Allelopatic Effects of Some Aromatic Plants Essential Oils in Weed Control

Abstract

Herbicides have been of use heavily in weed control in order to increase the production and efficiency in agriculture. However, use of herbicides has been shown to be have potential damages on human health and environment. Besides, prohibition of the use of chemical herbicides in organic agriculture makes the struggle with weeds even harder.  Therefore, it is essential that chemical herbicides should be replaced with environmental-friendly counterparts in weed control. One of these alternative methods could be the use of essential oils representing allopathic effects obtained from medicinal and aromatic plants in the fight against weeds. Essential oils are composed of many chemical components and not all of them have the same structures and physiological effects. The most successful results were obtained with terpenes, one of the components in essential oils, as herbicidal. Development of the environmental-friendly bioherbicides by the making use of the effects of these components were emphasized by many researchers. In this review, the herbicidal effects of the essential oils obtained from aromatic plants will be examined and possible use of essential oils in weed control will be emphasized and we aim to contribute to approaches replacing the chemical struggle to become widespread.

Keywords

• Medicinal and aromatic plants,essential oil,allelopathy,bioherbicide

Yabancı Ot Mücadelesinde Bazı Aromatik Bitkilerinin Uçucu Yağlarının Allelopatik Etkisi

Öz

Tarımsal üretimde verim ve kaliteyi artırmak amacıyla yabancı ot mücadelesinde herbisitlerden yoğun bir şekilde yararlanılmaktadır.  Fakat kullanılan herbisitlerin çevreye ve insan sağlığına olan potansiyel zararı büyük bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Ayrıca son zamanlarda önemi giderek artan organik tarımda kimyasal herbisitlerin kullanılmaması yabancı ot mücadelesini zorlaştırmaktadır.  Bu nedenle yabancı otlarla mücadelede kimyasal mücadeleye alternatif olabilecek, çevre dostu mücadele yöntemlerinin bulunması önemli hale gelmiştir. Bu alternatif yöntemlerden biri de aromatik bitkilerden elde edilen uçucu yağlar gibi allelopatik etkiye sahip maddelerin yabancı otların mücadelesinde kullanılmasıdır. Uçucu yağlar pek çok kimyasal bileşenden oluşur. Tüm bileşenlerin yapısı ve fizyolojik etkileri benzer değildir. Uçucu yağların yapısında yer alan bileşenlerin herbisit olarak kullanılmalarına ilişkin en başarılı sonuçlar terpenlerden elde edilmiştir. Bu bileşenlerin etkilerinden faydalanılarak organik tarımda kullanılabilecek çevreye dost biyoherbisitlerin geliştirilmesi çok sayıdaki araştırıcı tarafından da vurgulanmıştır. Bu derlemede aromatik bitkilerden elde edilen uçucu yağların yabancı otlar üzerine olan etkileri incelenerek, uçucu yağların yabancı otlarla mücadelede kullanılma olanaklarına vurgu yapılacak ve kimyasal mücadelenin yerini alabilecek alternatif yaklaşımların yaygınlaşmasına katkıda bulunulacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Tıbbi ve aromatik bitkiler,uçucu yağ,allelopati,biyoherbisit

Kaynakça

1. Abrahim D., Braguini WL., Kelmer-Brach AM and Ishii-Iwamoto EL., 2000. Effect of four monoterpenes on germination, primary root growth, an mitochondrial respiration of maize. Journal of Chemical Ecology, 26: 611-624.
2. Amini RA, Movahedpour F., Ghassemi-Golezani K., Dabbagh Mohammadi-Nasab A and Zafarani-Moattar P., 2012. Allelopathic assessment of common amaranth by ECAM. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 3: 2268-2272.
3. Amini RA., 2013. Allelopathic potential of little seed canary grass (Phalaris minor Retz.) on seedling growth of barley (Hordeum vulgare L.). Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 3: 85-91.
4. Aydın O ve Tursun N., 2010. Bitkisel kökenli bazı uçucu yağların bazı yabancı ot tohumlarının çimlenme ve çıkışına olan etkilerinin araştırılması. Kahramanmaraş sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimler Dergisi, 1(1): 11-17.
5. Azırak S., 2002. Bazı uçucu yağ bitkilerinin ve aromakimyasalların yabancı ot türlerinin çimlenmesi üzerine allelopatik etkisi. Yüksek Lisans Tezi (Basılmamış), Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
6. Azirak S and Kahraman S., 2007. Allelopathic effect of some essential oils and components on germination of weed species. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B-Soil and Plant Science, 58: 88-92.
7. Azizi M and Fuji Y., 2006. Allelopathic effect of some medicinal plant substances on seed germination of Amaranthus retroflexus and Portulaca oleraceae. Acta horticulturae, 699: 61-67.
8. Bainard LD., Isman MB and Upadhyaya MK., 2006. Phytotoxicity of clove oil and its primary constituent eugenol and the role of leaf epicuticular wax in the susceptibility to these essential oils. Weed Science, 54(5): 833-837.

