Mentha suaveolens as allelopathic biomass for weed control: phenolics, organic acids, and volatile organic compounds profiles

The need to find alternatives to synthetic herbicides has led to the evaluation of the use of allelopathic biomass from different agroforestry species as soil amendments for weed control. Mentha suaveolens Ehrh. (apple mint) could be a suitable candidate as an ecoherbicide due to its availability in the agroecosystem, well-studied biological activities, and known chemical composition. For the present study, two greenhouse pot experiments were conducted by incorporating flowering aerial biomass of apple mint into the soil. In the first one, the potential phytotoxic effects of M. suaveolens at doses 1 and 2% were evaluated on the germination and growth of maize and its accompanying weeds. In a second temporary assay, the duration of phytotoxicity and the effects of apple mint (0.5% dose) on the physicochemical properties of the soil were elucidated. The soluble (phenolics and organic acids) and volatile compounds potentially releasable from the allelopathic biomass were identified. The apple mint exerted adverse effects on the germination and growth of dicotyledonous weed species, especially Amaranthus retroflexus and Solanum nigrum, with almost 100% inhibition, as well as on the growth of monocotyledonous weeds such as Digitaria sanguinalis, with a reduction of more than 95%. On the contrary, maize yield and soil properties pH, CECe, organic matter, and exchangeable cations were improved by the ecoherbicide. Chemical analyses of apple mint aerial biomass revealed the presence of 7 phenolic compounds, 9 organic acids, and 32 volatiles. For this study, the effects of incorporating M. suaveolens aerial biomass into soil were evaluated for the first time, and it was demonstrated that it has potential as an eco-friendly plant-based tool for Integrated Weed Management.Agencia Estatal de Investigación | Ref. PID2019-111253RB-I00Agencia Estatal de Investigación | Ref. PDC2022-133375-I0

Biomass from allelopathic agroforestry and invasive plant species as soil amendments for weed control-a review

Effective weed management faces increasing legislative restrictions for the use of herbicides due to their toxicity and environmental persistence. In addition, the linear increase in resistant weeds threatens to render authorized herbicides useless. In a post-herbicide era, under the IWM strategy, allelopathy can play a relevant role since many plants can produce a variety of allelochemicals with different structures and modes of action, capable of inhibiting the germination and growth of different weed species. Inspired by green manuring with cover crops, the use of allelopathic biomass from weeds, invasive species, residues of forestry plantations, and other abundant wild plants has some advantages over green manures grown in situ or other alternatives such as applying plant extracts or essential oils. Beyond the ecosystem services provided by green manures, the potential use of allelopathic biomass offers extra opportunities for the science and practice of holistically integrated weed management because (i) the investment of resources and time for producing cover crops would be alleviated, and (ii), new use of agroforestry residues and a sink for harmful weed biomass is provided. In this review, we compile the current knowledge of those allelopathic species whose biomass, used as soil amendment, effectively controlled weeds. In addition, the complex allelopathic processes underlying the effectiveness of cover crops and allelopathic biomass used as green manures for weed control are revisited.Agencia Estatal de Investigación | Ref. PID2019-111253RB-I00Agencia Estatal de Investigación | Ref. PDC2022-133375-I0

All-cause mortality in the cohorts of the Spanish AIDS Research Network (RIS) compared with the general population: 1997Ł2010

Abstract Background: Combination antiretroviral therapy (cART) has produced significant changes in mortality of HIVinfected persons. Our objective was to estimate mortality rates, standardized mortality ratios and excess mortality rates of cohorts of the AIDS Research Network (RIS) (CoRIS-MD and CoRIS) compared to the general population. Methods: We analysed data of CoRIS-MD and CoRIS cohorts from 1997 to 2010. We calculated: (i) all-cause mortality rates, (ii) standardized mortality ratio (SMR) and (iii) excess mortality rates for both cohort for 100 personyears (py) of follow-up, comparing all-cause mortality with that of the general population of similar age and gender. Results: Between 1997 and 2010, 8,214 HIV positive subjects were included, 2,453 (29.9%) in CoRIS-MD and 5,761 (70.1%) in CoRIS and 294 deaths were registered. All-cause mortality rate was 1.02 (95% CI 0.91-1.15) per 100 py, SMR was 6.8 (95% CI 5.9-7.9) and excess mortality rate was 0.8 (95% CI 0.7-0.9) per 100 py. Mortality was higher in patients with AIDS, hepatitis C virus (HCV) co-infection, and those from CoRIS-MD cohort (1997. Conclusion: Mortality among HIV-positive persons remains higher than that of the general population of similar age and sex, with significant differences depending on the history of AIDS or HCV coinfection

