle. L'ajout de poudre végétale a entraîné une augmentation du taux d'inhibition. Les résultats de l'expérience ont montré que, par rapport au groupe témoin, les taux d'inhibition maximaux pour les extraits méthanoliques de P. monspeliensis, C. ciliaris et D. annulatum étaient respectivement de 14, 02%, 9, 80% et 6, 23%, comme illustré à la Fig. 3.

Diverses activités biologiques des plantes peuvent être déterminées en évaluant leurs ingrédients chimiques. Dans la présente enquête, une analyse phytochimique qualitative a été effectuée par extrait au méthanol des trois types d'herbe. Le criblage phytochimique a montré que des alcaloïdes, des flavonoïdes, des phénols, des coumarines et des saponines étaient présents dans C. ciliaris, P. monspeliensis, D. annulatum, tandis que les tanins étaient absents dans toutes les espèces de graminées sélectionnées, comme le montre le tableau 1.

Lors de l'examen de l'importance de la flore et de la détermination du contenu sanitaire des plantes, il est important d'évaluer leur composition chimique. En plus de fournir des informations sur la qualité des aliments, l'analyse immédiate peut également estimer le TDN et la consommation d'énergie des animaux de différentes espèces et classes. Il joue un rôle essentiel dans l'évaluation de l'adéquation des espèces végétales aux besoins des différents ruminants. Les protéines brutes et les nutriments digestibles sont deux facteurs associés à la valeur alimentaire. La production de lait, de viande et la reproduction des animaux dépendent toutes des protéines brutes. C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum ont été analysés pour une analyse de composition approximative de l'humidité, des protéines brutes, des matières grasses brutes, des fibres brutes, de la matière sèche et des valeurs de cendres présentées dans le tableau 2.

Les composés phytochimiques sont des composés d'origine végétale; ce groupe comprend également les substances chimiques métaboliques secondaires56,57. Les phytochimiques sont largement responsables du rôle thérapeutique des plantes28. Ces composés augmentent l'absorption et l'utilisation des nutriments chez les animaux, renforcent leur système immunitaire et améliorent leur santé et leur productivité58. Notre recherche s'est concentrée sur trois espèces de graminées envahissantes et a identifié le niveau de toxicité, l'analyse phytochimique et la composition immédiate. Selon des dépistages phytochimiques effectués sur des graminées envahissantes sélectionnées, des alcaloïdes, des flavonoïdes, des phénols, des coumarines et des saponines ont été détectés dans C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum, tandis que les tanins n'ont pas été détectés. Les alcaloïdes agissent comme des insecticides naturels et peuvent protéger les animaux des maladies transmises par les insectes59. Les flavonoïdes et les phénols ont des propriétés antioxydantes et peuvent piéger les radicaux libres nocifs, réduisant ainsi le stress oxydatif et l'inflammation60,61,62. Les alcaloïdes et les saponines de la plante font des extraits de plantes des agents antifongiques potentiels63. Les saponines améliorent la digestion et l'absorption des nutriments en augmentant la perméabilité de la paroi intestinale, améliorant ainsi l'efficacité alimentaire64. Ainsi, la présence de ces composés phytochimiques dans l'herbe testée suggère qu'elle peut améliorer la santé et les performances du bétail. De plus, l'absence de tanins dans l'herbe d'essai est un avantage pour le bétail, car les tanins interfèrent avec l'absorption des nutriments et réduisent le goût des aliments. Les tanins se lient aux protéines et aux glucides et rendent les aliments indisponibles pour la digestion. Les tanins peuvent provoquer de l'astringence et de l'amertume qui affectent l'acceptation des aliments par les animaux65. Dans l'ensemble, l'absence de facteurs anti-nutritionnels dans les graminées testées suggère qu'il peut s'agir d'une bonne option fourragère pour tout le bétail.

Les résultats phytotoxiques des expériences de germination des graines, d'inhibition des racines et de la méthode sandwich suggèrent que les graminées testées ont un certain niveau de toxicité qui peut être exploité comme herbicide naturel. Les graminées testées ont montré une phytotoxicité due à la présence de certains composés phytochimiques qui peuvent être utilisés comme herbicide naturel. Cela offre une solution prometteuse et respectueuse de l'environnement pour les agriculteurs à la recherche d'alternatives aux herbicides synthétiques qui peuvent nuire à l'environnement et à la santé humaine. Les graminées peuvent inhiber la croissance des mauvaises herbes en interférant avec leurs processus métaboliques ou en perturbant leurs membranes cellulaires. Cet herbicide naturel peut être rentable, durable et apporter une contribution précieuse à l'agriculture durable.