9. Barney JN., Hay AG and Weston LA., 2005. Isolation and characterization of allelopathic volatiles from mugwort (Artemisia vulgaris). Journal of Chemical Ecology, 31: 247-265.
10. Batish DR., Kaur S., Singh HP and Kohli R.K., 2004. Herbicidal Activitiy of Volatile Oils from Eucalyptus citriodora. II. European Allelopathy Symposium, 3-5 June, Poland.
11. Baydar H., 2005. Yayla kekiği (Origanum minutiflorum O. Schwarz et. P.H. Davis)'nde farklı toplama zamanlarının uçucu yağ içeriği ve uçucu yağ bileşenleri üzerine etkisi. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 18: 175-178.
12. Baydar H., 2009. Tıbbi ve Aromatik Bitkiler Bilimi ve Teknolojisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Yayınları, Yayın No: 51, Isparta.
13. Baydar H., 2013. Tıbbi Aromatik ve Keyf Bitkileri Bilimi ve Teknolojisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Yayınları, Yayın No: 51, Isparta.
14. Cavalieri A and Caporali F., 2010. Effects of essential oils of cinnamon, lavender and peppermint on germination of Mediterranean weeds. Allelopathy Journal, 25(2): 441-451.
15. Ceylan A., 1987. Tıbbi bitkiler II (Uçucu Yağ İçerenler). Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Yayın No: 481, İzmir.
16. Çetintaş R., Tursun N., Karcı A., Almira MH and Seyithanoğlu M., 2006. The Bioherbicidal effects of daphne (Laurus nobilis L.) and some of its important components on the germination of some weeds and agronomic crops. Annual International Research Conference on Methyl Bromide Alternatives and Emissions Reductions, 6-9 November, USA.
17. Dağ SS., Aykaç VT., Gündüz A., Kantarcı M ve Şişman N., 2000. Türkiye’de Tarım İlaçları Endüstrisi ve Geleceği. Türkiye Ziraat Mühendisliği V. Teknik Kongresi, 17-21 Ocak, Ankara.
18. Delen N., Durmuşoğlu E., Güncan A., Güngör N., Turgut C ve Burçak A., 2005. Türkiye’de Pestisit Kullanımı, Kalıntı ve Organizmalarda Duyarlılık Azalışı Sorunları. Ziraat Mühendisliği VI. Teknik Kongresi, 3-7 Ocak, Ankara.
19. Duke SO., 1991. Plant terpenoids as pesticides. Toxicology of Plant and Fungal Compounds (eds, RF. Keeler and AT Tu), Marcel Dekker, pp. 269-296.
20. Erbaş S., Elkoyunu R ve Baydar H., 2011a. Bazı Yabancı Ot ve Kültür Bitkisi Tohumlarının Çimlenmesi ve Fide Gelişimi Üzerine Salvia officinalis L. Uçucu Yağının Allelopatik Etkisi. IX. Tarla Bitkileri Kongresi, 12-15 Eylül, Bursa.
21. Erbaş S., Özen F and Baydar H., 2011b. Allelopathic Effect of Lavandin Oil and Major Component on Germination and Seedling Development of Wild Mustard (Sinapis arvensis L.). II. International Non-Wood Forest Products Symposium, 8-10 September, Isparta.
22. Feo V., Simone F and Senatore F., 2002. Potential allelochemicals from the essential oil of Ruta graveolens. Phyochemistry, 61: 573-578.
23. Gholami BA., Faravani M and Kashki MT., 2011. Allelopathic effects of aqueous extract from Artemisia kopetdaghensis and Satureja hortensis on growth and seed germination of weeds. Journal of Applied Environmental and Biological Sciences, 1: 283-290.
24. Haig TJ., Haig TJ., Seal AN., Pratley JE., An M and Wu H., 2009. Lavender as a source of novel plant compounds for the development of a natural herbicide. Journal of Chemical Ecology, 35: 1129-1136.
25. Handa SS., Khanuja SPS., Longo G and Rakesh DD., 2008. Extraction Technologies for Medicinal and Aromatic Plants. International Centre for Science and High Technology, Italy.
26. Kaur S., Singh HP., Mittal S., Batish DR and Kohli RK., 2010. Phytotoxic effects of volatile oil from Artemisia scoparia against weeds and its possible use as a bioherbicide. Industrial Crops and Products, 32: 54-61.
27. Khanh TD., Chung MI., Xuan TD and Tawata S., 2005. The exploitation of crop allelopathy in sustainable Agricultural production. Jornal of Agronomy and Crop Science, 191: 172-184.