Mortality from gastrointestinal congenital anomalies at 264 hospitals in 74 low-income, middle-income, and high-income countries: a multicentre, international, prospective cohort study

Summary Background Congenital anomalies are the fifth leading cause of mortality in children younger than 5 years globally. Many gastrointestinal congenital anomalies are fatal without timely access to neonatal surgical care, but few studies have been done on these conditions in low-income and middle-income countries (LMICs). We compared outcomes of the seven most common gastrointestinal congenital anomalies in low-income, middle-income, and high-income countries globally, and identified factors associated with mortality. Methods We did a multicentre, international prospective cohort study of patients younger than 16 years, presenting to hospital for the first time with oesophageal atresia, congenital diaphragmatic hernia, intestinal atresia, gastroschisis, exomphalos, anorectal malformation, and Hirschsprung’s disease. Recruitment was of consecutive patients for a minimum of 1 month between October, 2018, and April, 2019. We collected data on patient demographics, clinical status, interventions, and outcomes using the REDCap platform. Patients were followed up for 30 days after primary intervention, or 30 days after admission if they did not receive an intervention. The primary outcome was all-cause, in-hospital mortality for all conditions combined and each condition individually, stratified by country income status. We did a complete case analysis. Findings We included 3849 patients with 3975 study conditions (560 with oesophageal atresia, 448 with congenital diaphragmatic hernia, 681 with intestinal atresia, 453 with gastroschisis, 325 with exomphalos, 991 with anorectal malformation, and 517 with Hirschsprung’s disease) from 264 hospitals (89 in high-income countries, 166 in middleincome countries, and nine in low-income countries) in 74 countries. Of the 3849 patients, 2231 (58·0%) were male. Median gestational age at birth was 38 weeks (IQR 36–39) and median bodyweight at presentation was 2·8 kg (2·3–3·3). Mortality among all patients was 37 (39·8%) of 93 in low-income countries, 583 (20·4%) of 2860 in middle-income countries, and 50 (5·6%) of 896 in high-income countries (p<0·0001 between all country income groups). Gastroschisis had the greatest difference in mortality between country income strata (nine [90·0%] of ten in lowincome countries, 97 [31·9%] of 304 in middle-income countries, and two [1·4%] of 139 in high-income countries; p≤0·0001 between all country income groups). Factors significantly associated with higher mortality for all patients combined included country income status (low-income vs high-income countries, risk ratio 2·78 [95% CI 1·88–4·11], p<0·0001; middle-income vs high-income countries, 2·11 [1·59–2·79], p<0·0001), sepsis at presentation (1·20 [1·04–1·40], p=0·016), higher American Society of Anesthesiologists (ASA) score at primary intervention (ASA 4–5 vs ASA 1–2, 1·82 [1·40–2·35], p<0·0001; ASA 3 vs ASA 1–2, 1·58, [1·30–1·92], p<0·0001]), surgical safety checklist not used (1·39 [1·02–1·90], p=0·035), and ventilation or parenteral nutrition unavailable when needed (ventilation 1·96, [1·41–2·71], p=0·0001; parenteral nutrition 1·35, [1·05–1·74], p=0·018). Administration of parenteral nutrition (0·61, [0·47–0·79], p=0·0002) and use of a peripherally inserted central catheter (0·65 [0·50–0·86], p=0·0024) or percutaneous central line (0·69 [0·48–1·00], p=0·049) were associated with lower mortality. Interpretation Unacceptable differences in mortality exist for gastrointestinal congenital anomalies between lowincome, middle-income, and high-income countries. Improving access to quality neonatal surgical care in LMICs will be vital to achieve Sustainable Development Goal 3.2 of ending preventable deaths in neonates and children younger than 5 years by 2030

"Eucalyptus globulus" labill. for weed control in organic agriculture : from molecules to the field

