3 つの外来草種の植物抽出物の植物化学的スクリーニングとアレロパシーの可能性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8080 (2023) この記事を引用

449 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

間違いなく、侵入草の蔓延を防ぎ、環境への悪影響を軽減するために、常に警戒を怠らず管理することが重要です。 ただし、これらの攻撃的な植物は、特定の状況では有益な役割を果たすこともあります。 たとえば、いくつかの外来草は家畜に貴重な飼料を提供し、病気を制御する可能性があります。 したがって、周囲の植生だけでなく、人間や動物の病気の制御についても、このアプローチの長所と短所を調査するための研究実験が行われました。 この研究は主に家畜の飼料、植物由来の除草剤の開発、外来種の薬害の理解に焦点を当てています。 Cenchrus ciliaris L.、Polypogon monspeliansis L.、および Dicanthium annulatum (Forssk.) Stapf のすべての植物部分を、植物化学スクリーニング、近接分析、およびこれらの草種のメタノール抽出物によって引き起こされる毒性分析のためにテストしました。 近似組成分析および毒性評価エッセイのために、定性的植物化学スクリーニング試験が実施されました。 植物化学分析により、アルカロイド、フラボノイド、クマリン、フェノール、サポニン、配糖体については陽性の結果が得られましたが、タンニンについては陰性であったことが明らかになりました。 近似分析の比較では、P. monspeliensis の最大水分 (10.8%) と粗脂肪 (4.1%) が推定されたのに対し、最大乾物 (84.1%)、粗タンパク質 (13.95%)、粗繊維 (11%)、および灰分 (7.2%) %) D. annulatum に含まれます。 C. ciliaris、P. monspeliansis、D. annulatum から調製した 5 種類（10、100、500、100、10,000 ppm）および 3 種類（10、1000、10,000 ppm）の異なる濃度のメタノール抽出物を、それぞれ根の抑制と種子に使用しました。発芽エッセイ。 さらに、サンドイッチ法試験には 3 つの異なる濃度 (10、30、50 mg) の植物微粉末を使用しました。 実験モデルの大根種子の成長速度は大幅に低下し（P > 0.005）、サンドイッチ法試験の結果は、根毛の成長が抑制され、大根種子の固定が阻害されることを示しました。 それに比べて、結果は次のことを示しています。 P. monspeliansis は抑制の急増を示し (10,000 ppm で 66.58%)、D. annulatum は発芽の急増を示し (制御された条件で 75.86%)、C. ciliaris はサンドイッチ法試験により抑制の劇的な上昇を示しました (50 ppm で 14.02%)。 mg）。 結論として、草は有毒ですが、受益者のアカウントを考慮することが重要です。

増え続ける世界人口1により、農作物収量の最大化の追求により、作物生産における制約（栄養素欠乏や病原体）を最小限に抑えるために農業資材の利用が促進されています2。 しかし、合成肥料、殺虫剤3、除草剤の使用増加は農業生態系を悪化させる可能性があり、最終的には人間と動物の両方に健康上の懸念を引き起こす4,5。 この観点から、植物からのアレロパシー抽出物は、持続可能な農業生産のための環境に優しい代替手段として役立つ可能性があります6。 例えば、アレロパシー植物からの植物抽出物は、植物成長促進因子の天然の貯蔵庫として認識されています7。 さらに、いくつかの植物抽出物の生物農薬としての可能性も以前の研究で報告されています8。 したがって、害虫に対するアレロケミカルの有用性は研究者の関心を集めており、生物農薬の大部分は昆虫の攻撃を制御する目的で調製されています8,9。 しかし、雑草管理に使用できる生物農薬は依然として非常に限られています。

