Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей из Италии, в которой они предложили использовать водный остаток после экстракции розмарина в качестве нового биогербициды, в том числе, против щирицы.
Розмарин (Rosmarinus officinalis L.) — ароматическое и лекарственное растение, широко распространенное по всему Средиземноморскому бассейну. Выращивать его дешево, что делает эту культуру хорошим кандидатом для валоризации маргинальных сельскохозяйственных угодий, типичных для средиземноморских регионов.
Розмарин выращивают для различных целей: от производства свежей биомассы для непосредственного потребления до экстракции эфирного масла. Выход эфирного масла из биомассы розмарина относительно низок и составляет от 0,33% до 2,28% ( масс ./ масс .) свежей биомассы, и на него влияет несколько факторов, включая выбор сорта, агрономическое управление и условия окружающей среды.
Эфирные масла, обычно извлекаемые такими методами, как гидродистилляция и паровая дистилляция, в основном используются в таких дорогостоящих отраслях, как фармакология, косметика и пищевые ароматизаторы из-за их дорогостоящего и неэффективного процесса производства.
Эфирные масла также находят применение в сельском хозяйстве, демонстрируя свою эффективность в качестве репеллентов насекомых, фунгицидов и гербицидов, причем эффективность часто сопоставима с эффективностью синтетических продуктов.
Однако их широкое применение в сельскохозяйственном секторе по-прежнему ограничено из-за низкой урожайности и дорогостоящих процессов экстракции, которые часто делают крупномасштабное применение экономически нецелесообразным.
Вместо этого более экономически выгодным решением могло бы стать использование побочных продуктов экстракции эфирных масел, которые составляют основной компонент конечного продукта процесса и обладают интересными химическими и физическими свойствами, открывая значительный потенциал для валоризации.
После процесса экстракции эфирного масла образуются два основных типа отходов: (i) отработанная биомасса, состоящая из твердых остатков листьев, цветов и стеблей, на долю которых приходится 60–65% от общего объема производства, и (ii) конденсированная вода, известная как водные остатки (Water residues, WR), которая составляет 30–35% от общего объема производства.
В то время как отработанная биомасса, богатая лигноцеллюлозой, может использоваться для различных сельскохозяйственных целей, таких как мульчирование, производство энергии путем сжигания, преобразование биоугля, производство биомасла или в качестве субстрата для выращивания грибов, водный остаток обычно выбрасывается как сточные воды, что создает проблемы утилизации и экологические проблемы.
В данном исследовании изучается потенциальное использование WR в качестве биогербицида. Водные остатки (WR) из экстракта розмарина представляют особый интерес благодаря своему химическому составу и низкой стоимости. Многие вторичные метаболиты с аллелопатическим потенциалом растворяются в воде в процессе экстракции, где паровая дистилляция разрушает часть клеточных стенок растений, позволяя этим соединениям растворяться в конденсированной воде. В результате WR обогащаются различными водорастворимыми аллелопатическими веществами, которые эффективны против сорняков и могут представлять собой устойчивую альтернативу синтетическим гербицидам или способствовать сокращению их применения.
Химический профиль водных остатков экстракции эфирного масла розмарина обычно включает полифенолы, белки/ферменты, аминокислоты, полисахариды, алкалоиды, спиртовые соединения и витамины, а также питательные вещества для растений, такие как Ca (38–755 мг/л), K (5–354 мг/л), Mg (0–52 мг/л), Na (6–31 мг/л), S (17–55 мг/л) и P (2–33 мг/л).
Среди полифенольных соединений, обнаруженных в водных остатках розмарина, есть фенольные дитерпены, такие как карнозол, карнозиновая кислота, розманол, эпиросманол и изоросманол, а также фенольные кислоты, такие как розмариновая и кофейная кислоты. В частности, карнозная кислота была идентифицирована как основной фактор, способствующий аллелопатической активности экстрактов розмарина, сильно ингибируя рост сеянцев салата в эксперименте in vitro.
Аналогичным образом, было показано, что розмариновая кислота подавляет рост корней у модельного растений Arabidopsis thaliana, в то время как кофейная кислота продемонстрировала фитотоксические эффекты посредством индукции окислительного стресса и нарушения гормональной сигнализации у ряда сорняков.
Некоторые механизмы включают покрытие целевых семян гидрофобными соединениями, что делает их непроницаемыми для воды и тем самым препятствует активации процессов прорастания. Другие влияют на способность корней поглощать воду и питательные вещества, ограничивая их рост. Кроме того, несколько аллелохимических веществ влияют на гормональные пути, регулирующие прорастание семян, а также развитие гипокотиля и эпикотиля, одновременно вызывая окислительный стресс, который повреждает клеточные структуры и еще больше затрудняет укоренение сеянцев.
В этом исследовании были проведены эксперименты in vitro для оценки ингибирующего действия водного остатка розмарина на прорастание и морфологию сеянцев (развитие корней и побегов) четырех вредных видов сорняков для систем земледелия умеренного климата: двух однодольных (Alopecurus myosuroides, лисохвост мышехвостиковидный, и Lolium multiflorum, плевел многоцветковый) и двух двудольных (Sinapis alba, горчица белая, и Amaranthus retroflexus, амарант запрокинутый, он же щирица).
WR тестировали в четырех концентрациях (0, 25, 50 и 100), что соответствовало возрастающему градиенту WR, где 100 представляло чистый WR. Результаты показали, что WR не оказывал значительного ингибирования прорастания в A. myosuroides, L. multiflorum и S. alba, тогда как A. retroflexus демонстрировал дозозависимое ингибирование, при этом прорастание снижалось на 37,5%, 64,5% и 91,6% при дозах 25, 50 и 100 соответственно по сравнению с контролем (доза 0).
Кроме того, задержки прорастания наблюдались у всех протестированных видов, что свидетельствует о перспективности применения этого потенциального биогербициды для регулирования конкурентных взаимодействий между сорняками и сельскохозяйственными культурами на ранних стадиях роста.
Результаты по морфологическим признакам проростков сорняков показали, что применение WR влияло на ингибирование роста корней больше, чем побегов.
В частности, состав продемонстрировал выраженный ингибирующий эффект на корни A. myosuroides, L. multiflorum и A. retroflexus. Интересно, что у S. alba, напротив, наблюдалось дозозависимое увеличение длины корней (21,41 мм при дозе 0 и 25,77 мм, 30,97 мм и 35,96 мм соответственно при дозах 25, 50 и 100).
В целом, результаты данного исследования подчеркивают потенциал применения водного остатка розмарина в качестве устойчивого решения для включения в комплекс инструментов комплексной борьбы с сорняками и их роль в повышении рентабельности отходов производства эфирных масел.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14172717