Desde los comienzos de la agricultura, el control de malezas ha sido clave para la producción vegetal, ya que éstas compiten con el cultivo principal por los recursos, convirtiéndolas en uno de los principales factores limitantes de la productividad. Esto ha llevado al desarrollo y uso masivo de los fitosanitarios de síntesis, lo que ha contribuido notablemente a la contaminación y al deterioro de los agroecosistemas. En consecuencia, la legislación europea (EC 1107/2009) ha eliminado del mercado algunos productos o ingredientes activos considerados perjudiciales para el medio ambiente. En el caso de la Agricultura Ecológica (AE), donde se prohíbe el uso de fertilizantes y fitosanitarios de síntesis (EC 834/2007), la carencia de insumos apropiados para ciertos usos es todavía más preocupante, lo que hace que los agricultores ecológicos deban recurrir necesariamente a otros métodos de control de malezas. Este trabajo de Tesis Doctoral titulado “Eucalyptus globulus Labill. for weed control in Organic Agriculture: from molecules to the field” nace como respuesta a la demanda de herramientas eficientes para el control de malas hierbas en AE, pero también a la agricultura convencional, en la búsqueda de nuevas alternativas a los herbicidas convencionales de síntesis, como herramientas complementarias, o incluso únicas, para una producción agrícola de calidad sostenible, saludable, y más respetuosa con el medio ambiente. En la búsqueda de nuevos bioherbicidas, la utilización de las interacciones químicas entre plantas se presenta como una de las estrategias alternativas para el control de malezas. Las sustancias (aleloquímicos) que liberan las plantas en su entorno pueden interferir en la germinación y el crecimiento de las plantas “adversarias”. Está demostrado que bajo condiciones naturales, los aleloquímicos liberados actúan de forma sinérgica y ejercen su efecto inhibitorio como mezclas complejas. Por tanto, material vegetal y extractos crudos de nuevas especies con capacidad alelopática podrían ser utilizados como cócteles naturales de aleloquímicos con efecto bioherbicida que, bajo determinadas condiciones y debidamente dosificados, y al ser aportados al suelo como abonos verdes o aplicados sobre las malas hierbas, controlasen su germinación y/o crecimiento. En los sistemas agroforestales de la Península Ibérica, existe una enorme variedad de plantas silvestres, biomasa y co-productos forestales, que tienen potencial para convertirse en herramientas apropiadas para el control de malezas. De este modo, surge la pregunta ‘¿Y si, en lugar de cultivar un abono verde alelopático, se aportase como tal Eucalyptus globulus Labill. for weed control in Organic Agriculture: from molecules to the field ii biomasa con potencial bioherbicida disponible en el agroecosistema?’. El servicio agroecosistémico del control de malezas se llevaría a cabo mediante un uso eficiente de los recursos agroforestales, facilitando el reciclado de nutrientes y sin ocupar tiempo ni espacio en la hoja de cultivos, y por tanto, optimizando el rendimiento agrícola. El Capítulo 1 de esta Tesis describe la situación e importancia de la AE en los últimos años, así como el uso potencial de especies alelopáticas para el control de malezas y las evidencias alelopáticas de E. globulus recogidas en la literatura científica que justifican el presente estudio. El objetivo general de este trabajo (Capítulo 2) es caracterizar el potencial fitotóxico y las dosis activas del extracto acuoso y abono verde a base de filodios de eucalipto, así como evaluar su efectividad como bioherbicida e identificar los posibles compuestos responsables de los efectos observados. Para alcanzar este objetivo general, se establecieron una serie de objetivos específicos, los cuales se llevaron a cabo mediante ensayos de laboratorio, invernadero y campo desarrollados en los cuatro capítulos que se resumen a continuación. En el Capítulo 3, titulado “Valorization of agroforest species as bioherbicides” (Valorización de especies agroforestales como bioherbicidas), se evaluó el potencial fitotóxico de los extractos acuosos de quince especies agroforestales sobre la germinación y el crecimiento de la especie modelo dicotiledónea Lactuca sativa y de la monocotiledónea Agrostis stolonifera, con el fin de seleccionar la especie más prometedora. Aunque la mayoría de los extractos mostraron efectos fitotóxicos similares o mayores que el herbicida sintético de preemergencia metolacloro (usado como control positivo), Eucalyptus globulus fue seleccionada como la especie más prometedora para el control de malezas en AE. Además, evidencias previas de su actividad alelopática, junto con la abundancia de biomasa presente en el sistema agroforestal derivada de las plantaciones destinadas a la industria papelera, nos llevó a plantearnos un uso potencial de los residuos forestales de eucalipto como bioherbicida. Para ello, se llevaron a cabo ensayos in vitro con el fin de caracterizar el extracto acuoso de filodios de E. globulus mediante (i) la evaluación de su efectividad en preemergencia sobre la germinación y crecimiento de las especies modelo, obteniendo las pautas dosis/respuesta y concentraciones de inhibición ED50 y ED80, (ii) la evaluación de su efectividad en pos-emergencia sobre parámetros fisiológicos (fotosíntesis, contenido Resumen iii de clorofilas y proteínas) y morfológicos (biomasa aérea y su relación ps/pf, y biomasa y longitud de raíz) de plantas adultas de L. sativa, y (iii) el análisis cualitativo y cuantitativo por HPLC-DAD/UV de los compuestos potencialmente alelopáticos presentes en el extracto acuoso. Los resultados mostraron una clara relación dosis/respuesta sobre la germinación y crecimiento temprano de las especies modelo. Sin embargo, la ausencia de efectos fitotóxicos sobre plantas adultas de lechuga, escogida como especie modelo por su alta sensibilidad a los aleloquímicos, nos llevó a descartar el uso del extracto acuoso de eucalipto como bioherbicida de pos-emergencia, ya que estos efectos serían agronómicamente irrelevantes en el contexto del control de malezas. El análisis químico del extracto acuoso reveló la presencia de 8 compuestos fenólicos y 5 ácidos orgánicos, demostrando la capacidad de las hojas de eucalipto de liberar aleloquímicos al medio ambiente. La mayoría de los compuestos identificados han sido reconocidos por otros autores como sustancias fitotóxicas. No obstante, aunque muchas especies sean capaces de producir aleloquímicos, éstos podrían ser rápidamente degradados por los microorganismos edáficos o por otras interacciones que tienen lugar en el suelo, convirtiendo a estas sustancias en moléculas no tóxicas, o reduciendo su fitotoxicidad sobre las especies diana. Por ello, uno de los mayores desafíos que nos encontramos a la hora de aplicar el uso de extractos acuosos o aceites esenciales para el control de malezas, suele ser la obtención de un efecto