La fitotossicità di vari oli essenziali e dei loro componenti principali sulla germinazione e sull’accrescimento vegetativo di diverse specie vegetali è ben documentata in letteratura (Putnam & Tang, 1986; Fischer, 1991; Dudai et al., 1999; Batish et al., 2012; Verdeguer et
al., 2009; 2012; Taban et al., 2013; Amri et al., 2013; Rolli et al., 2014).
Agli oli essenziali e ai loro costituenti, infatti, viene attribuita la capacità di: inibire la divisione cellulare e la sintesi del DNA a livello del meristema apicale (Romagni et al., 2000; Nishida et al., 2005); alterare la permeabilità delle membrane mitocondriali, nucleari e plasmatiche, causandone la distruzione (Asplund, 1968; Fischer, 1991; Zygadlo & Juliani, 2000); destrutturare i tessuti (Lorber & Muller, 1980; Bakkali et al., 2008; Bouajaj et al., 2014); indurre processi di perossidazione lipidica (Scrivanti et al., 2003); danneggiare la parete cellulare (Lambert et al,. 2001); ridurre il contenuto in clorofilla (Romagni et al., 2000).
La loro selettività sulle diverse specie vegetali, tuttavia, non è stata ancora adeguatamente valutata. Tra l’altro, non tutti gli oli essenziali esercitano la stessa specificità e manifestano un’ampiezza d’azione che differisce in relazione alla composizione chimica e alle concentrazioni applicate (Dudai et al., 1999; Tworkoski, 2002; Mao et al., 2004; Bakkali et
al., 2008; Verdeguer et al., 2009; Cavalieri & Caporali, 2010).
La presente ricerca, alla luce di quanto noto, ha inteso approfondire gli effetti degli oli essenziali di taxa spontanei del genere Thymus sulla germinazione e sull’accrescimento delle plantule in cinque specie infestanti: A. blitum, A. retroflexus, P. oleracea s.l., A. fatua, E.
crus-galli.
Le suddette specie hanno manifestato differenti gradi di inibizione, relativamente a germinazione, lunghezza della radichetta e ipocotile/germoglio; positivamente correlati alla dose applicata. P. oleracea s.l. è stata la specie che più ha risentito dell’effetto fitotossico degli oli essenziali. Echinocloa crus-galli, di contro, è stata la specie più tollerante. In generale, le dicotiledoni (A. retroflexus, A. blitum, P. oleracea s.l.) hanno mostrato una più alta suscettibilità rispetto alle monocotiledoni (A. fatua, E. crus-galli), in accordo con quanto descritto da altri Autori (Synowiec et al., 2016; Synowiec & Drozdek, 2016).
Le differenziate risposte delle specie target possono essere correlate alla composizione chimica degli oli testati, al differente livello di tolleranza di ciascuna specie target e ai diversi meccanismi di detossificazione espressi da ognuna di esse (Coleman et al., 1997; Dudai et al., 2004), nonché al diverso grado di permeabilità del tegumento dei semi (Williams & Hoagland, 1982).
128 In relazione alla composizione chimica, alcuni oli essenziali possono esplicare un elevato effetto fitotossico a basse concentrazioni, come osservato ad esempio per Satureja montana L. (Angelini et al., 2003), altri possono manifestare un’attività a concentrazioni elevate o essere inefficaci. Queste risposte sono state riscontrate, ad esempio, con gli oli essenziali di Lantana
camara L. ed Eriocephalus africanus L. sulla germinazione e crescita di plantule di P.
oleracea (Verdeguer et al., 2009).