外来作物種は、近隣の主要作物の生育を積極的に侵食し、妨害するため、あらゆる作付体系にとって複雑かつ永続的な課題を引き起こします10。 合成除草剤の広範な使用に伴う生態学的および健康上のリスクは、植物ベースの代替品の不足と相まって、現代の農業において差し迫った問題となっています11。 したがって、今日の農業では持続可能性のニーズを満たすために、従来の除草剤の代わりに植物由来の材料を使用して雑草と戦う可能性を探ることが不可欠です12,13。 これまでに、ソルガムおよび伝統的な薬用低木からのアレロパシー抽出物は、畑作物生産における雑草に対して植物毒性の可能性を示しました 14。 同様に、Persicaria lapathifolia は Echinochloa Colona 雑草 12 を阻害し、Artemisia argyi 水抽出物は Brassica pekinensis、Lactuca sativa、Portulaca oleracea、Oxalis corniculata、Setaria viridis などの雑草を阻害します 15。 Ferula assafoetida L. と Ricinus Comunis L. は、それぞれ 0.75% と 1% の濃度で、Amaranthus Retroflexus L. 雑草種子の発芽を約 70% 制限します 16。 総合すると、特定の植物に含まれるアレロケミカルをさらに研究して、その天然のアレロ毒性効果を評価できる可能性があることが示唆されます。 以前、サンドイッチ法を使用してレタス植物の生物検定が実施され、パキスタンと日本のさまざまな場所から採取されたさまざまな侵入草本や低木からの植物抽出物により、レタスの成長阻害が明らかになりました14。 P. monspeliensis は、装飾品や食料源として使用される可能性があり、重要な牧草として考えられています17。 同様に、天然に存在し、容易に入手できる草種の植物化学的評価は、それらが農業生態系に永続的かつ優勢に存在するため、その除草能力を活用するのに非常に役立つ可能性があります。

侵入草に関するこれまでの研究からの一貫した発見は、それらが環境に明らかな脅威をもたらしているということです18。 対照的に、在来植物や家畜の開発も受益者として特定されました19。 近似組成分析に基づいて、外来草の的を絞った放牧は、在来植物だけでなく、気候20や野生動物の保護活動21にも画期的な成果をもたらす可能性がある。 対象を絞った放牧は、重大な火災の危険を伴う攻撃的な侵入者であるバッフルグラスの蔓延を抑制するのに特に効果的であることが証明される可能性がある22。 さらに、タンパク質、炭水化物、フェノール、フラボノイド、サポニン、アルカロイドの存在を含むすべての化学成分の同定を重視した定性植物化学検査が、試験草のさまざまな部分の抽出物で確認されました23。 植物抽出物は病原性微生物に対して貴重な役割を示し 24、すべての抽出物が細菌を阻害し、これが阻害ゾーンの発生につながりました 25。 その後、牧草が牛の飼料、抗炎症作用、抗菌作用、抗酸化作用、抗菌作用、病気の管理、創薬などのさまざまな活動にどのように寄与しているかを推定することができます26。 この植物化学的スクリーニングに基づいて、人間や動物に効果的な医薬品を生産することも可能です。27、28。

ダーマングラス (Cenchrus ciliaris) は、パキスタンで民族植物学的に高度に使用されている重要な草の 1 つであり、この草のすべての部分がさまざまな目的で煎じ薬の形で使用されます 29,30,31。 驚くほど回復力があり、高温、塩分 32、重金属 33、強烈な日射、最小限の湿気 34,35 など、常に変動する過酷な環境でも生育することができます。 この草は地元の植生や動物を撹乱し、侵入植物の撹乱の結果として利用可能な温熱景観に変化をもたらします36。 さらに、選択された草種は CO2 を組み立てる能力が高く、大気中の窒素 (N) を消費し、土地からの窒素のリサイクルに重要な役割を果たします 37,38。 それは医療目的で広く利用されており、草を食む動物の重要な飼料として機能しています39,40。 以前の研究では、それは治療上の価値の高い化合物を生成する強力な草であり、医薬品開発会社によって使用されていると考えられていました41。 C. ciliaris 由来の化合物は殺菌作用があり、細菌 31,41、シクロオキシゲナーゼ (COX) I および II 活性 42、腎臓の痛み、腫瘍、創傷に対しても有効であり、その植物抽出物が有毒であることを示しています 28,43,44。 P. monspeliensis の種子は発芽が早く、塩分を含んだ砂漠土壌の修復プログラムに効果がある可能性があります45。 通常、サブカのような塩分を含む生態系で発生し、湿潤生物気候帯からサハラ砂漠まで見られます。 過剰な塩分や干ばつでも生産性を維持します17。 P. monspeliensis (ウサギの足草) は、悪条件下でも発芽し定着する起源を利用できるため、食料、飼料、観賞用、乾燥土壌や塩害土壌の回復に重要な役割を果たしています。 P. monspeliensis は、特に Ni46 を取り込む能力により、ファイトレメディエーションにおいて重要な役割を果たしています。 ポルポガン種は飼料植物や雑草植物としての有用性が認められていますが、除草剤としての可能性は広く研究されていません 40,47。 一般にフォルスクまたはマーベルグラス (Dichanthium annulatum) と呼ばれる別の草種は、根茎の主茎を持つ密に房状に茂った多年生草です。 赤痢や月経過多の治療に使用されます28。 中東、熱帯アジア、アフリカの一部に生息しています。 オーストラリアなど一部の地域では帰化している47,48。 D. annulatum は Na、Mg、K、Al、Ca、Fe、Si、Sr、Ti、Ba、H、Li、O、N、Ar、Cs で構成されており、その栄養状態が明らかです。 パキスタンでは、パンジャブ、サルゴダ、シェイクプラ、ラダールでのみ記録されています。 これらの草種は、動物の飼料や薬用植物として利用されてきました。

