Phenolic Compounds in Natural Solutions of a Coniferous Forest

Phenolic compounds have been identified previously as potentially responsible for allelopathic interferences in spruce forest at high altitude. They have now been analyzed in canopy leachates, snow, and soil solutions collected from the three layers of the podsolic soil: OA, E. and B. Leachates were characterized by high tanning capacity and by p-hydroxyacetophenone (found at 10−6 M) also detected as the major (10−7 M) monomeric compound in snow. At least 10 phenolic monomers, including vanillic, p-hydroxybenzoic, and protocatechuic acids were identified in capillary waters extracted from the OA layer with their sum reaching 2 × 10−6 M. These monomers were only a small part (1%) of the total phenolics. In soil solutions, significant decreases in phenolic concentrations with depth were observed between the E and B layers, with qualitative modifications of the phenolic pattern. Spruce leachates and soil solutions exhibited high temporal variability, resulting in transitory allelopathic potential towards both aerial and subterranean parts of spruce seedlings. The occurrence of various and soluble phenolic coumpounds in the whole forest system, including p-hydroxyacetophenone, which persist from green needles to soil solutions, suggests that they could be involved in complex and interactive processes occurring during organic matter accumulation on the coniferous forest floo

Approche agronomique de l'allélopathie

International audienceL’allélopathie est l’objet d’un nombre croissant de recherches. Des progrès importants ont été réalisés dans la compréhension des mécanismes à l’origine des phénomènes observés, et dans « l’établissement de la preuve » que ces phénomènes n’étaient ni dus à un artefact expérimental, ni confondus avec d’autres phénomènes. Cependant, peu de tentatives ont été menées dans l’optique d’une maîtrise agronomique de ces phénomènes. Une meilleure connaissance des relations entre pratiques agricoles et allélopathie serait nécessaire afin de valoriser cette dernière dans des stratégies de protection intégrée des cultures, et/ou de mieux maîtriser les « effets précédent » des cultures. Un recensement des connaissances actuellement disponibles est effectué, insistant notamment sur les facteurs responsables des variations de potentiel phytotoxique, et sur leur contrôle en vue de l’application agronomique de l’allélopathie. Plusieurs orientations pour une approche agronomique de l’allélopathie sont proposées, en particulier : replacer les mécanismes de l’allélopathie dans le contexte du fonctionnement du champ cultivé, identifier les mécanismes-clés qui varient en fonction des pratiques, et étudier les effets d’une gamme de pratiques agricoles sur ces mécanismes ; vérifier l’occurrence du phénomène en parcelles agricoles en s’appuyant sur des études analytiques ; appréhender simultanément l’allélopathie et les autres dimensions agronomiques majeures de l’activité agricole, en particulier l’élaboration du rendement des cultures

Plant chemical defence: a partner control mechanism stabilising plant - seed-eating pollinator mutualisms

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Mutualisms are inherently conflictual as one partner always benefits from reducing the costs imposed by the other. Despite the widespread recognition that mutualisms are essentially reciprocal exploitation, there are few documented examples of traits that limit the costs of mutualism. In plant/seed-eating pollinator interactions the only mechanisms reported so far are those specific to one particular system, such as the selective abortion of over-exploited fruits.</p> <p>Results</p> <p>This study shows that plant chemical defence against developing larvae constitutes another partner sanction mechanism in nursery mutualisms. It documents the chemical defence used by globeflower <it>Trollius europaeus </it>L. (Ranunculaceae) against the seed-eating larvae of six pollinating species of the genus <it>Chiastocheta </it>Pokorny (Anthomyiidae). The correlative field study carried out shows that the severity of damage caused by <it>Chiastocheta </it>larvae to globeflower fruits is linked to the accumulation in the carpel walls of a C-glycosyl-flavone (adonivernith), which reduces the larval seed predation ability per damaged carpel. The different <it>Chiastocheta </it>species do not exploit the fruit in the same way and their interaction with the plant chemical defence is variable, both in terms of induction intensity and larval sensitivity to adonivernith.</p> <p>Conclusion</p> <p>Adonivernith accumulation and larval predation intensity appear to be both the reciprocal cause and effect. Adonivernith not only constitutes an effective chemical means of partner control, but may also play a key role in the sympatric diversification of the <it>Chiastocheta </it>genus.</p