fitotóxico a largo plazo. En este sentido, el uso de plantas alelopáticas incorporadas al suelo como abono verde sería una buena estrategia para conseguirlo, especialmente el uso de aquellas con tasas bajas de descomposición, como es el caso del eucalipto, lo que conllevaría la capacidad de liberar lentamente los aleloquímicos. Todo esto contribuyó al diseño de los experimentos de invernadero, desarrollados en el Capítulo 4 de esta Tesis. En este Capítulo 4, titulado “Eucalyptus globulus leaves incorporated as green manure for weed control in maize: greenhouse experiments” (Filodios de Eucalyptus globulus incorporados como abono verde para el control de malezas en maíz: experimentos de invernadero), se comprobó la efectividad de las hojas de eucalipto incorporadas al suelo como abono verde sobre la germinación y crecimiento temprano del maíz y de las especies arvenses más problemáticas asociadas a este cultivo, con el fin de establecer pautas preliminares para su manejo como abono verde en ensayos de campo. Previamente, en ensayos in vitro, se evaluó el potencial fitotóxico del extracto acuoso de eucalipto sobre las especies diana de malas hierbas Amaranthus retroflexus y Echinochloa crus-galli, y sobre el maíz. Mediante curvas dosis/respuesta, se obtuvieron las concentraciones de inhibición ED50 y ED80 del extracto para las tres especies, permitiendo establecer la concentración en el suelo óptima para el control de las malas hierbas en los posteriores ensayos de maceta. El extracto acuoso fue capaz de inhibir la germinación de A. retroflexus y de reducir el crecimiento de E. crus-galli, sin llegar a afectar al desarrollo del maíz. Una vez esclarecido el potencial bioherbicida de preemergencia del extracto acuoso de eucalipto sobre las especies diana, y establecida la dosis necesaria en suelo para el control de malezas, se llevaron a cabo dos experimentos en maceta bajo condiciones de invernadero. En el primer experimento, las hojas de eucalipto se incorporaron al suelo en dos dosis diferentes, 1% y 2% (proporción de peso seco de hojas por peso seco de suelo), con el fin de evaluar el efecto fitotóxico del eucalipto sobre la germinación, establecimiento y crecimiento temprano del maíz y de las especies arvenses más problemáticas asociadas a este cultivo. Treinta días después de la incorporación del eucalipto como abono verde, se observaron reducciones de la biomasa aérea, tanto de las especies de malas hierbas dicotiledóneas como monocotiledóneas, con un efecto similar entre ambas dosis. El hecho de que la dosis más baja fuera igualmente efectiva que la dosis más alta, nos llevó a seleccionar la primera como la óptima para controlar las malezas en los siguientes ensayos de campo, reduciéndose así la carga de trabajo y los costes. En el segundo experimento de maceta, se evaluó el efecto fitotóxico temporal del abono verde a base de eucalipto con el fin de determinar la duración del efecto sobre la germinación y el crecimiento temprano del maíz y de dos especies diana de malas hierbas. Los resultados obtenidos mostraron inhibición de la germinación y del crecimiento de la dicotiledónea A. retroflexus en todos los tiempos ensayados. Sin embargo, el abono verde de eucalipto no pudo controlar la monocotiledónea E. crus-galli. Se observó reducción de la biomasa aérea del maíz al inicio del ensayo, dando lugar al establecimiento de un periodo de seguridad para la siembra del maíz de 12 a 15 días tras la incorporación del eucalipto al suelo, que posteriormente se adoptó en los experimentos de campo. Según estos resultados, se estableció la hipótesis de un modelo de dos fases en la dinámica de los efectos del eucalipto sobre el crecimiento del maíz. La primera fase, correspondiente a un periodo inhibitorio de 12 días tras la incorporación del eucalipto, se relacionó con la acumulación de compuestos volátiles en la atmósfera del suelo. Esta Resumen v ‘fase volátil’ daría paso a una fase estimulatoria o ‘fase soluble’, relacionada con el principio de la descomposición del material vegetal y con la liberación de nutrientes al suelo. Hasta ahora, se había demostrado la actividad fitotóxica del abono verde a base de hojas de eucalipto. Sin embargo, cuestiones como ‘¿Qué está ocurriendo exactamente a nivel químico?’ o ‘¿Cuáles son los compuestos potencialmente responsables de los efectos fitotóxicos observados en los ensayos de maceta?’ seguían sin resolver. Para responder a estas preguntas, se llevaron a cabo ensayos in vitro desarrollados en el Capítulo 5, titulado “The consistency between phytotoxic effects and the dynamics of allelochemicals release” (Consistencia entre los efectos fitotóxicos y la dinámica de liberación de aleloquímicos). El objetivo de este capítulo fue validar el modelo de dos fases hipotetizado en los ensayos previos, a través del estudio del efecto del suelo en la evolución de los compuestos alelopáticos tras la incorporación del material vegetal. Se realizaron análisis secuenciales de fenoles y flavonoides por HPLC-DAD y de compuestos volátiles por HS-SPME/GC-IT-MS, junto con bioensayos in vitro de ambas fracciones soluble y volátil sobre la germinación y crecimiento de la especie modelo. Los resultados de este capítulo esclarecieron los patrones de la dinámica de fitotoxicidad y liberación de aleloquímicos durante el proceso de descomposición de las hojas de eucalipto incorporadas al suelo durante 30 días. El análisis químico reveló la presencia de 6 compuestos fenólicos y 10 compuestos volátiles, siendo el eucaliptol el compuesto mayoritario. Según los resultados obtenidos, tanto los compuestos fenólicos como volátiles mostraron una liberación continua y simultánea durante todo el periodo de descomposición de las hojas en el suelo, rechazando la hipótesis del modelo de dos fases descrito previamente. La fracción soluble pudo inhibir la germinación de la especie modelo L. sativa a lo largo del tiempo, pero no afectó a su crecimiento. Esta observación podría estar relacionada con la inhibición continua de la germinación de A. retroflexus observada en el ensayo temporal de macetas del Capítulo 4. Por otro lado, la fracción volátil no pudo inhibir la germinación de la especie modelo, sin embargo su crecimiento se vio afectado durante todo el periodo ensayado. Esto podría explicar las reducciones del crecimiento de E. crus-galli y maíz a medio plazo, observadas en el primer experimento de macetas del capítulo anterior. Hay que tener en cuenta que estas relaciones son especulativas, ya que el efecto fitotóxico de cada tipo de compuesto sobre ambos procesos (germinación y crecimiento) se ha estudiado sobre la especie modelo L. sativa, por lo que estos efectos podrían no ser extrapolables a otras especies diana. Cabe señalar que, tanto los compuestos fenólicos como volátiles identificados y cuantificados en este trabajo fueron obtenidos mediante métodos de extracción ‘natural’, ya que en todos los análisis químicos