これらの草の圃場での優占性、入手のしやすさ、家畜飼料としての有用性を念頭に置き、さまざまな貴重な植物化学物質の存在をスクリーニングし、近似組成を分析し、用量を評価することを目的としてこの研究を計画しました。これらの草からの植物抽出物の毒性は、指標種（Rhaphanus sativus）の発芽および成長速度に依存します。 この研究の結果は、家畜の飼料、植物由来の除草剤への可能性、外来種の薬害の説明の根底にあるメリットとデメリットを開発するための有望な方向性を提供する可能性があります。

C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum はパンジャブ州のさまざまな地域から収集されました。 この実験で使用され、以下に記載されるすべての試薬および化学薬品は、「ラホール大学」から調達されました。

試験草の植物サンプルは、2018 年 4 月にパキスタンのサルゴダ地域とファイサラバード地域から収集されました。サンプルの収集と抽出は、Arora et al.41 によって概説された方法論に従いました。 植物を徹底的に洗浄し、実験室で室温で乾燥させた後、植物の細かい粉末に粉砕しました。 メタノール抽出物の調製には、250 g の植物材料を 750 ml のメタノールと混合し、次いでこれをソックスレー回転装置に 36 時間かけることが含まれました。 温度が対応する溶媒の沸点を超えないよう注意を払った）。ワットマン No. 1 濾紙を使用して濾液を分離し、得られた抽出物をビーカーに入れ、室温で 1 週間放置した。 その後、抽出物を実験室用真空ロータリーエバポレーターを使用して 40 °C で濃縮し、重量を量り、ラベルを貼り、さらなる分析のために 4 °C で滅菌ボトルに保管しました。

C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum の薬害活性を調査しました。 これらの植物のメタノール抽出物を 5 つの異なる濃度 (10、100、500、1000、および 10,000 ppm) で調製し、根の長さを抑制する能力をテストしました。 さらに、3 つの濃度 (100、1000、および 10,000 ppm) の抽出物を使用して、大根の種子の発芽に対する影響を評価しました。 3種類の草の微粉末（10mg、30mg、50mg）を使用したサンドイッチ法も採用されました。 大根の種子の発芽アッセイと根の阻害は、Turker および Usta 200849 プロトコルに従って実施されましたが、サンドイッチ法は Fuji et al.50 に従って実施されました。

すべての種子は、次亜塩素酸ナトリウムを使用して 10 分間滅菌し、その後蒸留水で洗浄しました 51。 2 枚の濾紙 (Whatman No.1) で裏打ちされた各ペトリ皿 (直径 90 mm) を各ペトリ皿に配置し、5 ml の 5 つの異なる濃度の抽出物 (10、100、500、1000、および 10,000 ppm) をチップに注ぎました。ピペットを使ってすべてのプレートに取り出します。 溶媒を蒸発させた後、5 mlの蒸留水を各ペトリ皿に加えた。 10 個の種子を各ペトリ皿に置き、しっかりと密閉して 23 °C でインキュベートしました。 すべての種子の根の長さを 1 日、3 日、および 5 日後に測定しました。 増殖阻害のパーセンテージは、所定の式によって測定されました。

PTは抽出物を適用した種子の根の長さ（処理群）、PCは抽出物を使用しなかった種子の根の長さ（対照群）です。

この実験は、3 つの異なる試験草からのメタノール抽出物の毒性の可能性を確認するために行われました。 濾紙を備えたペトリ皿を根阻害実験と同じ方法で準備した。 ただし、主な違いは抽出物の濃度と使用する種子の数でした。 この実験では、3 つの異なる抽出物濃度 (100、1000、および 10,000 ppm) で大根の種子 100 個を使用しました。 発芽プロセスを毎日観察し、発芽率を 5 日間記録しました。 発芽指数は特定の式を使用して計算されました。