Biochemical organization of phytocenoses in mid-european freshwater habitats

In an overall study of the biochemical organization of phytocenoses, an analysis of the organic components (carbohydrates, tanins, lignin) and mineral components (biogenic metals and metalloids) of 36 land and aquatic vegetal species was conducted in the Dombes (Ain, France), a region of fresh-water ponds in the deciduous biome. The multivariate analysis of the phytochemical data collected showed a tripolar organization based on phenolic pool/mineral pool opposition (land plants versus aquatic plants) and cellulose/lignin opposition (emerging aquatic plants versus floating plants). Although links were detected between the biochemical profiles of the plants and phytosociological divisions or land-encroachment process, the discussion of the results is complicated by the fact that most of the land plants considered are lignous dicotyledons whereas the emerging aquatic species are primarily herbaceous monocotyledons. However, it may be stated that the parietal macromolecules of the floating species (dicotyledons or monocotyledons) are more dependent upon the environment that on the systematics and that lignin dominates cellulose in all the species, as for land plants. As far as the mineral components are concemed, the aquatic plants generally show more abundant minerais than species on the land (1.5 to 2 fold difference). Potassium content is generally 2.9 % in floating aquatic plants compared with 2.2 % in emerging plants and only 1.2 % in land plants. This element is therefore considerably concentrated with respect to the ambiant water (by a factor of more than 1 000) whereas calcium is only wealdy concentrated (by a factor of less than 100). Floating plants contain more biogenic metalloids than both emerging aquatic species and land species: 3.7 % compared with 2.4 ± 0.4 % for nitrogen, 0.46 %o compared to 0.24 %o for phosphorus. These results confirm the presence of a biochemical organization of plant communities based on phenols, parietal macromolecules and biogenic elements. However, since the fresh-water medium studied is highly heterogeneous (from ftoating aquatic associations to meso-hygrophylic climacic oak forest), each of the three sub-groups needs to be taken into consideration to gain a full understanding of this plant community. A discussion is initiated to extend these observations and confirm the existence of a phytochemical organization of phytocenoses, in relation with the notion of "phytochemical tactics" and the allocation of trophic resources.Dans le cadre d'une étude de l'organisation biochimique des phytocénoses, une analyse des constituants organiques (glucides, tanins, lignine) et minéraux (métaux et métalloïdes biogènes) a été conduite sur 36 espèces végétales terrestres et aquatiques de la Dombes (Ain, France), région d'étangs d'eau douce relevant du biome caducifolié. L'analyse multivariable de ces données phytochimiques révèle une organisation tripolaire du peuplement, basée sur l'opposition pool phénolique/pool minéral (plantes terrestres versus plantes aquatiques) d'une part, cellulose/lignine (plantes aquatiques émergées versus plantes flottantes) d'autre part. Des recoupements sont observés entre profils biochimiques et sectionnement phytosociologique ou processus d'atterrissement. Mais la discussion des résultats se complique du fait que la plupart des végétaux terrestres présents sont des dicotylédones ligneuses, alors que les espèces aquatiques émergées sont majoritairement des monocotylédones herbacées. Cependant, chez les espèces flottantes (dicotylédones ou monocotylédones), les macromolécules pariétales dépendent plus de l'écologie que de la systématique : quelle que soit l'espèce, la lignine l'emporte sur la cellulose, comme chez les plantes terrestres. En ce qui concerne les constituants minéraux, les végétaux aquatiques se montrent généralement plus riches (de 1,5 à 2 fois) que les végétaux terrestres. La teneur en potassium atteint en moyenne 2,9 % chez les végétaux aquatiques flottants, contre 2,2 % chez les végétaux aquatiques émergés et seulement 1,2 % chez les végétaux terrestres ; cet élément est considérablement enrichi par rapport à l'eau ambiante (d'un facteur supérieur à 1 000), alors que le calcium ne l'est que faiblement (d'un facteur inférieur à 100). Pour les métalloïdes biogènes, les espèces aquatiques flottantes sont plus riches que les espèces émergées et que les espèces terrestres : 3,7 % contre 2,4 ± 0,4 % pour l'azote ; 0,46 ‰ contre 0,24 %o pour le phosphore. Ces résultats confirment l'existence d'une organisation biochimique des communautés végétales basée sur les phénols, les macromolécules pariétales et les éléments biogènes; mais l'hétérogénéité du milieu dulçaquicole étudié (des associations flottantes à la chênaie méso-hygrophile climacique) amène à considérer pour lui-même chacun des trois sous-ensembles ainsi délimités. Une discussion est amorcée, permettant de généraliser ces constats en confirmant l'existence d'une organisation phytochimique des communautés végétales, en relation avec les notions de "tactiques phytochimiques" et d'allocation des ressources trophiques