se usó agua destilada como disolvente de extracción para los compuestos solubles, o técnicas donde se extraen y detectan solo aquellos volátiles que se liberan en la atmósfera (headspace trapping techniques). Es probable que, por esta razón, el número de compuestos obtenidos en este estudio haya sido menor en comparación con otras referencias en la literatura científica, donde usan métodos de extracción de alto rendimiento. Por tanto, cabe suponer que los compuestos identificados en este trabajo son los que realmente se encuentran en la atmósfera del suelo. Finalmente, en el Capítulo 6 titulado “On the suitability of Eucalyptus globulus green manure for field weed control” (Sobre la adecuación de Eucalyptus globulus como abono verde para el control de malezas en campo) se llevaron a cabo experimentos de campo. Los objetivos de este capítulo fueron demostrar la eficacia bioherbicida de los residuos de eucalipto incorporados al suelo como abono verde en parcelas experimentales, mediante la descripción de sus efectos sobre la diversidad y abundancia de la flora arvense y sobre parámetros agronómicos del cultivo, así como evaluar el efecto del eucalipto sobre las propiedades físico-químicas y microbiológicas del suelo a lo largo del ensayo. Los experimentos se llevaron a cabo en dos localidades distintas durante dos años consecutivos. Los resultados obtenidos demostraron la capacidad del eucalipto incorporado como abono verde para reducir la biomasa de las especies de malas hierbas dicotiledóneas y monocotiledóneas, en ocasiones llegando a mostrar igual efectividad que la escarda manual. Y, a pesar de ser campos de experimentación con una alta infestación de malas hierbas, se obtuvieron valores de biomasa de maíz superiores a las parcelas control. Los análisis sobre las propiedades físico-químicas y microbiológicas del suelo mostraron que los restos de eucalipto incorporados como abono verde no producen efectos negativos sobre la calidad del suelo. Derivadas de la “Discusión general” realizada en el Capítulo 7 (General discussion), de esta Tesis surgen las siguientes “Conclusiones generales”, que se exponen en el Capítulo 8 (General conclusions): (1) El extracto acuoso de hojas de Eucalyptus globulus reveló efectos fitotóxicos sobre la germinación, el crecimiento y otras variables medidas en especies modelo. A pesar de que se encontraron efectos Resumen vii fitotóxicos sobre algunos parámetros fisiológicos en plantas adultas de lechuga, se descartó el uso del extracto acuoso como bioherbicida de pos-emergencia; sin embargo, su uso como bioherbicida de pre-emergencia se mostró prometedor. Se concluye que E. globulus posee un cóctel de compuestos fitotóxicos (compuestos fenólicos y ácidos orgánicos) que podrían ser liberados por los residuos de hoja incorporados al suelo y, por tanto, interferir en la germinación y desarrollo de otras especies. (2) La combinación de ensayos in vitro con experimentos de maceta sobre los efectos fitotóxicos de las hojas de E. globulus fue muy útil para valorar su uso potencial para el control de malezas en campo. Se establece así una metodología adecuada y novedosa de bioensayos de invernadero en maceta para el estudio del potencial bioherbicida de cultivos y plantas silvestres. Se demuestra que el abono verde a base de filodios de eucalipto tiene capacidad herbicida sobre las especies arvenses Amaranthus retroflexus, Solanum nigrum, Echinochloa crus-galli y Digitaria sanguinalis. Para las especies ensayadas, se describen distintos procesos afectados según sea la especie diana dicotiledónea o monocotiledónea, con la inhibición de la germinación o del crecimiento a medio plazo, respectivamente. Se hipotetiza un modelo de dos fases en función de la dinámica de los efectos fitotóxicos observados sobre el crecimiento del maíz y, por tanto, se recomienda un periodo de seguridad para la siembra del maíz tras el enterramiento del abono verde de entre 12 y 15 días. Los resultados evidencian que la incorporación de hojas de E. globulus al suelo a la dosis más baja, puede ser una práctica viable para el control de malezas en ensayos de campo. (3) El estudio en profundidad del destino de los aleloquímicos presentes en hojas de E. globulus, reveló una dinámica de liberación continua y simultánea de los diferentes compuestos fenólicos y volátiles durante un periodo de 30 días de descomposición, rechazándose así el modelo de dos fases establecido previamente. La obtención de los compuestos fenólicos y volátiles se llevó a cabo mediante métodos de extracción ‘naturales’, llegando a identificar y a cuantificar 6 y 10 compuestos, respectivamente. El uso de esta metodología permite asumir que los compuestos identificados en este trabajo son aquellos que realmente se encuentran presentes en la atmósfera del suelo. La dinámica de liberación de este cóctel de aleloquímicos en el ambiente edáfico puede ser la responsable de los patrones de fitotoxicidad observados en los experimentos de laboratorio e invernadero. Ambos tipos de compuestos tuvieron efectos fitotóxicos durante todo el periodo de ensayo, siendo los responsables de la inhibición de la germinación, en el caso de los compuestos solubles, o de la reducción del crecimiento en el caso de los volátiles. (4) Mediante un estudio integral de campo, se demostró que los residuos de cosecha de E. globulus incorporados al suelo como abono verde ejercieron un control a medio y largo plazo sobre las malas hierbas. El eucalipto pudo reducir significativamente las malas hierbas más dominantes y problemáticas como D. sanguinalis y Chenopodium álbum. Además, mostró una efectividad general sobre las malezas, en ocasiones llegando a ser incluso igual de efectivo que el tratamiento de escarda, lo que implicaría reducciones en carga de trabajo y costes. (5) Los resultados obtenidos sobre las propiedades físico-químicas y microbiológicas del suelo de las parcelas de campo demostraron que el modo de incorporar los residuos de eucalipto como abono verde no deteriora la calidad del suelo. Y, (6) nuestros resultados ofrecen evidencias positivas sobre el uso de residuos de eucalipto incorporados al suelo como abono verde, siendo una herramienta barata, sostenible y respetuosa con el medio ambiente para el control de malas hierbas en producción ecológica de maíz, y potencialmente en otros cultivos tolerantes. Así, también se sugiere su uso como un método para reducir la excesiva dependencia de herbicidas de síntesis en la agricultura convencional. En esta Tesis, el uso de los residuos de Eucalyptus globulus incorporados al suelo como abono verde para el control de malezas ha sido estudiado por primera vez, aportando valor a un sub-producto forestal como recurso para la sostenibilidad de la producción agrícola, especialmente en Agricultura Ecológica.Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Programa Nacional de Formación de Profesorado Universitario (FPU 2009-4809