ここで、N1、N2、N3

治療を行わなかった対照群を標準として採用した。 ペトリ皿を室温に保ち、発芽率を 5 日間毎日記録しました。

サンドイッチ法では、寒天溶液 (0.5% w/v) を調製し、121 °C で 15 分間オートクレーブ滅菌しました。 異なる量の植物材料 (10、30、50 mg) をペトリ皿に挟みました。 ピペットの助けを借りて、5 mlの寒天を最初の層として植物材料に塗布し、C. ciliaris、P. monspeliensis、およびD. annulatumの微粉末を上に移動させ、粉末がゼラチン状になり、再び植物材料をその上に置きます。ゼラチン状の粉末を加え、さらに寒天を第二層として塗布しました。 すべてのペトリ皿で、5 つの大根の種子を最上部の寒天層に置きました。 ペトリプレートをアルミホイルで覆い、室温のインキュベーター内に置いた。 種子の成長は、成長する種子ごとに 72 時間後に植物の下部 (根) と上部 (胚軸) の長さを測定することによって観察されました。 根に対するエキスの効果を次の式を使用して評価しました。

ＰＴは処理群による根の阻害を示し、ＰＣは０濃度の対照または処理を示した。

定性的植物化学試験は、52 のプロトコールに従って実施されました。

アルカロイドの有無を調べるためにマイヤー試薬とドラゲンドルフ試薬を用意しました。 マイヤー試薬の調製のために、2 つの溶液を調製しました。 １つの溶液では、塩化第二水銀（０．３５６ｇ）を６０ｍｌの水と混合し、別の溶液では、ヨウ化カリウム（５ｇ）を２０ｍｌの水と混合した。 ドラゲンドルフ試薬の調製のために、2 つの溶液を調製しました。1 つの溶液では、蒸留水 80 ml に塩基性硝酸ビスマス 1.7 g および酒石酸 (20 g) を混合しました。もう 1 つの溶液では、蒸留水 40 ml に酒石酸 (20 g) を混合しました。ヨウ化カリウム16g。 調製した両方の溶液を 1:1 の比率でよく混合しました。 ０．５ｇの植物抽出物と８ｍｌの１％ＨＣｌとの混合物を調製し、温め、濾過した。 得られた濾液を、調製した両方の試薬で区別するために処理した。 濁りまたは沈殿は、C. ciliaris にアルカロイドが存在することを示す検査結果が陽性であることを示します。

脂肪物質を除去するために、新たに調製した抽出物 0.5 g を石油エーテルと混合しました。 この混合物を８０％エタノール（２０ｍｌ）と混合し、次いで濾過した。 得られた濾液を用いて、この濾液と１％ＫＯＨ（４ｍｌ）との混合液の調製に用いた。 濃い黄色の濾液は、フラボノイドの陽性結果を示しています。

抽出液０．５ｇを試験管に採取し、１Ｍ ＮａＯＨを用いて濾紙を湿らせ、試験管をこの濾紙で覆った。 ビーカーの中で水を火にかけ沸騰させた。 水が沸点に達したら、試験管を数分間その中に置き、その後水から取り出し、試験管から紙を取り除きました。 これは紫外線で観察され、黄色の蛍光はクマリンの存在を示しています。

フェノールを同定するために FeCl3 溶液を調製しました。 フェノールを同定するために、この溶液 3 ～ 4 滴を植物抽出物で処理しました。 青みがかった黒色はフェノールの存在を示します。

０．５ｇの抽出​​物を試験管内の沸騰水中に入れ、次いで試験管を室温で冷却した。 泡の形成はサポニンの存在を示します。

タンニンを同定するために、抽出物 0.5 g を試験管中で蒸留水 (20 ml) と混合し、煮沸し、この混合物を濾過しました。 得られた濾液を、新たに調製した０．１％のＦｅＣｌ ３ 溶液と混合した。 茶色がかった緑色または青みがかった黒色は、タンニンの存在を示します。

以前の研究では、天然栄養素と従来の医薬品に利用される粗抽出物との関連性が示されています53。 水分含有量、乾物、タンパク質、脂肪、粗繊維の割合を求めるための精密分析を、方法54に従って実施した。 水分含有量は、Nancy Trautmann の方法および Ashraf らによる同じ手順に従って測定されました。30。 粗タンパク質の割合を求めるために最も有名なケルダール法が使用され、脂肪の抽出はソックスレー装置によって実行されました。 粗繊維の割合を推定するために、酸塩基処理が使用されました。