Sur l’organisation biochimique des phytocénoses en milieu dulçaquicole médio-européen

In an overall study of the biochemical organization of phytocenoses, an analysis of the organic components (carbohydrates, tanins, lignin) and mineral components (biogenic metals and metalloids) of 36 land and aquatic vegetal species was conducted in the Dombes (Ain, France), a region of fresh-water ponds in the deciduous biome. The multivariate analysis of the phytochemical data collected showed a tripolar organization based on phenolic pool / mineral pool opposition (land plants versus aquatic plants) and cellulose / lignin opposition (emerging aquatic plants versus floating plants). Although links were detected between the biochemical profiles of the plants and phytosociological divisions or land-encroachment process, the discussion of the results is complicated by the fact that most of the land plants considered are lignous dicotyledons whereas the emerging aquatic species are primarily herbaceous monocotyledons. However, it may be stated that the parietal macromolecules of the floating species (dicotyledons or monocotyledons) are more dependent upon the environment that on the systematics and that lignin dominates cellulose in all the species, as for land plants. As far as the mineral components are concerned, the aquatic plants generally show more abundant minerals than species on the land (1.5 to 2 fold difference). Potassium content is generally 2.9 % in floating aquatic plants compared with 2.2 % in emerging plants and only 1.2 % in land plants. This element is therefore considerably concentrated with respect to the ambiant water (by a factor of more than 1000) whereas calcium is only weakly concentrated (by a factor of less than 100). Floating plants contain more biogenic metalloids than both emerging aquatic species and land species : 3.7 % compared with 2.4 ± 0.4 % for nitrogen, 0.46 %o compared to 0.24 %o for phosphorus. These results confirm the presence of a biochemical organization of plant communities based on phenols, parietal macromolecules and biogenic elements. However, since the fresh-water medium studied is highly heterogeneous (from floating aquatic associations to meso-hygrophylic climacic oak forest), each of the three sub-groups needs to be taken into consideration to gain a full understanding of this plant community. A discussion is initiated to extend these observations and confirm the existence of a phytochemical organization of phytocenoses, in relation with the notion of “phytochemical tactics” and the allocation of trophic resources.Dans le cadre d’une étude de l’organisation biochimique des phytocénoses, une analyse des constituants organiques (glucides, tanins, lignine) et minéraux (métaux et métalloïdes biogènes) a été conduite sur 36 espèces végétales terrestres et aquatiques de la Dombes (Ain, France), région d’étangs d’eau douce relevant du biome caducifolié. L’analyse multivariable de ces données phytochimiques révèle une organisation tripolaire du peuplement, basée sur l’opposition pool phénolique / pool minéral (plantes terrestres versus plantes aquatiques) d’une part, cellulose / lignine (plantes aquatiques émergées versus plantes flottantes) d’autre part. Des recoupements sont observés entre profils biochimiques et sectionnement phytosociologique ou processus d’atterrissement. Mais la discussion des résultats se complique du fait que la plupart des végétaux terrestres présents sont des dicotylédones ligneuses, alors que les espèces aquatiques émergées sont majoritairement des monocotylédones herbacées. Cependant, chez les espèces flottantes (dicotylédones ou monocotylédones), les macromolécules pariétales dépendent plus de l’écologie que de la systématique : quelle que soit l’espèce, la lignine l’emporte sur la cellulose, comme chez les plantes terrestres. En ce qui concerne les constituants minéraux, les végétaux aquatiques se montrent généralement plus riches (de 1,5 à 2 fois) que les végétaux terrestres. La teneur en potassium atteint en moyenne 2,9 % chez les végétaux aquatiques flottants, contre 2,2 % chez les végétaux aquatiques émergés et seulement 1,2% chez les végétaux terrestres ; cet élément est considérablement enrichi par rapport à l’eau ambiante (d’un facteur supérieur à 1 000), alors que le calcium ne l’est que faiblement (d’un facteur inférieur à 100). Pour les métalloïdes biogènes, les espèces aquatiques flottantes sont plus riches que les espèces émergées et que les espèces terrestres : 3,7 % contre 2,4 ± 0,4 % pour l’azote ; 0,46 %o contre 0,24 %o pour le phosphore. Ces résultats confirment l’existence d’une organisation biochimique des communautés végétales basée sur les phénols, les macromolécules pariétales et les éléments biogènes ; mais l’hétérogénéité du milieu dulçaquicole étudié (des associations flottantes à la chênaie méso-hygrophile climacique) amène à considérer pour lui-même chacun des trois sous-ensembles ainsi déhmités. Une discussion est amorcée, permettant de généraliser ces constats en confirmant l’existence d’une organisation phytochimique des communautés végétales, en relation avec les notions de « tactiques phytochimiques » et d’allocation des ressources trophiques.Lebreton Philippe, Gallet Christiane. Sur l’organisation biochimique des phytocénoses en milieu dulçaquicole médio-européen. In: Revue d'Écologie (La Terre et La Vie), tome 56, n°2, 2001. pp. 101-117