28. Khan AL., Hussain J., Hamayun M., Kang SM., Kim HY., Watanabe KN and Lee IN., 2010. Allelochemical, eudesmane-type sesquiterpenoids from Inula falconeri. Molecules Journal, 15: 1554-1561.
29. Kong C., Hu F., Xu T and Lu Y., 1999. Allelopathic potential and chemical constituents of volatile oil from Ageratum conyzoides. Journal of Chemical Ecology, 25: 2347-2356.
30. Konstantinović B., Blagojević M., Konstantinović B., Samardžić N., 2104. Allelopathic effect of weed species Amaranthus retroflexus L. on maize seed germination. Romanian Agricultural Research, 31: 315-321.
31. Kordali S., Cakir A., Ozer H., Cakmakcı R., Kesdek M and Mete E., 2008. Antifungal, phytotoxic and insecticidal properties of essential oil isolated from Turkish Origanum acutidens and three components, carvacrol, thymol and p-cymene. Bioresouarce Technology, 99: 8788-8795.
32. Kordali S., Cakir A., Akcin TA, Mete E., Akcin A., Aydin T and Kilic H., 2009. Antifungal and herbicidal properties of essential oils and n-hexane extracts of Achillea gypsicola Hub-Mor. and Achillea biebersteinii Afan. (Asteraceae). Industrial Crops and Products, 29(2-3): 562-570.
33. Kwiecińska-Poppe E., Kraska P and Pałys E., 2011. The influence of water extracts from Galium aparine L. and Matricaria maritime subsp. inodora (L.) Dostál on germination of winter rye and triticale. Acta Scientarum Polonurum Agricultura, 10: 75-85.
34. Luciana AG., Carpenese G., Ciani P.L., Morelli I., Macchia M and Flamini G., 2003. Essential oil from Mediterranean Lamiaceae as germination inhibitors. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51: 6158-6164.
35. Mengüllüoğlu M and Soylu S., 2012. Antibacterial activities of essential oils from several medicinal plants against the seed-borne bacterial disease agent Acidovorax avenae subsp. citrulli. Research on Crops, 13: 641-646.
36. Miranda CASF., Maria das G. Cardoso MG., Carvalho MLM., Figueiredo ACS., Nelson DL., Oliveira CM., Gomes MS., Andrade J., Souza JA and Albuquergue LRM., 2014. Chemical composition and allelopathic activity of Parthenium hysterophorus and Ambrosia polystachya weeds essential oils. American Journal of Plant Sciences, 5: 1248-1257.
37. Oerke EC., Dehwe HW., Schonbeck F and Weber A., 1994. Crop Production and Crop Protection. Estimated Losses in Major Food and Cash Crops, Elsevier Science.
38. Önen H., 2003. Bazı bitkisel uçucu yağların biyoherbisidal etkileri. Türkiye Herboloji Dergisi, 6: 39-47.
39. Önen H and Özer Z., 2002. Study of allelopatic on several crups. influence of mugwort (Artemisia vulgaris L.). Journal Plant Disease and Protection Sonderheft, 18: 339-347.
40. Önen H., Özer Z and Telci İ., 2002. Bioherbicidal effects of some plant essential oils on different weed species. Journal of Plant Diseases and Protection Sonderheft, 18: 597-605.
41. Penuelans J., Ribas-Carbo M and Giles L., 1996. Effects of allelochemicals on plant respiration and oxygen isotope fractionation by the alternative oxidase. Journal of Chemical Ecology, 22: 801-805.
42. Radosevich S., Holt J and Ghersa G., 1997. Weed Ecology: Implictions for Management. 2nd. John Wily & Sons. Rahimi AR., Mousavizadeh SJ., Mohammadi H., Rokhzadi A., Majidi M and Amini S., 2013. Allelopathic effect of some essential oils on seed germination of Lathyrus annuus and Vicia villosa. Journal of Biodiversity Environmental Sciences, 3: 67-73.
43. Rassaeifar M., Hosseini N., Asl NHH., P. Zandi P and Moradi Aghdam AM., 2013. Allepathic effect of Eucalyptus globulus’ essential oil on seed germination and seedling establishment of Amaranthus blitoides and Cynodon Dactylon. Trakia Journal of Sciences, 1: 73-81.
44. Reynolds T., 1987. Comparative effect of alicyclic compunds and quinones on inhibition of lettuce fruit germination. Annals of Botany, 60: 215-223.
45. Rice EL., 1984. Allelopathy. Academic Press, pp. 130-188.
46. Robinson JB., 1983. The Organic Constituents of Higher Plants. Cordus Press.