芝生の水分含量は、Nancy Trautmann と Tom Richard のプロトコルに従って計算されました。 まず、小さな容器の重さを量り、次に 1 g の植物材料を 105 ～ 110 °C のオーブンに 24 時間入れて水分を除去します。 その後、再度サンプルの重量を測定し、容器の重量を差し引いた。 水分量は以下の式により算出した。

Mn は材料 n の含水率 (%)、WW はサンプルの湿重量、Wd は乾燥後のサンプルの重量です。

Poitevin et al.55 によって記載された AOAC 法によれば、乾物は次の式を使用して決定されました。

サンプルの総窒素含有量は、マイクロケルダール法によって測定されました。 細かく粉砕した材料 (1 g) を、3 g の消化混合物 (1:9 の比率の硫酸水銀 (HgSO4) と硫酸カリウム (K2SO4)、および 20 ml の濃硫酸) とともに消化フラスコに入れました。サンプルを沸騰させた中で沸騰させました。内容物が透明になるまで約 2 時間蒸解装置で蒸留し、内容物が透明になるまで 250 ml に希釈し、10 ml をマイクロケルダール蒸留装置に移し、50 mg の亜鉛末と 10 ml の NaOH (40%) の存在下で蒸留しました。留出物を、5 ml のホウ酸 (2%) と指示薬溶液としてのメチルレッドを入れた受器に集め、受器の内容物を硫酸で淡いピンク色の終点まで滴定しました。窒素は推定され、タンパク質は次の式を使用して決定されました。

乾燥サンプルをソックスレー装置で石油エーテル (400℃ ～ 600℃) で抽出し、エーテル可溶成分を除去するための脂質含量を推定しました。 抽出された材料は、700 °C のオーブンで一定の重量になるまで乾燥されました。 脂質含有量は次の式を使用して計算されました。

植栽サンプルを 1.25% NaOH、続いて 1.25% H2SO4 の存在下で煮沸して、アルカリおよび酸可溶性成分を溶解しました。 粗繊維を含む残渣を一定重量まで乾燥させた。 500 °C のマッフル炉内での強熱による重量損失を使用して、粗繊維を計算しました。

乾燥したサンプル (1 g) を酸化炎上で煙が出なくなるまで炭化しました。 次に、マッフル炉内で 600 °C で点火して、すべての有機物を燃焼させました。

データは Microsoft Excel 2010 ソフトウェアによって並べ替えられ、統計分析は Statistix 8.1 (Analytical Software、米国フロリダ州タラハシー) を使用して実行されました。 一元配置分散分析 (ANOVA) を実行して、治療間の差異を検出しました。 最小有意差 (LSD) 検定を実行して、平均間の有意差を確認しました。 p < 0.01 の値は統計的有意性を示します。

C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum は、パキスタンのラホールにあるラホール大学から収集されました。 すべての実験は、関連するガイドラインと規制に従って実行されました。」

大根 (Rhaphanus sativus) の種子を使用して、3 つの草からの抽出物の毒性レベルを評価しました。 大根の種子の選択は、発芽の容易さ、手頃な価格、一年中入手可能な急速な成長速度に基づいて行われました。 実験は、濃度 10 ppm のメタノール抽出物を使用して制御された条件下で実施され、根の最大長は発芽 1 日目から 5 日目まで観察され、根の阻害は最小でした。 根の長さの阻害はメタノール抽出物の濃度を増加させることによって増加し、最大の阻害は 10,000 ppm で観察されました。 さらに、メタノール抽出物濃度が 10,000 ppm の場合、図 1 に示すように、P. monspeliensis が最も高い発根阻害 (83.58%) を示し、次に C. ciliaris (73.39%)、D. annulatum (67.42%) が続きました。

C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum メタノール抽出物のさまざまなメタノール濃度における大根苗の根阻害。

P. monspeliensis、C. ciliaris、および D. annulatum のメタノール抽出物による大根の種子の発芽率に関するデータを図 2 に示します。最大発芽率は、制御された条件 (メタノール抽出物なし) で 1 日目から 5 日目まで観察されました。発芽のこと。 種子の発芽率は、調製したメタノール抽出物の濃度を増加させることにより直線的に減少した。 図 3 に示すように、最小発芽率は、P. monspeliensis、C. ciliaris、および D. annulatum の 10,000 ppm のメタノール抽出によって、それぞれ 21.12%、31.6%、および 36.07% であることがわかりました。

