Ιπποκράτεια φυτά: χωρική κατανομή, προσαρμοστικότητα σε εκτατική καλλιέργεια, χημική αποτύπωση και αξιολόγηση της βιολογικής δραστικότητάς τους

Abstract

The subject of the present study was (a) the investigation of the occurrence of Hippocratic Medicinal Plants (HMP) Artemisia arborescens (Vaill.) L., Anthemis arvensis L., Cistus salviifolius L., Crithmum maritimum L., Ferula communis L., Hypericum empetrifolium Willd, Hypericum hircinum L., Teucrium capitatum L. on the island of Kos, (b) the mapping of their spatial distribution in Kos, (c) the soil analysis of the collection points of HMF, (e) the assessment of the qualitative and quantitative characteristics of essential oils, both in native populations and in extensive cultivation and (f) the assessment of the biological activity of hydrosols, the main isolated components of hydrosols and the extracts of the studied species. Six extensive surveys were conducted during March, April, May, June, July and August 2014 on the island of Kos. From each site, soil and plant specimens from H. hircinum, H. empetrifolium, C. maritimum, T. capitatum, C. salviifolius, F. communis, A. arborescens and A. arvensis were collected. C. salviifolius and T. capitatum were the most common. C. salviifolius dominated the southernmost part of the island, while T. capitatum was found in the northeastern part of it. The species H. empetrifolium, F. communis and C. maritimumshowed particular spatial appearance, indicating possible selectivity in environmental conditions.Canonical Correspondence Analysis (CCA) showed that the most important variables, which affected the appearance and density of plant species according to their percentage, in descending order were the following: Na, organic content, pH, P, Ca and silt content. F. communis was mainly associated with high percentage of soil organic matter and phosphorus-rich soils, and moderately related to Ca. C. maritimum was abundant in habitats whith soil high in Na, indicating a significant tolerance to sodic soils. H. empetrifolium, T. capitatum, A. arvensis and C. salviifolius were grouped according to CCA. The absence of significant positive or negative correlation between density and soil variables suggests an increased adaptability of the species over a wide range of soil conditions.Extensive cultivation experiments revealed that the species A. arborescens, F. communis, C. maritimum, H. empetrifolium, H. hircinum and T. capitatum generally adapted to the new conditions. On the other hand, C. salviifolius failed to adapt and acclimate, as evidenced by its low agronomic characteristics compared to those recorded in the areas of indigeneity. The growth rate in extensive farming (Spata-Attica) was slower, due to the young age of the plants and their effort of acclimatization in the new environment. However, some species stood out, showing faster growth in their specific characteristics in Spata compared to native populations. The morphological development of plant species appears to have been influenced by both climatic factors, ie the average temperature and average rainfall, as well as soil conditions. For the established extensive cultivation’s samples, each year their content in essential oil, as well as the qualitative and quantitative determination of its components was examined, using gas chromatography and mass spectrometry (GC/MS) and the results were compared with the ones of the native populations. Variability in the amount and composition of the essential oil seems to have been influenced