Polypogon monspenliens peut produire plus de phytosidérophores et d'acides organiques, notamment les acides citrique, acétique, oxalique et malique. Il convient à l'herbe de pâturage ; il prévient la chlorose ferrique dans les sols calcaires et les systèmes de cultures intercalaires avec des arbres fruitiers17. Les composés bioactifs trouvés dans D. annulatum comprennent les flavonoïdes, les terpénoïdes, les alcools, les phénols et les acides gras. L'acide hexadécanoïque (20 à 38 %) s'est avéré plus abondant que les autres composés qui aident à la prévention des maladies28. Les résultats ont démontré que les extraits méthanoliques des graminées envahissantes testées avaient un impact sur le développement des échantillons de graines de radis. Par rapport à la longueur des racines, le processus de germination a été moins supprimé. Les racines sont des sources d'absorption et de collecte de minéraux, de sorte que l'extrait de plante a un impact significatif sur les racines66,67. Turk et al.68 ont expliqué que les phénomènes en développement sont plus vulnérables aux allélochimiques phytotoxiques que la germination. Les graines de tégument n'étaient pas en contact direct avec l'extrait de plante toxique ; les racines ont été plus perturbées que les graines car une croissance racinaire rabougrie a été observée. Les graines ont été moins affectées; c'est peut-être parce que leurs téguments les protégeaient. Dandelot et al.69 ont noté que les graines des échantillons étaient moins sensibles aux phytotoxines que les semis. La toxicité des phytoextraits inhibe le développement racinaire et aérien des plantes même si les graines germent70. Ces résultats ont démontré que les concentrations les plus importantes d'extraits de méthanol entravent le développement des plantes et pourraient être étudiées plus avant pour développer des herbicides à base de plantes. P. monspeliensis a un taux de production de biomasse élevé. À une salinité de NaCl de 100 mm, la germination des graines s'est avérée considérablement réduite (taux de germination de 8 %) (P < 0,0001, F = 43,133), mais la germination des graines se poursuit même à 300 mm de NaCl. Une croissance maximale est possible à faible salinité (50 mm)45.

L'approche de la méthode sandwich a été utile pour découvrir la nature toxique de la plante. Anjum et ses collègues ont utilisé l'approche sandwich pour étudier les effets inhibiteurs substantiels d'Albizia lebbeck et de Broussonetia papyrifera lors de l'examen de l'influence inhibitrice de 14 plantes médicinales71. Une autre recherche a utilisé la technique du sandwich pour évaluer l'impact inhibiteur de Ziziphus spina-christi, Desf., Juglans regia, Lavandula stoechas, Artemi-siaherba-alba Asso., Rosmarinus officinalis et Cenchrus ciliaris sur la chicorée (Cichorium pumilum) et le bersim (Trifolium alexandrinum). Sept quantités différentes (0, 2,5, 3,75, 5,6, 6,5, 7,5 et 12,5 %) de poudre de plante ont été utilisées et ont entraîné un effet inhibiteur considérable (51 %) de C. ciliaris sur les graines de bersim à la quantité maximale de poudre de plante72.

Une quantité relativement faible de cendres a été trouvée dans notre échantillon par rapport aux autres ingrédients chimiques. Plusieurs facteurs qui influent sur la teneur en cendres comprennent ; Météo, sécheresse, humidité, stade de maturité et échantillon acquis à une saison particulière15. Les plantes ont besoin de divers aliments azotés pour leur développement végétatif. Les trois éléments constitutifs fondamentaux de la vie sont les protéines, les glucides et les lipides. Les protéines présentes dans les graines sont cruciales pour la nutrition des plantes73,74. La plante stocke bien les protéines aux premiers stades de développement; il est ensuite utilisé pendant la floraison et la fructification et pendant la période de dormance lorsque leur état nutritionnel se détériore75. La consommation de protéines brutes des ruminants dans l'alimentation varie de 7 à 20 % selon l'espèce, le sexe et l'état physiologique76. Nos graminées de test avaient des valeurs de CP allant de 7,25 à 13,95 %, ce qui indique qu'elles conviennent à l'alimentation animale. La valeur seuil d'environ 3,6 % de protéines brutes dans les aliments pour animaux est obligatoire77. D. annulatum, l'une de nos graminées de test, avait le niveau de CP le plus élevé (> 13). Des concentrations de PC supérieures à 13 % indiquent que les plantes de parcours riches en protéines, en particulier les arbustes, peuvent être utilisées pour compléter les fourrages grossiers de mauvaise qualité afin de stimuler le bétail ruminant78. D. annulatum possède des composants nutritionnels (principalement du magnésium) dans des concentrations considérables, qui pourraient être exploitées dans les industries alimentaires et pharmaceutiques28. Les lipides sont une excellente source d'énergie et aident à transporter les vitamines liposolubles, à protéger et à préserver les tissus vitaux et à assurer les fonctions cellulaires essentielles. D. annulatum se compose de plusieurs hydrocarbures, acides gras, alcools et produits chimiques volatils. Les plantes bénéficient de la teneur en humidité car elle régule la transformation, le stockage et le transport des aliments79. Sasoli et al.77 ont rapporté 28,08 % de CP, 3,02 % d'EE et 5,15 % de cendres chez Polupogan monspeliensis, tandis que Cenchrus ciliaris avait 20,56 % de CP, 3,10 % d'EE et 19,59 % de cendres. La fibre brute dans les aliments indique la présence de glucides non digestibles et de lignine. Les fibres brutes facilitent la digestion des aliments ; Son excès peut entraîner des troubles intestinaux, une comestibilité réduite et une utilisation nutritionnelle moindre80,81. Kirwa et al.82 ont observé des variations significatives entre les écotypes de C. ciliaris et les niveaux de fibres brutes allant de 38,4 à 32,4 %. Hoyam et ses collègues ont trouvé des résultats similaires ; ils ont suggéré que la composition de Cenchrus ciliaris convient au bétail, les résultats de la recherche ont montré 92,17 % DM, 91,14 % OM, 14,41 % CP, 0,87 % EE, 55,88 % ADF, 75,00 % NDF, 7,50 % ADL, 11,15 % NFE, 10,80 % IVOMD et 1,73 % ME chez Cenchrus ciliaris83 .