Traits morphologiques et biochimiques impliqués dans la spécialisation de Trollius europaeus sur les pollinisateurs de graines Chiastocheta spp.

Les interactions entre espèces sont un moteur d'évolution. Nous montrons ici quels sont les traits morphologiques et biochimiques du trolle d'Europe qui ont évolué au cours de sa spécialisation (Trollius europaeus) vis-à-vis des mouches pollinisatrices et prédatrices de graines (Chiastocheta spp.). La forme globulaire de la fleur est décisive dans l'attraction spécifique des chiastochètes. En comparaison avec une forme artificiellement ouverte, les fleurs globulaires, bien que souffrant plus de la prédation produisent plus de graines (4%), mais surtout elles exportent plus de pollen (85%). Un modèle de dynamique adaptative montre que l'évolution de la forme globulaire requiert non seulement une efficacité minimale de la pollinisation par les chiastochètes, par rapport à des pollinisateurs alternatifs qui ne consomment pas de graines, mais également une efficacité maximale : si les chiastochètes sont trop efficaces, en attirer beaucoup plutôt que quelques uns ne confère pas d'avantage. L'attraction des pollinisateurs se fait également par des signaux olfactifs. Plusieurs composés volatils émis par le trolle déclenchent une réponse électrophysiologique chez les chiastochètes (methyl salicylate, Z-jasmone, b-caryophyllene, germacrene D, E,E-a-farnesene, linalool). Des observations de visites de chiastochètes en conditions naturelles ont montré que la variabilité des composés volatils présents dans les fleurs expliquait une part de la variabilité des visites reçues par ces fleurs, en comparaison avec des traits morphologiques et pigmentaires. Les interactions entre une plante et des prédateurs de graines sont conflictuelles : la plante à intérêt à soustraire les graines de l'appétit des larves. Un glycoside du flavonoïde lutéoline, l'adonivernith, s'accumule dans les parois des carpelles lorsque les dégâts causés par les larves augmentent, avec comme conséquence une baisse de l'intensité de prédation. Les six espèces du genre Chiastocheta étudiées induisent et réagissent différemment à l'adonivernith, cette molécule pourrait donc être impliquée dans la radiation sympatrique du genre. Les traits impliqués dans la spécialisation du trolle sur les chiastochètes sont donc à la fois mutualistes (morphologie globulaire et composés volatils de la fleur) et antagonistes (défense chimique contre les larves). Les contradictions de cette mosaïque de traits sont un moteur d'évolution.Interactions between species are a major driving force in evolution. We show here which morphological and biochemical traits evolved during the specialisation of the European globeflower (Trollius europaeus) on seed-eating pollinator flies (Chiastocheta spp). The globular shape is a key factor in the specific attraction of chiastochetes. Globular flowers produce more seeds (4%, they suffer higher predation but are better pollinated) and moreover export more pollen (85%) than artificially open flowers. An adaptive dynamics model shows that the evolution of the globular shape requires a minimal pollination efficiency by chiastochetes relatively to alternative pollinators that do not eat seeds, but also a maximal efficiency: if the chiastochetes are too efficient, to attract a lot of them rather than a few confers no advantage. The attraction of pollinators is also mediated by olfactive signals. Several volatile compounds emitted by the globeflower trigger an electrophysiological response in chiastochetes (methyl salicylate, Z-jasmone, b-caryophyllene, germacrene D, E,E-a-farnesene, linalool). Field behavioural observations of chiastochetes visits have shown that the variability of the volatile compounds inside the flowers explains a part of the variability of the visits, together with morphological and pigmentation traits. Interactions between plants and seed predators are conflictual: the plants tend to reduce predation costs. A flavonoid close to luteolin, adonivernith, accumulates in the carpel walls when the damages caused by the larvae increase, leading to a reduction of predation intensity. The six Chiastocheta studied species have different exploitation patterns in the fruit, they induce and are affected by adonivernith in specific ways : this chemical defence could be involved in the sympatric speciation of the genus. The traits involved in the globeflower specialisation on chiastochetes are simultaneously mutualistic (globular floral morphology, floral colour and volatile compounds) and antagonistic (chemical defence against the larvae). The contradictions of this trait mosaic are a factor of evolution.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Phenolic Compounds in a Sahelian Sorghum (Sorghum bicolor) Genotype (CE145–66) and Associated Soils