C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum メタノール抽出物のさまざまな濃度での大根苗の発芽率。

異なる量の C. ciliaris、P. monspeliensis および D. annulatum 植物粉末における大根苗の根と胚軸の両方の阻害率。

ペトリ皿を滅菌し、選択した各量 (10、30、50 mg) の植物材料を 3 回複製して使用しました。 2 層の寒天ゲルを使用して植物材料を挟みました。 そして種子を最上部の寒天層に配置しました。 次いで、ペトリ皿をアルミホイルで覆い、暗所に72時間保管して、根の長さと胚軸の阻害を観察した。 植物粉末の添加により阻害率が増加しました。 実験結果は、対照群と比較して、図1に示すように、P.モンスペリエンシス、C.シリアリス、およびD.アヌラタムのメタノール抽出物の最大阻害率がそれぞれ14.02%、9.80%、および6.23%であることを示しました。 ３．

植物の化学成分を評価することで、植物のさまざまな生物活性を知ることができます。 本研究では、3 種類すべての草のメタノール抽出物により植物化学の定性分析を実施しました。 植物化学スクリーニングでは、表 1 に示すように、アルカロイド、フラボノイド、フェノール、クマリン、およびサポニンが C. ciliaris、P. monspeliensis、D. annulatum に存在する一方、タンニンは選択されたすべての草種に存在しないことが示されました。

植物相の重要性を検討し、植物の健康内容を判断する場合、その化学組成を評価することが重要です。 近似分析では、飼料の品質情報を提供するだけでなく、さまざまな種やクラスの動物の TDN とエネルギー消費量を推定することもできます。 これは、さまざまな反芻動物の要件に対する植物種の適合性を評価する際に重要な役割を果たします。 粗タンパク質と消化可能な栄養素は、給餌価値に関連する 2 つの要素です。 牛乳、肉の生産、動物の繁殖はすべて粗タンパク質に依存しています。 C. ciliaris、P. monspeliensis、D. annulatum の水分、粗タンパク質、粗脂肪、粗繊維、乾物、灰分値の近似組成分析を行った結果を表 2 に示します。

ファイトケミカルは植物由来の化合物です。 このグループには二次代謝化学物質も含まれます56,57。 植物化学物質は植物の治療的役割に主に関与しています28。 これらの化合物は、動物の栄養素の吸収と利用を高め、免疫システムを強化し、全体的な健康と生産性を向上させます58。 私たちの研究は 3 つの外来草種に焦点を当て、毒性レベル、植物化学分析、および近似組成を特定しました。 選択された外来草に対して行われた植物化学スクリーニングによると、C. ciliaris、P. monspeliensis、D. annulatum ではアルカロイド、フラボノイド、フェノール、クマリン、サポニンが検出されましたが、タンニンは検出されませんでした。 アルカロイドは天然の殺虫剤として作用し、昆虫が媒介する病気から動物を守ることができます59。 フラボノイドとフェノールには抗酸化特性があり、有害なフリーラジカルを除去し、酸化ストレスと炎症を軽減します60、61、62。 植物に含まれるアルカロイドとサポニンにより、植物抽出物は潜在的な抗真菌剤になります63。 サポニンは腸壁の透過性を高めることで栄養素の消化と吸収を改善し、それによって飼料効率を改善します64。 したがって、試験草にこれらの植物化学物質が存在することは、それが家畜の健康と能力を向上させる可能性があることを示唆しています。 さらに、タンニンは栄養素の吸収を妨げ、食物のおいしさを低下させるため、試験草にタンニンが含まれていないことは家畜にとって有利です。 タンニンはタンパク質や炭水化物と結合し、飼料が消化できなくなります。 タンニンは渋みや苦味を引き起こし、動物による食物の受け入れに影響を与える可能性があります65。 全体として、試験草に反栄養因子が存在しないことは、試験草がすべての家畜にとって優れた飼料の選択肢となり得ることを示唆しています。