Cytisus scoparius and Ulex europaeus produce volatile organic compounds with powerful synergistic herbicidal effects

New herbicides based on natural products are claimed to address weed resistance and environmental concerns related to synthetic herbicides. In our previous studies, certain volatile organic compounds (VOCs) produced by Ulex europaeus and Cytisus scoparius were argued to be responsible for the phytotoxicity of both shrub species. Interactions among VOCs were hypothesized to explain the inconsistency between the effects of the identified pure compounds and those naturally emitted from fresh plant material. In this work, eugenol, verbenone, terpinen-4-ol, α-terpineol, and linalool were assayed as binary mixtures of Amaranthus retroflexus and Digitaria sanguinalis. Powerful synergistic inhibitory effects were revealed for germination and early growth. Only 3.1 ppm of verbenone was enough to inhibit A. retroflexus germination when paired to other VOCs. Eugenol was capable of exacerbating the effects of terpinen-4-ol on A. retroflexus, even though it was innocuous when acting alone at 12.5 ppm. The verbenone and linalool pair produced very significant synergistic effects in terms of D. sanguinalis germination. The synergistic effects were predominantly irreversible for D. sanguinalis, since seeds exposed to paired VOCs were unable to recover their germination capacity after removing the phytotoxins or produced damaged seedlings. Both shrub species have been revealed as sources of natural herbicide molecules, with promising synergistic modes of action that deserve to be studied in depth.Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CGL2016-78660-