International audienceCE145–66 is an improved early-maturing grain sorghum genotype, increasingly grown by farmers in the Sahelian part of Senegal. This genotype is known to have negative effects on the following groundnut crop, because of the release of allelopathic phenolic compounds into the soil. We have assessed the synthesis of phenolics in sorghum vegetative parts and the variations in synthesis between years and sites. Total phenols and phenolic acids in the aerial parts and roots of flowering sorghum plants from 52 farmers' fields at two sites (Sagnanème and Médina) in Senegal in 1996 and 1997 were measured. Thirty-eight soil samples, collected after the sorghum harvest, from sorghum rows and interrows also were analyzed for their phenolic content. Total phenols reached 1.1–1.5% of root dry weight and 1.1–2.2% of aerial parts dry weight, with little variation between sites, and large variability between years, presumably due to climatic conditions. Eight phenolic acids and three associated aldehydes were identified by HPLC, with p-hydroxybenzoic, p-coumaric, and ferulic acids the most abundant. Their totals reached 2.9–3.2 mg/g in 1996 and 2.6–2.8 mg/g in 1997 for the aerial part; and 3.3–3.6 mg/g in 1996 and 2.8–3.3 mg/g in 1997 for roots. In soils under sorghum rows, the mean water-soluble total phenols increased from 4.6 in 1997 to 6.7 μg/g in 1998 in Sagnanème, and from 3.8 in 1997 to 5 μg/g in 1998 in Médina. The concentrations of total phenols and phenolic acids were higher in rows than in interrows. All the phenolic monomers identified in vegetative parts were recovered in associated soil samples, with vanillic and p-hydroxybenzoic acids the most abundant. Finally, variability in plant phenolic content seemed more due to climatic than to cropping or soil factors, as differences between years appear more important than differences between or within sites

Uptake and translocation of phytochemical 2-benzoxazolinone (BOA) in radish seeds and seedlings

International audienceThe molecular aspects of phytochemical interactions between plants, especially the process of phytochemical translocation by the target plant, remain challenging for those studying allelopathy. 2-Benzoxazolinone (BOA) is a natural chemical produced by rye (Secale cereale) and is known to have phytotoxic effects on weed seeds and seedlings. The translocation of BOA into target plants has been poorly investigated. Therefore, the total absorption of [ring U C-14] BOA was estimated by oxidizing whole seedlings of Raphanus sativus cv. for 8 days and quantifying the radioactivity. Non-radiolabelled BOA in seedlings was also estimated by HPLC. BOA applied at 10(-3) M was readily taken up by germinated radish at a rate of 1556 nmol g(-1) FW. At these same concentrations, BOA reduced radish germination by 50% and caused a delay in radicle elongation. Exogenous BOA was responsible for the observed germination inhibition. At a concentration of 10(-5) M, BOA was taken up by germinated seeds (31 nmol g(-1) FW), but this quantity did not affect radish germination. Labelled BOA was not mineralized in the culture medium during seedling growth as no (CO2)-C-14 was recovered. Both 10(-3) and 10(-5) M BOA were translocated into radish organs, mainly into roots and cotyledons. These organs were then identified as potential physiological target sites. Cotyledons remained the target sink (44% of the total radioactivity). The kinetics of BOA uptake at 10(-3) and 10(-5) M in radish seedlings was identical: BOA accumulation was proportional to its initial concentration. A comparison between radioactivity and HPLC quantification for 10(-3) M BOA indicated that BOA (along with some metabolites) could effectively be recovered in radish organs using chromatograph

