Efeito da deficiência hídrica sobre a atividade alelopática de Cosmos sulphureus e seu potencial bioherbicida

Abstract

As plantas daninhas estão entre os principais fatores que limitam a produtividade agrícola, ocasionando perdas significativas por competição e efeitos alelopáticos. O uso intensivo de herbicidas sintéticos tem levado à resistência e impactos ambientais, reforçando a necessidade de alternativas sustentáveis. Nesse cenário, os aleloquímicos, especialmente lactonas sesquiterpênicas produzidas por espécies da família Asteraceae, destacam-se como potenciais bioherbicidas. Cosmos sulphureus é uma dessas espécies, já associada à síntese de moléculas bioativas. Esta tese foi composta por dois estudos. O primeiro investigou se o estresse hídrico (40% da capacidade de campo, por 15 dias no início do florescimento) poderia intensificar o potencial alelopático de C. sulphureus. Para isso, realizaram-se análises bioquímicas (malondialdeído), proteômicas e bioensaios de germinação e crescimento com espécies alvo (Lactuca sativa, Sorghum bicolor, Urochloa decumbens, Cucumis sativus e Panicum maximum). Os resultados mostraram aumento de malondialdeído nas plantas estressadas, mas sem alterações proteômicas relevantes. Os extratos, independentemente da condição hídrica, inibiram a germinação (5-90%), o crescimento da parte aérea (até 100%) e radicular (até 80%), sem incremento da atividade sob déficit hídrico. O segundo estudo avaliou uma lactona sesquiterpênica sintética derivada de C. sulphureus (PDA-24), por meio de curvas dose–resposta, análises morfológicas e estatísticas multivariadas. O composto apresentou efeitos fitotóxicos expressivos e seletivos, sugerindo um possível mecanismo de ação distinto dos herbicidas comerciais.Conclui-se que C. sulphureus mantém seu potencial alelopático mesmo em condições de déficit hídrico, evidenciando resiliência e aplicabilidade frente às mudanças climáticas. A lactona sintética PDA-24 mostrou-se promissora como bioherbicida inovador, reforçando a relevância da espécie como fonte de moléculas bioativas e como alternativa sustentável para o manejo de plantas daninhas.

Weeds are among the main factors limiting agricultural productivity, causing severe yield losses through competition and allelopathic effects. The intensive use of synthetic herbicides has resulted in resistant biotypes and environmental concerns, highlighting the need for sustainable alternatives. In this context, plant-derived allelochemicals, particularly sesquiterpene lactones produced by members of the Asteraceae family, stand out as promising bioherbicides. Cosmos sulphureus is one such species, associated with the production of bioactive molecules.This thesis consisted of two studies. The first investigated whether drought stress (40% field capacity for 15 days at the beginning of flowering) could enhance the allelopathic potential of C. sulphureus. Biochemical (malondialdehyde), proteomic, and bioassays on germination and growth of target species (Lactuca sativa, Sorghum bicolor, Urochloa decumbens, Cucumis sativus, and Panicum maximum) were performed. Results showed increased malondialdehyde in stressed plants, but no significant proteomic changes. Extracts from both stressed and non-stressed plants inhibited germination (5-90%), shoot growth (up to 100%), and root growth (up to 80%), with no enhancement of allelopathic activity under water deficit.The second study evaluated a synthetic sesquiterpene lactone derived from C. sulphureus (PDA-24) through dose–response curves, morphological analysis, and multivariate statistics. The compound exhibited strong and selective phytotoxic effects, suggesting a potential mechanism of action distinct from commercial herbicides. In conclusion, C. sulphureus maintains its allelopathic potential even under drought stress, demonstrating resilience and applicability under climate change scenarios. Moreover, the synthetic lactone PDA-24 proved to be a promising innovative bioherbicide, reinforcing the importance of this species as a source of bioactive molecules and as a sustainable alternative for weed management.