Isolation and characterization of allelopathic volatiles from mugwort (Artemisia vulgaris)

Resumo

Vários aleloquímicos voláteis foram identificados e caracterizados de tecido foliar fresco de três populações distintas da espécie perene invasora erva daninha, artemísia (Artemisia vulgaris). Um bioensaio exclusivo foi usado para demonstrar a liberação de aleloquímicos voláteis dos tecidos foliares. Os voláteis das folhas foram capturados e analisados ​​por meio de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa. Alguns dos componentes identificados foram terpenos, incluindo cânfora, eucaliptol, α-pineno e β-pineno. Aqueles disponíveis comercialmente foram testados individualmente para determinar sua fitotoxicidade. Concentrações de voláteis detectáveis diferiram em proporções absolutas e relativas entre as populações de artemísia. As três populações de artemísia consistiam em uma planta mais alta e altamente ramificada: população (ITH-1); uma população menor e menos ramificada (ITH-2) (ambos de fragmentos de rizomas de paisagens manejadas); e uma população crescida de semente com folhas lobadas (VT). Existia considerável variação interespecífica em morfologia foliar e química da superfície foliar. Os bioensaios revelaram que nenhum dos monoterpenos individuais poderia explicar a fitotoxicidade observada transmitida por voláteis foliares totais, sugerindo um efeito sinérgico ou atividade de um componente não testado. Apesar da incapacidade de detectar um único fitotóxico dominante composto, diminui na concentração total de terpenos com o aumento da idade da folha correlacionadas com diminuições na fitotoxicidade. A presença de terpenóides bioativos na química da superfície da folha do tecido artemísia mais jovem sugere um papel potencial para terpenoides no estabelecimento e proliferação da artemísia em habitats introduzidos

 

Abstract

Several volatile allelochemicals were identified and characterized from fresh leaf tissue of three distinct populations of the invasive perennial weed, mugwort (Artemisia vulgaris). A unique bioassay was used to demonstrate the release of volatile allelochemicals from leaf tissues. Leaf volatiles were trapped and analyzed via gas chromatography coupled with mass spectrometry. Some of the components identified were terpenes, including camphor, eucalyptol, α-pinene, and β-pinene. Those commercially available were tested individually to determine their phytotoxicity. Concentrations of detectable volatiles differed in both absolute and relative proportions among the mugwort populations. The three mugwort populations consisted of a taller, highly branched population (ITH-1); a shorter, lesser-branched population (ITH-2) (both grown from rhizome fragments from managed landscapes); and a population grown from seed with lobed leaves (VT). Considerable interspecific variation existed in leaf morphology and leaf surface chemistry. Bioassays revealed that none of the individual monoterpenes could account for the observed phytotoxicity imparted by total leaf volatiles, suggesting a synergistic effect or activity of a component not tested. Despite inability to detect a single dominant phytotoxic compound, decreases in total terpene concentration with increase in leaf age correlated with decreases in phytotoxicity. The presence of bioactive terpenoids in leaf surface chemistry of younger mugwort tissue suggests a potential role for terpenoids in mugwort establishment and proliferation in introduced habitats.