Les résultats de composition approximative indiquent que les espèces de graminées sélectionnées sont très efficaces pour le bétail. Le pourcentage élevé de matière sèche montre une teneur élevée en éléments nutritifs par unité de poids, ce qui est précieux pour répondre aux besoins nutritionnels du bétail84. La faible teneur en humidité indique que l'herbe peut être facilement stockée sans risque de détérioration85. La teneur élevée en protéines brutes fournit les acides aminés essentiels nécessaires à la croissance, à l'entretien et à la réparation des tissus animaux. La graisse brute fournit une source d'énergie pour les animaux, tandis que la teneur en fibres aide à la digestion et au maintien de la santé intestinale86. La teneur en cendres de l'herbe fournit des minéraux essentiels à la santé des animaux. Dans l'ensemble, les résultats de composition approximative suggèrent que les graminées expérimentales sont des aliments très efficaces et nutritifs pour le bétail, ce qui peut favoriser la productivité et la santé globale.

La présente étude a évalué les effets toxiques des extraits de méthanol de toutes les plantes testées (C. ciliaris, P. monspeliensis et D. annulatum) par le biais d'un test de germination des graines de radis, d'un test d'inhibition des racines et d'une méthode sandwich. Ainsi, cette étude a démontré que les trois espèces de graminées présentent des principes toxiques bioactifs. Les tests phytochimiques se sont révélés positifs pour tous sauf les tanins. Nous avons conclu que ces plantes ont des effets toxiques sur la croissance et la germination et pourraient être explorées en détail pour vérifier leur utilité dans la formation d'herbicides. En outre, il a également de nombreux impacts positifs pour l'alimentation du bétail et à des fins agricoles. Cependant, des recherches supplémentaires sur la toxicité sont nécessaires pour connaître son altération quantitative et pour obtenir des informations sur la séparation et la structure de ces composés bioactifs responsables de la toxicité.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

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Ces auteurs ont contribué à parts égales : Shaista Jabeen et Muhammad Fraz Ali.

Collège des sciences de la vie, Université Northwest A&F, Yangling, 712100, Shaanxi, Chine

Shaista Jabeen et Lixin Zhang

Institut de biologie moléculaire et de biotechnologie, Université de Lahore, Sargodha Campus, Sargodha, 42100, Pakistan

Shaista Jabeen et Sunbal Khalil Chaudhari

Collège d'agronomie, Université Northwest A&F, Yangling, 712100, Shaanxi, Chine

Mohamed Faraz Ali

Centre national de recherche sur les cultures intercalaires, Université Islamia de Bahawalpur, Bahawalpur, 63100, Pakistan

Atta Mohi sur Din

Collège d'agriculture, Université d'agriculture et de foresterie du Fujian, Fuzhou, 350002, Chine

Talha Javé

Département de botanique, Faculté des sciences, Université de Sebha, Sebha, Libye

Nouriya Salah Mohammed

Institut de biotechnologie industrielle, Government College University, Lahore, 54000, Pakistan

Mohamed Ammar Javed

Département des sciences végétales, Université Quaid-I-Azam, Islamabad, 45320, Pakistan

Baber Ali et Mehdi Rahimi

Département de biotechnologie, Institut des sciences et de la haute technologie et des sciences de l'environnement, Université supérieure de technologie avancée, Kerman, Iran

Mehdi Rahimi

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Conceptualisation : SJ et SC ; conservation des données : MFA, TJ, MAJ ; analyse formelle, SC, BA et MAJ financement acquisition : NSM, MR investigation : SJ et LZ ; méthodologie : SJ, SC et LZ ; Ressources : MR ; logiciels : AMUD et BA ; validation : BA, MAJ, AMUD ; visualisation, SC ; rédaction — brouillon original, SJ, MFABA et LZ ; rédaction—révision et édition, AMUD, TJ, NSM, SC, BA, MR

Correspondance à Lixin Zhang ou Mehdi Rahimi.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Jabeen, S., Ali, MF, Mohi ud Din, A. et al. Criblage phytochimique et potentiel allélopathique de phytoextraits de trois espèces de graminées envahissantes. Sci Rep 13, 8080 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35253-x

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Reçu : 25 novembre 2022

Accepté : 15 mai 2023

Publié: 18 mai 2023

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

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