Complex synergistic interactions among volatile and phenolic compounds underlie the effectiveness of allelopathic residues added to the soil for weed control

The introduction of allelopathic cover crops for green manuring or mulching is a regular practice in Integrated Weed Management. In this context, the alternative use of the abundant phytotoxic residues of allelopathic plants from the agroecosystem, e.g., the foliage of Eucalyptus, Acacia, or Cytisus species, is promising. Previous studies identified the phytotoxic compounds potentially involved in the effectiveness of some plant residues when added to the soil for weed control. The low quantities of allelochemicals present in the tissues and the weak phytotoxicity of each of them in their natural concentrations did not explain the significant levels of weed control observed at field scale. Here, to study hypothetical synergistic interactions among the volatile (VOCs) and water-soluble compounds released to the soil matrix, complex mixtures of VOCs, phenolics, or both, mimicking the chemical profiles of Cytisus scoparius were prepared and then tested in vitro on the germination and early growth of two weeds. The effects were calibrated against the VOCs naturally emitted by the fresh plant material and aqueous extract, acting together or not, and with or without soil. The presence of the aqueous extract significantly increased the phytotoxicity of VOCs on Amaranthus retroflexus root growth compared to the volatiles emitted alone. In addition, the soil factor enhanced synergistic interactions among VOCs and water-soluble compounds, resulting in a 54% decrease in total germination and an 80% inhibition of root and shoot growth. Multi-level synergistic chemical interactions should explain the bioherbicidal effectiveness of allelopathic residues applied as a soil amendment.Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CGL2016-78660-RMinisterio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2019-111253RB-I0

The phytotoxic potential of the flowering foliage of gorse (Ulex europaeus) and Scotch broom (Cytisus scoparius), as pre-emergent weed control in maize in a glasshouse por experiment