by environmental factors. Finally, the biological activity of hydrosol of the studied plants, the main isolated components of hydrosol and their extracts were evaluated. The hydrosols of A. arborescensand H. empetrifolium showed the greatest effect on both Verticilium dahliae and Botrytis cinerea fungi. Similar results were also found in Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis and Pseudomonas syringae pv. tomato in which the number of colonies was counted. By evaluating the standard substances of the four studied hydrosols, we conclude that there is synergistic action between their components. More specificaly, in H. empetrifolium’s hydrosol, the combination of the main α-pinene/Z-caryophyllene/αterpineol components showed the greatest inhibition of B. cinerea fungi. Regarding the V. dahliae fungus, the greatest inhibition was caused by A. arborescens‘s hydrosol due to the combination of borneol and camphor. The same combination presented the highest rate of inhibition of colonies of C. michiganensis subsp. michiganensis and P. syringae pv. tomato. The extracts of H. empetrifolium, C. maritimum and A. arborescens showed greater activityagainst fungus B. cinerea. The activity of the extracts in the V. dahliae fungus was higher in the case of H. empetrifolium‘s extract, followed by those of C. salviifolius and A. arborescens. Concerning weeds and bioindicators, A. arborescens’ hydrosol appeared to be the most active in inhibiting the growth of Lolium multiflorum, the discoloration of Lemna minor and the growth of Cyperus rotundus tubers. The highest activity against Avena sativa was shown by H. empetrifolium’s hydrosol. Camphor, major substance of A. arborescens’ hydrosol, and Z-caryophyllene, a major substance of H. empetrifolium, were the stronger inhibitors of A. sativa and L. multiflorum radical growth. Regarding the inhibition of the growth rate of C. rotundus weed, Camphor and Borneol, major substances of A. arborescens hydrosol presented the best results, followed by terpinen-4-ol (C. maritimum). Discoloration of L. minor was best demonstrated by Camphor (A. arborescens). An important observation is that generally, hydrosols exhibited higher activity than their isolated substances. Radical growth of A. sativa was prevented mostly from the extracts of A. arborescens and H. hircinum. The extract of C. salviifolius showed the highest potency against radical growth ofL. multiflorum weed root and the degree of discolorization of L. minor bioindicator. Finally, the degree of inhibition of C. rotundus’ growth tubers was mostly affected by the extract of A. arborescens. The activity of A. arborescens, C. maritimum, H. hircinum and H. empetrfolium hydrosols was evaluated against the insects Myzus persicae and Tetranychus urticae, however their effect was generally weak. The highest mortality rates occurred with the use of A. arborescens and H. empetrifolium’s hydrosols. Similar results were also observed in the Tetranychus urticae.

Αντικείμενο της παρούσας μελέτης ήταν (α) η διερεύνηση της εμφάνισης των Ιπποκράτειων Φαρμακευτικών Φυτών (ΙΦΦ) Artemisia arborescens (Vaill.) L., Anthemis arvensis L., Cistus salviifolius L., Crithmum maritimum L., Ferula communis L., Hypericum empetrifolium Willd,Hypericum hircinum L., Teucrium capitatum L. στο νησί της Κω, (β) η αποτύπωση της χωρικής κατανομής τους στην Κω, (γ) η εδαφολογική ανάλυση των σημείων συλλογής των ΙΦΦ, (δ) η εκτίμηση της προσαρμοστικότητάς τους σε συνθήκες εκτατικής καλλιέργειας, (ε) η αξιολόγηση των ποσοτικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών των αιθερίων ελαίων, τόσο στους αυτοφυείς πληθυσμούς όσο και στην εκτατική καλλιέργεια και (στ) η αξιολόγηση της βιολογικής δράσης των υδρολυμάτων, των κύριων απομονωμένων συστατικών των υδρολυμάτων και των εκχυλισμάτων των υπό μελέτη ειδών. Έξι εκτεταμένες έρευνες πραγματοποιήθηκαν τους μήνες Μάρτιο, Απρίλιο, Μάιο, Ιούνιο,Ιούλιο και Αύγουστο του 2014 στη νήσο Κω. Συλλέχθηκαν φυτικά δείγματα από τα είδη H. hircinum, Η. empetrifolium, C. maritimum, Τ. capitatum, C. salviifolius, F. communis, Α. arborescens και Α. arvensis, καθώς και εδαφικά, από τις θέσεις συλλογής των φυτικών ειδών. Το C. salviifolius και το T. capitatum ήταν τα πιο συχνά απαντώμενα. Το C. salviifolius κυριαρχεί στο νοτιότερο δυτικό τμήμα του νησιού, ενώ το T. capitatum βρέθηκε στο βορειοανατολικό τμήμα του. Τα είδη H. empetrifolium, F. communis και C. maritimum, επέδειξαν ιδιαίτερη χωρική εμφάνιση, υποδεικνύοντας πιθανή εκλεκτικότητα στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Από την Ανάλυση Κανονιστικών Αντιστοιχιών (CCA) βρέθηκε ότι οι σημαντικότερες μεταβλητές, οι οποίες επηρέασαν την εμφάνιση και την πυκνότητα των φυτικών ειδών σύμφωνα με το ποσοστό επίδρασής τους, ήταν κατά φθίνουσα σειρά οι εξής: το Na, το ποσοστό οργανικής ουσίας, το pΗ, o Ρ, το Ca και η περιεκτικότητα σε ιλύ. Το φυτικό είδος F. communis συσχετίστηκε κυρίως με το υψηλό ποσοστό οργανικής ουσίας του εδάφους και τα πλούσια σε φώσφορο εδάφη, ενώ παρουσίασε μέτρια σχέση με το Ca. Το C. maritimum ήταν άφθονο σε ενδιαιτήματα όπου το έδαφος παρουσίασε υψηλή περιεκτικότητα σε Na υποδεικνύοντας μία σημαντική ανοχή σε νατριούχα εδάφη. Το Η. empetrifolium, το Τ. capitatum, η Α. arvensis και το C. salviifolius ομαδοποιήθηκαν σύμφωνα με τη CCA. Η απουσία σημαντικής θετικής ή αρνητικής συσχέτισης μεταξύ της πυκνότητας και τωνμεταβλητών του εδάφους υποδηλώνει μία αυξημένη προσαρμοστικότητα των ειδών σε ένα ευρύ φάσμα εδαφικών συνθηκών. Από τα πειράματα εκτατικής καλλιέργειας προέκυψε ότι τα είδη τα οποία κατάφεραν κατά γενικό κανόνα να προσαρμοστούν στις νέες συνθήκες και στο νέο περιβάλλον είναι τα A. arborescens, F. communis, C. maritimum, H. empetrifolium, H. hircinum και T. capitatum. Αντιθέτως, το είδος C. salviifolius δεν κατάφερε να προσαρμοστεί και να εγκλιματιστεί,γεγονός που αποδεικνύεται από τις χαμηλές τιμές των αγρονομικών του χαρακτηριστικών σε σχέση με αυτές που καταγράφηκαν στις περιοχές που αυτοφύεται. Ο ρυθμός αύξησης στην εκτατική καλλιέργεια (Σπάτα Αττικής) ήταν βραδύτερος, λόγω της νεαρής ηλικίας των φυτικών ειδών και παράλληλα της προσπάθειας εγκλιματισμού τους στο νέο περιβάλλον. Εντούτοις, ορισμένα είδη ξεχώρισαν, παρουσιάζοντας ταχύτερη ανάπτυξη σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά τους στα Σπάτα, συγκριτικά με τους αυτοφυείς πληθυσμούς. Η μορφολογική ανάπτυξη των φυτικών ειδών φαίνεται να επηρεάστηκε, τόσο από κλιματικούς παράγοντες, δηλαδή τη μέση θερμοκρασία και το μέσο ύψος βροχόπτωσης, όσο και από τους εδαφολογικούς. Στα δείγματα κάθε έτους της εγκατεστημένης εκτατικής καλλιέργειας έγινε προσδιορισμός της περιεκτικότητας των φυτών σε αιθέριο έλαιο, καθώς και ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός των συστατικών αυτού, με τη χρήση αέριας χρωματογραφίας και φασματομετρίας μαζών (GC/MS) και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά των αυτοφυών πληθυσμών. Η παραλακτικότητα στην ποσότητα και τη σύνθεση του αιθερίου ελαίου φάνηκε ότι πιθανόν επηρεάστηκε ως ένα βαθμό από τη διακύμανση των περιβαλλοντικών μεταβλητών. Τέλος, αξιολογήθηκε