I nostri risultati hanno evidenziato che, tra gli oli essenziali testati, la più alta fitotossicità è stata espressa da quelli di: Thymus vulgaris subsp. vulgaris, Thymus praecox subsp. parvulus e Thymus longicaulis subsp. longicaulis. L’azione inibente indotta dall’olio essenziale di
Thymus vulgaris sulla germinazione è stata descritta anche da altri Autori su varie specie
infestanti e coltivate, quali P. oleracea, Lactuca sativa L., Conyza canadensis (L.) Cronq.,
Capsicum annuum L., Chenopodium album L., E. crus-galli, Xanthium strumarium L., Avena sterilis L. e Raphanus sativus L. (Angelini et al., 2003; Arminante et al., 2006; Uremis et al.,
2009; Grosso et al., 2010; Rolim de Almeida et al., 2010; Verdeguer, 2011).
In accordo a quanto già descritto da altri Autori (Abrahim et al., 2000; Tworkoski, 2002; Scrivanti et al., 2003; Vokou et al. 2003; Singh et al. 2006; Arminante et al., 2006; Kordali et
al., 2007; De Martino et al., 2010a), l’effetto fitotossico riscontrato sulla germinazione dei
semi e sull’accrescimento delle plantule delle specie infestanti saggiate, può essere relazionato alla elevata concentrazione in monoterpeni (idrocarburi e ossigenati), che rappresentano la classe chimica prevalente negli oli testati.
I composti ossigenati e i monoterpeni, in particolare, come è stato documentato (Singh et al., 2002; Vokou et al., 2003; Dudai et al., 2004; Kordali et al., 2007; De Martino et al., 2010a), agiscono da inibitori della germinazione e della crescita in maniera più efficace rispetto agli idrocarburi, anche in relazione alla loro maggiore solubilità in acqua (Fischer et al., 1994). Negli oli essenziali delle specie spontanee di Thymus allo studio è stata riscontrata una prevalenza di componenti ossigenati in quelli che hanno espresso il più alto grado di inibizione: il carvacrolo in Thymus vulgaris subsp. vulgaris (18.57% della composizione totale), il timolo in Thymus praecox subsp. parvulus (44.9% della composizione totale) e in
Thymus longicaulis subsp. longicaulis (31.7% della composizione totale). Quest’ultimo
(accessione TL-FAGO 2017), si contraddistingue, rispetto agli altri oli saggiati, anche per l’elevata concentrazione in 1,8-cineolo (8.4% della composizione totale). A tali composti prevalenti potrebbe essere attribuita la fitotossicità da noi riscontrata, in accordo con altri studi riguardanti l’attività di oli essenziali su piante sia infestanti sia coltivate (Koitabashi et
129 2006; Azirak & Karaman, 2008; Kordali et al., 2008; De Martino et al., 2010a; Verdeguer, 2011; Taban et al., 2013).
In relazione alle suddette valutazioni, la più bassa fitotossicità degli oli essenziali di T.
paronychioides (accessioni TP-VENT e TP-CAMM 2017), sulla germinazione dei semi e sul
successivo accrescimento delle plantule, potrebbe essere correlata al loro minore contenuto in composti ossigenati (13.3–24.5% i monoterpeni, 11.4–9.4% i sesquiterpeni) rispetto agli idrocarburi (37.6–57.3% i monoterpeni, 20.7–26% i sesquiterpeni). Un certo grado di efficacia è stato comunque rilevato su A. retroflexus, alla dose di 0.5µL/mL, in cui sono stati ridotti sia la percentuale di semi germinati sia l’accrescimento delle plantule, rispetto al controllo. Di contro, l’olio essenziale dell’accessione TP-VENT ha determinato in E. crus-
galli, alla concentrazione di 0.125µL/mL, una stimolazione della germinazione. Tale risultato
è in accordo con quanto riportato da altri Autori (Stebbing, 1982; Rice, 1984; Putnam & Tang, 1986; Kordali et al., 2007), secondo i quali le sostanze allelopatiche in grado di inibire la germinazione e/o la crescita di una specie, a una certa concentrazione, possono avere effetti stimolanti sulla stessa o su un’altra specie, a una concentrazione inferiore (Amaranthus
retroflexus, Chenopodium album e Rumex crispus).
