Allelopathic effects of Cynara cardunculus L. extracts

The present doctoral thesis aims to explore the potential use of Cynara cardunculus L. leaf extracts for the biological control of weeds and pathogen microorganisms. In a first trial, the allelopathic effects of its leaf aqueous extracts on seed germination of six common weeds was demonstrated. Secondly, the set-up of the most efficient extraction method of its allelochemicals in terms of costs, yields and inhibitory activity was realized, selecting dried leaves as the best plant material and ethanol and ethyl acetate as the best solvents. Moreover, new C. cardunculus allelochemicals (cynaratriol, desacylcynaropicrin, 11,13-dihydro-desacylcynaropicrin and pinoresinol) were purified. Third, the effect of genotype, harvest time and light stress on the phytotoxicity, quantity and composition of sesquiterpene lactones in C. cardunculus leaf extracts was evaluated through a new UHPLC-MS/MS analysis method. Wild and cultivated cardoon showed the highest concentrations, while the April harvest revealed the best harvest time. Moreover, light stress stimulated the production of these allelochemicals. In a second trial, the effects resulting from three consecutive years of cultivation, in two different areas, with globe artichoke, cultivated and wild cardoon on the quali/quantitative weed soil seed bank and the changes in the eubacterial communities were studied. In both areas, C. cardunculus reduced weed seed bank in all treatments compared to controls. Nevertheless, the presence of cultivated cardoon had a negative influence towards Bacillus subtilis and a positive one on Pseudomonas putida and Azospirillum brasilense. Lastly, cultivated cardoon leaf extracts were assessed in vitro for the control of several microorganisms of agriculture and food interest. All the extracts showed an important antimicrobial activity.

La presente tesi di dottorato si propone di esplorare l'uso potenziale di estratti fogliari di Cynara cardunculus L. per il controllo biologico di malerbe e microrganismi patogeni. In una prima prova, sono stati valutati gli effetti allelopatici degli estratti acquosi fogliari sulla germinazione dei semi di sei piante infestanti. Successivamente, è stata realizzata la messa a punto del metodo di estrazione di allelochimici più efficiente in termini di costi, rese e attività inibitoria, individuando nelle foglie essiccate il migliore materiale vegetale e nell'etanolo e nell'acetato di etile i più efficaci solventi. Inoltre, sono stati purificati nuovi allelochimici di C. cardunculus (cinaratriolo, desacilcinaropicrina e 11,13-diidro-desacilcinaropicrina). Attraverso un nuovo metodo di analisi UHPLC-MS/MS, è stato altresì valutato l'effetto del genotipo, dell epoca di raccolta e dello stress luminoso sulla fitotossicità, quantità e composizione dei sesquiterpeni lattonici negli estratti fogliari di C. cardunculus. Il cardo selvatico e coltivato hanno mostrato le maggiori concentrazioni, aprile si è rivelata la migliore epoca di raccolta e lo stress luminoso ha stimolato la produzione degli allelochimici. In una seconda prova, sono stati studiati gli effetti derivanti da tre anni consecutivi di coltivazione, in due aree diverse, di carciofo, cardo coltivato e selvatico sulla composizione quali/quantitativa della banca semi del terreno e i cambiamenti nelle comunità eubatteriche. In entrambe le aree, C. cardunculus ha ridotto la banca semi in tutte le tesi. Nondimeno, la presenza di cardo coltivato ha avuto un'influenza negativa sul Bacillus subtilis e una positiva su Pseudomonas putida e Azospirillum brasilense. Infine, gli estratti fogliari di cardo coltivato sono stati valutati in vitro per il controllo di microrganismi di interesse agricolo e alimentare, mostrando un'importante attività antimicrobica.