Beech (Fagus sylvatica) germination and seedling growth under climatic and allelopathic constraints

La régénération forestière est un processus clé de persistance des forêts, particulièrement en marge chaude d’aire de répartition. L’influence du contexte thermique (tempéré ou chaud), de la disponibilité en eau du sol et des interactions chimiques par allélopathie de différentes espèces ont été testées sur la germination de Fagus sylvatica en conditions climatiques contrôlées. Le taux de germination de faînes de Fagus vernalisées est amélioré par des températures relativement chaudes (20 °C), mais bloqué de manière réversible sous contrainte thermique (27 °C). Le taux de croissance relatif des plantules de Fagus est plus important en conditions tempérées que chaudes. Les extraits foliaires de Hedera helix montrent d’importants impacts allélopathiques sur la régénération de Fagus, surtout en conditions tempérées. Nos résultats suggèrent une limitation de régénération de Fagus en marge chaude de son aire de répartition, et une modulation des succès de régénération selon le type de voisinage végétal.Recruitment is a key process for forest sustainability, especially in warm margin of distribution area. The influence of climate (temperate or warm), of soil water availability, and of allelopathic interactions from different forest species have been tested on the germination of Fagus sylvatica in controlled climatic conditions. Germination rates of non-dormant Fagus seeds were improved by relatively warm temperatures (20°C), but reversibly stopped under heat constraint (27°C). The relative growth rate of Fagus seedlings was better under temperate climatic conditions. Foliar extracts of Hedera helix showed the highest allelopathic effect on Fagus recruitment, especially in temperate conditions. Our results suggest a limitation of Fagus recruitment in warm margin of its distribution area, and a modulation of recruitment success according to the identity of plant neighbourhood

Uptake and translocation of phytochemical 2-benzoxazolinone (BOA) in radish seeds and seedlings

International audienceThe molecular aspects of phytochemical interactions between plants, especially the process of phytochemical translocation by the target plant, remain challenging for those studying allelopathy. 2-Benzoxazolinone (BOA) is a natural chemical produced by rye (Secale cereale) and is known to have phytotoxic effects on weed seeds and seedlings. The translocation of BOA into target plants has been poorly investigated. Therefore, the total absorption of [ring U C-14] BOA was estimated by oxidizing whole seedlings of Raphanus sativus cv. for 8 days and quantifying the radioactivity. Non-radiolabelled BOA in seedlings was also estimated by HPLC. BOA applied at 10(-3) M was readily taken up by germinated radish at a rate of 1556 nmol g(-1) FW. At these same concentrations, BOA reduced radish germination by 50% and caused a delay in radicle elongation. Exogenous BOA was responsible for the observed germination inhibition. At a concentration of 10(-5) M, BOA was taken up by germinated seeds (31 nmol g(-1) FW), but this quantity did not affect radish germination. Labelled BOA was not mineralized in the culture medium during seedling growth as no (CO2)-C-14 was recovered. Both 10(-3) and 10(-5) M BOA were translocated into radish organs, mainly into roots and cotyledons. These organs were then identified as potential physiological target sites. Cotyledons remained the target sink (44% of the total radioactivity). The kinetics of BOA uptake at 10(-3) and 10(-5) M in radish seedlings was identical: BOA accumulation was proportional to its initial concentration. A comparison between radioactivity and HPLC quantification for 10(-3) M BOA indicated that BOA (along with some metabolites) could effectively be recovered in radish organs using chromatograph