η βιολογική δράση των υδρολυμάτων των υπό μελέτη φυτών, των κύριων απομονωμένων συστατικών των υδρολυμάτων και των εκχυλισμάτων τους. Τα υδρολύματα των A. arborescens και Η. empetrifolium επέδειξαν τη μεγαλύτερη δράση, τόσοστο μύκητα Verticilium dahliae όσο και στον Botrytis cinerea. Αντίστοιχα αποτελέσματα προέκυψαν και στα βακτήρια Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis και Pseudomonas syringae pv. tomato στα οποία καταμετρήθηκε ο αριθμός αποικιών. Αξιολογώντας τα πρότυπα συστατικά των τεσσάρων υπό μελέτη υδρολυμάτων, παρατηρείται ότι υπάρχει συνεργιστική δράση μεταξύ των συστατικών τους. Συγκεκριμένα, στο υδρόλυμα του Η. empetrifolium ο συνδυασμός των κύριων συστατικών α-pinene/Ζcaryophyllene/α-terpineol παρουσίασε τη μεγαλύτερη παρεμπόδιση στο μύκητα Β. cinerea. Αναφορικά με το μύκητα V. dahliae, τη μεγαλύτερη παρεμπόδιση προκάλεσε η Α.arborescens με το συνδυασμό borneol και camphor. Ο ίδιος συνδυασμός παρουσίασε το υψηλότερο ποσοστό παρεμπόδισης των αποικιών των βακτηρίων C. michiganensis subsp. michiganensis και P. syringae pv. tomato. Όσον αφορά τη χρήση εκχυλισμάτων στο μύκητα Β. cinerea, μεγαλύτερη δραστικότητα εμφάνισαν τα εκχυλίσματα των H. empetrifolium, C. maritimum και A. arborescens. Η δραστικότητα των εκχυλισμάτων στον μύκητα V. dahliae παρουσιάστηκε υψηλότερη με την χρήση του εκχυλίσματος του H. empetrifolium, ακολουθούμενο από αυτό του C. salviifolius. Αναφορικά με τα ζιζάνια και τους βιοδείκτες, το υδρόλυμα της A. arborescens εμφανίστηκε ως το δραστικότερο σε ό,τι αφορά την παρεμπόδιση της ανάπτυξης του ριζιδίου του Lolium multiflorum, τον αποχρωματισμό της Lemna minor και την ανάπτυξη των κονδύλων της Cyperus rotundus. Στην Αvena sativa υψηλότερη δραστικότητα παρουσίασε το υδρόλυμα του H. empetrifolium. Η δραστικότητα της camphor, κύριας ουσίας του υδρολύματος της Α. arborescens, και του Z-caryophyllene, κύριας ουσίας του Η. empetrifolium, παρουσιάστηκε εντονότερη έναντι του ρυθμούανάπτυξης του ριζιδίου του βιοδείκτη Α. sativa και του ζιζανίου L. multiflorum. Στο ρυθμό ανάπτυξης των κονδύλων του ζιζανίου C. rotundus μεγαλύτερη δραστικότητα παρουσίασαν οι πρότυπες ουσίες Camphor και Βorneol, κύρια συστατικά του υδρολύματος Α. arborescens, ακολουθούμενες από την ουσία terpinen-4-ol (C. maritimum), ενώ στο βαθμό αποχρωματισμού της L. minor μεγαλύτερη δραστικότητα παρουσίασε η πρότυπη ουσία camphor (Α. arborescens). Σημαντική παρατήρηση αποτελεί το γεγονός ότι, και σε αυτή την περίπτωση, τα υπό μελέτη υδρολύματα παρουσίασαν υψηλότερη δραστικότητα, συγκριτικά με τα απομονωμένα συστατικά τους. Σχετικά με τη δραστικότητα των εκχυλισμάτων στην ανάπτυξη του ριζιδίου της A. sativa, υψηλότερη δραστικότητα εμφάνισαν τα εκχυλίσματα των Α. arborescens και H. hircinum. Στο ρυθμό ανάπτυξης του ριζιδίου του ζιζανίου L. multiflorum και στο βαθμό αποχρωματισμού του βιοδείκτη L. minorυψηλότερη δραστικότητα παρουσίασε το εκχύλισμα του C. salviifolius. Τέλος, ο βαθμός παρεμπόδισης της ανάπτυξης των κονδύλων της C. rotundus επηρεάστηκε περισσότερο από το εκχύλισμα της Α. arborescens. Στα παθογόνα έντομα Myzus persicae και Tetranychus urticae αξιολογήθηκε η βιολογική δράση των υδρολυμάτων των A. arborescens, C. maritimum, H. hircinum και H. empetrfolium. Η επίδραση των υδρολυμάτων των πραπάνω φυτών απέναντι στην αφίδα Myzus persicae ήταν κατά γενική ομολογία ασθενής. Τα υψηλότερα ποσοστά θνησιμότητας εμφανίστηκαν κατά την επέμβαση των υδρολυμάτων των A. arborescens και Η. empetrifolium. Παρόμοια αποτελέσματα παρουσιάστηκαν και στο άκαρι Tetranychus urticae.