種子の発芽、根の阻害、サンドイッチ法の実験による植物毒性の結果は、試験した草が天然の除草剤として利用できるある程度の毒性を持っていることを示唆しています。 テストされた草は、天然の除草剤として使用できる特定の植物化学物質の存在により、植物毒性を示しました。 これは、環境や人間の健康に害を及ぼす可能性のある合成除草剤の代替品を求める農家にとって、有望で環境に優しいソリューションを提供します。 イネ科植物は、代謝プロセスを妨害したり、細胞膜を破壊したりすることにより、雑草の成長を阻害します。 この天然除草剤は費用対効果が高く、持続可能であり、持続可能な農業に貴重な貢献をすることができます。

Polypogon monspenliens は、より多くのフィトシデロフォアと、クエン酸、酢酸、シュウ酸、リンゴ酸などの有機酸を生成します。 牧草に適しています。 石灰質土壌や果樹との間作システムにおける鉄の萎黄病を防ぎます17。 D. annulatum に含まれる生理活性化合物には、フラボノイド、テルペノイド、アルコール、フェノール、脂肪酸などがあります。 ヘキサデカン酸 (20 ～ 38%) は、病気の予防に役立つ他の化合物よりも豊富に含まれていることがわかりました 28。 結果は、試験侵入草のメタノール抽出物がサンプルの大根種子の発育に影響を与えることを実証しました。 根の長さと比較すると、発芽プロセスはあまり抑制されませんでした。 根はミネラルの吸収と収集の源であるため、植物抽出物は根に大きな影響を与えます66,67。 Turk ら 68 は、発生中の現象は発芽よりも植物毒性アレロケミカルに対してより脆弱であると説明しました。 外皮の種子は有毒植物抽出物と直接接触していませんでした。 根の成長阻害が観察されたため、種子よりも根の方が乱れていました。 種子はそれほど影響を受けませんでした。 それは彼らの外皮が彼らを守っていたからかもしれません。 Dandelot ら 69 は、サンプルの種子は苗木よりも植物毒に対する感受性が低いと指摘しました。 植物抽出物の毒性は、たとえ種子が発芽したとしても、植物の根と地上部の発育を阻害します70。 これらの発見は、最も顕著な濃度のメタノール抽出物が植物の発育を妨げ、植物ベースの除草剤を開発するためにさらに研究される可能性があることを実証した。 P. monspeliensis は高いバイオマス生産率を持っています。 100 mm NaCl の塩分濃度では、種子の発芽は大幅に低下することが示されました (発芽率 8%) (P < 0.0001、F = 43.133)。しかし、種子の発芽は 300 mm NaCl でも継続します。 最大の成長は、軽塩分濃度 (50 mm) で可能です45。

サンドイッチ法によるアプローチは、植物の毒性を調べるのに役立ちました。 Anjumらは、14種類の薬用植物の阻害影響を調べる際に、サンドイッチアプローチを使用してネムノキ属レベックとブルッソネチア・パピリフェラの実質的な阻害効果を調査した71。 別の研究では、サンドイッチ法を利用して、チコリ (Cichorium pumilum) およびベルシーム (Trifolium) に対する Ziziphus spina-christi、Desf.、Juglans regia、Lavandula stoechas、Artemi-siaherba-alba Asso.、Rosmarinus officinalis、Cenchrus ciliaris の抑制効果を評価しました。アレキサンドリナム）。 7 つの異なる量 (0、2.5、3.75、5.6、6.5、7.5、および 12.5%) の植物粉末を使用したところ、植物粉末の最大量でバーシーム種子に対する C. ciliaris のかなりの (51%) 阻害効果が得られました 72。