47. Robles C., Bonın G and Garzino S., 1996. Auotoxic and allelopathic potentials of Citrus albidus L. Plant Biology and Pathology, 322: 677-685.
48. Salamci E., Kordali S., Kotan R., Cakir A and Kaya Y., 2007. Chemical composition, antimicrobial and herbicidal effects of essential oils isolated from Turkish Tanacetum aucheranum and Tanacetum chiliophyllum var. chiliophyllum. Biochemical Systematics and Ecology, 35: 569-581.
49. Scrivanti LR., Zunino MP and Zygadlo JA., 2003. Tagetes minuta and Schinus areira essential oils as allelopathic agents. Biochemical Systematics and Ecology, 31(6): 563-572.
50. Sertkaya E., 2013. Fumigant toxicity of the essential oils from medicinal plant against bean weevil, Acanthoscelides obtectus (Say) (Coleoptera: Bruchidae). Asian Journal of Chemistry, 25(1): 553-555.
51. Singh HP., Batish DR., Kaur S., Ramezani H and Kohli RK., 2002. Comparative phytotoxicity of four monoterpenes against Cassia occidentalis. Annals of Applied Biology, 141: 11-116.
52. Singh HP., Batish DR., Setia N and Kohli R.K., 2005. Herbicidal activity of volatile oils from Eucalyptus citriodora against Parthenium hysterophorus. Annals of Applied Biology, 146: 89-94.
53. Soltys D., Krasuska U., Bogatek R and Gniazdowska A., 2013. Allelochemicals as bioherbicides-present and perspectives. V: Herbicides–Curent Research and Case Studies in Use (Eds. AJ. Price and Kelton JA), InTech Publisher, Rijeka, Croatica, pp. 517-542.
54. Soylu EM., Soylu S and Kurt S., 2006. Antimicrobial activities of the essential oils of various plants against tomato late blight disease agent Phytophthora infestans. Mycopathologia, 161: 119-128.
55. Soylu S., Evrendilek GA and Soylu EM., 2009. Chemical compositions and antibacterial activities of bitter fennel (Foeniculum vulgare Mill. var. vulgare) and dill (Anethum graveolens L.) essential oils against the growth of food-borne and seed-borne plant pathogenic bacteria. Italian Journal of Food Science, 21: 347-355.
56. Şahin CB., Arslan M ve Kırmaz S., 2013. Bazı Yabancı Ot Tohumlarının Çimlenmesi Üzerine Uçucu Yağların Herbisidal Etkisi. 10. Tarla Bitkileri Kongresi, 10-13 Eylül, Konya.
57. Telci İ., 2006. Uçucu Yağlar ve Allelopati. Allelopati Çalıştayı, 13-15 Haziran, Yalova.
58. Thobatsi T., 2009. Growth and yield responses of maize (Zea mays L.) and cowpea (Vigna unguiculatea) in a intercropping system. MSc Thesis, University of Pretoria, Pretoria.
59. Uludağ A., 2006. Türkiye’de Allelopati Araştırmaları ve Uygulamaları Üzerine Genel Bir Bakış. Allelopati Çalıştayı, 13-15 Haziran, Yalova.
60. Uygur FN., 2002. Yabancı Otlar ve Biyolojik Mücadele. Türkiye 5. Biyolojik Mücadele Kongresi, Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi, 4-7 Eylül, Erzurum.
61. Üremiş İ., Arslan M., Yıldırım AE ve Soylu S., 2014. Bazı Kekik Uçucu Yağlarının Yabancı Ot Mücadelesinde Toprak Fumigantı Olarak Kullanılabilme Olanaklarının Belirlenmesi. V. Bitki Koruma Kongresi, 3-5 Şubat, Antalya.
62. Üremis I., Arslan M and Sangun MK., 2009. Herbicidal potential of essential oils on the germination of some problem weeds. Asian Journal of Chemistry, 21(4): 3199-3210.
63. Yılar M., Bayan Y., Töre Ö., Akşit H ve Kadıoğlu İ., 2011. Thymus Fallax Fisch.&Mey., Mentha Dumetorum Schult. ve Origanum vulgare LI. Bitkilerinden İzole Edilen Uçucu Yağların Biyoherbisidal Etkileri. IV. Bitki Koruma Kongresi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, 28-30 Haziran, Kahramanmaraş.
64. Yılar M., Bayan Y., Özcan S., Akşit H ve Kadıoğlu İ., 2012. Artemisia scoparia Waldst. et Kit. uçucu yağının biyoherbisidal etkisi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2(1): 11-20.
65. Yıldırım BK., 2007. Bazı bitkisel kökenli uçucu yağların bioherbisidal etkilerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi (Basılmamış), Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.