Sebbene le caratteristiche biofisiche e biologiche degli oli essenziali siano generalmente attribuite ai componenti quantitativamente più abbondanti, tuttavia, trattandosi di miscele complesse, è importante non trascurare il potenziale effetto sinergico e/o antagonistico modulato dai molteplici composti presenti a più basse concentrazioni o in tracce (Vokou et
al., 1999; Santana-Rios et al., 2001; Vokou et al., 2003; Hoet et al., 2006). Quindi, per
valutare la bioattività, è più significativo studiare un olio essenziale nel suo complesso piuttosto che i singoli componenti.
Comparando l’azione esercitata dagli oli essenziali di timo sulla crescita dei due organi della plantula monitorati (radichetta e ipocotile/germoglio) è emerso che la radichetta è l’organo più sensibile. Tale osservazione trova conferma in altri studi (Dudai et al., 1999), nei quali sono stati testati anche singoli componenti, come ad esempio l’eugenolo (Ahuja et al., 2014; 2015). Il differente grado di inibizione osservato sulla crescita dei due organi può essere imputato alla più alta permeabilità della radichetta ai monoterpeni, rispetto all’ipocotile (Yoshimura et al., 2011), e alle peculiari modalità di accrescimento di ciascuno. Ovvero, la crescita dell’ipocotile dipende in gran parte dalla distensione cellulare, meno sensibile all’effetto dei suddetti composti che, invece, inibiscono la divisione cellulare da cui dipende, insieme alla distensione, la crescita radicale (Nishida et al., 2005).
Per quanto riguarda le nanoemulsioni e le nanoparticelle di zeina con olio essenziale di T.
130 (0.03%) infatti, tutte le formulazioni testate hanno soppresso parzialmente o totalmente la germinazione in quasi tutte le specie target, riducendo sensibilmente anche la crescita della radichetta. Le nanoparticelle di zeina, hanno determinato il più alto effetto fitotossico, rispetto alle altre formulazioni, inibendo significativamente o sopprimendo la germinazione.
Un effetto inibitorio dose-dipendente sulla crescita delle piante di Zea mays L., E. crus-galli e
Chenopodium album L., trattate con oli essenziali di Mentha×piperita L., Carum carvi L. e Acorus calamus L. microincapsulati con maltodestrine e gomma arabica come agenti carrier,
è stato descritto nel recente lavoro di Synowiec et al. (2016). Gli stessi Autori hanno evidenziato, altresì, la peculiare attività inibente esercitata dalle sole maldodestrine.
Analogo risultato, è stato da noi riscontrato saggiando l’attività degli oli essenziali di T.
longicaulis subsp. longicaulis e T. spinulosus, incapsulati con zeina, zeina/maltodestrine e
zeina/gomma arabica, sul processo germinativo dei semi di differenti specie infestanti (dati non riportati). Questa preliminare sperimentazione ha sottolineato, infatti, un’azione fitotossica amplificata rispetto agli oli essenziali tal quali. Altro elemento significativo, emerso da questi saggi, è stato il marcato effetto inibitorio espresso dai bianchi di controllo sempre sulla germinazione dei semi, in tutte le specie target.
Pertanto, la potenziale azione inibitoria espressa dagli agenti impiegati come emulsionanti e/o carrier, necessita di ricerche più approfondite per meglio caratterizzare la loro tossicità, la reversibilità dell’effetto, la minima/massima dose inibente, la selettività su diversi organismi (Fraceto et al., 2016), etc.
Il lavoro di ricerca ha messo in evidenza le promettenti potenzialità degli oli essenziali di
Thymus (tal quali, in nanoemulsione e in nanoparticelle) in termini di attività erbicida, ciò fa
presupporre a un loro eventuale impiego in agricoltura biologica e in sistemi di gestione integrata per una lotta sostenibile alle piante infestanti.
131