In our previous studies, the phytotoxicity of Ulex europaeus (gorse) and Cytisus scoparius (Scotch broom) was demonstrated in vitro and argued to be caused by the release of volatile and water-soluble compounds from fresh plant foliage. In light of these positive results, there was a need to test the effects ex vitro. In this work, gorse and Scotch broom were used as soil amendments in pot experiments in a glasshouse by incorporating slashed plant material into the soil at a ratio of 1% w/w on a dry mass basis. The phytotoxic effects on the emergence and early growth of maize and five accompanying weed species were analyzed, as were the effect on soil fertility and soil community-level physiological profiles. Thirty days after incorporation, significant decreases in weed density of 32.2% and 59.5% were found for gorse and Scotch broom soil amendments, respectively. Gorse soil amendment was notably effective impairing the establishment of Amaranthus retroflexus and diminishing the plant height of Digitaria sanguinalis and Portulaca oleracea. Scotch broom soil amendment was capable of significantly inhibiting the emergence of D. sanguinalis, Convolvulus arvensis, P. oleracea, and A. retroflexus, with a notable reduction of weed biomass. No undesirable side effects on maize crop or soil quality, including microbial activity, were detected. Our results suggest that the incorporation of gorse and Scotch broom foliage is promising for pre-emergent weed control in maize; however, field trials that support and expand these glasshouse results are essential.Ministerio de Economía y Competitividad (España) | Ref. BIOINPUT CGL2016-78660-

On the bioherbicide potential of Ulex europaeus and Cytisus scoparius: profiles of volatile organic compounds and their phytotoxic effects

The phytotoxic potential of the legume shrubs Ulex europaeus L. (gorse) and Cytisus scoparius (L.) Link. (Scotch broom) is studied in this work for the first time. On the basis of their richness in active principles, the previous evidence of biological activity, and the abundance of biomass in their native range and invaded areas, a question arose: can U. europaeus and C. scoparius be considered as potential sources of natural herbicides for sustainable agriculture? By means of volatile bioassays, the flowering fresh plant material of both shrub species was shown to produce and emit volatile organic compounds (VOCs) able to inhibit the germination and/or early growth of two agricultural weeds: Amaranthus retroflexus and Digitaria sanguinalis. Novel complete VOCs profiles from the volatile extracts of the shrub species were obtained by GC and GC/MS. A total of 20 compounds were identified from U. europaeus flowering biomass, theaspirane and eugenol, among others, being described in gorse for the first instance. The chemical profile of C. scoparius yielded 28 compounds and was rich in oxygenated monoterpenes such as terpinen-4-ol, verbenol, α-terpineol, and verbenone, which were also identified in this species for the first time. Using dose-response bioassays with pure compounds, these VOCs were argued to be involved in the phytotoxicity observed for the plant materials, even at very low concentrations. The phytotoxic effects were predominantly irreversible, particularly for D. sanguinalis, since the seeds exposed to the VOCs produced damaged seedlings, were unable to recover germination capacity after removing the phytotoxin or, when recovered, produced unviable seedlings. Our results extend the interest of the abundant U. europaeus and C. scoparius for the obtention of natural products with bioherbicide potential, or to be used as allelopathic biomass in the development of new sustainable agricultural practices.Ministerio de Economía y Compatitividad | Ref. CGL2016-78660-

Unravelling the bioherbicide potential of Eucalyptus globulus Labill: Biochemistry and effects of its aqueous extract

In the worldwide search for new strategies in sustainable weed management, the use of plant species able to produce and release phytotoxic compounds into the environment could be an effective alternative to synthetic herbicides. Eucalyptus globulus Labill. is known to be a source of biologically active compounds responsible for its phytotoxic and allelopathic properties. Our previous results demonstrated the bioherbicide potential of eucalyptus leaves incorporated into the soil as a green manure, probably through the release of phytotoxins into the soil solution. Thus, the aims of this study were to understand the phytotoxicity of the eucalyptus leaves aqueous extract applied in pre- and post-emergence, and to identify and quantify its potentially phytotoxic water-soluble compounds. The effects were tested on the germination and early growth of the model target species Lactuca sativa and Agrostis stolonifera, and on physiological parameters of L. sativa adult plants after watering or spraying application. Dose-response curves and ED50 and ED80 values for eucalyptus aqueous extracts revealed pre-emergence inhibitory effects on both target species, effects being comparable to the herbicide metolachlor. While spraying treatment reduced the aerial and root biomass and increased the dry weight/fresh weight ratio of lettuce adult plants, watering application reduced protein contents and chlorophyll concentrations with respect to control, reflecting different modes of action depending on the site of phytotoxin entry. Via HPLC analyses, a total of 8 phenolic compounds (chlorogenic, two ρ-coumaric derivatives, ellagic, hyperoside, rutin, quercitrin, and kaempferol 3-O-glucoside) and other 5 low weight organic acids (citric, malic, shikimic, succinic and fumaric acids) were obtained from aqueous extract, the latter being identified for the first time in E. globulus. Despite some phytotoxic effects were found on lettuce adult plants, the use of eucalyptus aqueous extract would be discarded in post-emergence, whereas it was promising as a pre-emergence bioherbicide.Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CGL2016-78660-RMinisterio de Educación, Cultura y Deporte | Ref. AP2009-480