他の化学成分と比較すると、サンプル中には比較的少量の灰が検出されました。 灰分に影響を与えるいくつかの要因には次のものがあります。 天候、干ばつ、湿度、成熟段階、および特定の季節に取得されたサンプル15。 植物は栄養発育のためにさまざまな窒素含有食品を必要とします。 生命を構成する3つの基本要素は、タンパク質、炭水化物、脂肪です。 種子に含まれるタンパク質は植物の栄養にとって極めて重要です73,74。 植物は発生の初期段階でタンパク質をよく貯蔵します。 その後、開花期と結実期、および栄養状態が悪化する休眠期に使用されます75。 反芻動物の食事中の粗タンパク質消費量は、種、性別、生理的状態に応じて 7 ～ 20% 異なります 76。 私たちの試験草の CP 値は 7.25 ～ 13.95% の範囲であり、動物の飼料に適していることを示しています。 飼料中の約 3.6% の粗タンパク質の閾値は必須です77。 私たちの試験草の 1 つである D. annulatum は、最も高い CP レベル (> 13) を持っていました。 13%を超えるCP濃度は、高タンパク質含有範囲の植物、特に低木を利用して、反芻動物の家畜を増強するために低品質の粗飼料を補うことができることを示している78。 D. annulatum にはかなりの濃度の栄養成分 (主にマグネシウム) が含まれており、食品産業や製薬産業で利用できる可能性があります 28。 脂質は優れたエネルギー源であり、脂溶性ビタミンの輸送、重要な組織の保護と保存、および必須の細胞機能の実行を助けます。 D. annulatum は、いくつかの炭化水素、脂肪酸、アルコール、および揮発性化学物質で構成されています。 植物は水分含有量によって食品の加工、保管、輸送が調整されるため、水分含有量から恩恵を受けます79。 Sasoliら77は、Polupogan monspeliensisのCPが28.08%、EEが3.02%、灰分が5.15%だったのに対し、Cenchrus ciliarisはCPが20.56%、EEが3.10%、灰分が19.59%だったと報告した。 食品中の粗繊維は、難消化性の炭水化物とリグニンの存在を示します。 粗繊維は食物の消化を助けます。 その過剰は腸の病気、可食性の低下、栄養利用の低下を引き起こす可能性があります80,81。 Kirwa ら 82 は、C. ciliaris の生態型と粗繊維レベルが 38.4 ～ 32.4% の範囲で大きく異なることを観察しました。 Hoyam氏らは同様の結果を発見した。 彼らは、Cenchrus ciliaris の組成が家畜に適していることを示唆し、研究結果では 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 を示しました。 Centrus ciliaris の ME は 1.73% 83。

近似組成の結果は、選択された草種が家畜にとって非常に効果的であることを示しています。 乾物の割合が高いということは、単位重量あたりの栄養素含有量が高いことを示しており、これは家畜の栄養要件を満たすのに価値があります84。 水分含量が低いということは、牧草が腐敗の危険なく簡単に保存できることを示しています85。 高粗タンパク質は、動物組織の成長、維持、修復に必要な必須アミノ酸を提供します。 粗脂肪は動物のエネルギー源となり、繊維含有量は消化と腸の健康維持に役立ちます86。 草に含まれる灰分は動物の健康に必須のミネラルを提供します。 全体として、近似的な組成結果は、実験用の牧草が家畜にとって非常に効果的で栄養価の高い飼料であり、生産性と全体的な健康を促進できることを示唆しています。

現在の研究では、大根の種子発芽アッセイ、根阻害アッセイ、およびサンドイッチ法を通じて、すべての試験植物（C. ciliaris、P. monspeliensis、および D. annulatum）からのメタノール抽出物の毒性影響を評価しました。 したがって、この研究は、3 つの草種すべてが生物活性のある有毒原理を示すことを実証しました。 植物化学検査の結果、タンニンを除くすべての物質が陽性でした。 私たちは、これらの植物は成長と発芽に有毒な影響を及ぼしており、除草剤の形成におけるそれらの有用性を確認するために詳細に調査できる可能性があると結論付けました。 さらに、家畜の飼料や農業の目的にも多くのプラスの影響を与えます。 しかし、その量の変化を知り、毒性の原因となるこれらの生理活性化合物の分離と構造情報を知るには、追加の毒性研究が必要です。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

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モハメド・ファラズ・アリ

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タルハ・ジャベド

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バーバー・アリ & メディ・ラヒミ

イラン・ケルマーンの先端技術大学院大学先端科学技術・環境科学研究所バイオテクノロジー学部

メディ・ラヒミ

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概念化: SJ と SC; データキュレーション: MFA、TJ、MAJ。 正式な分析、SC、BA、および MAJ の資金獲得: NSM、MR 調査: SJ および LZ。 方法論: SJ、SC、LZ。 リソース: MR; ソフトウェア: AMUD および BA; 検証: BA、MAJ、AMUD。 視覚化、SC; 執筆—原案、SJ、MFABA、LZ。 執筆 - レビューと編集、AMUD、TJ、NSM、SC、BA、MR

Lixin Zhang または Mehdi Rahimi への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Jabeen, S.、Ali, MF、Mohi ud Din, A. 他 3 つの外来草種の植物抽出物の植物化学的スクリーニングとアレロパシーの可能性。 Sci Rep 13、8080 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35253-x

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受信日: 2022 年 11 月 25 日

受理日: 2023 年 5 月 15 日

公開日: 2023 年 5 月 18 日

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

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