فعالیت علف‌کشی اسانس گیاهان دارویی با استفاده از فناوری نانو برای کنترل علف‌های هرز زعفران

علف‌های هرز چالش قابل توجهی برای سیستم‌های کشاورزی، به ویژه در کشت محصولات باارزش مانند زعفران ایجاد می‌کنند. در این مطالعه، اثرات آللوپاتیک ده گیاه دارویی و معطر بر جوانه‌زنی و رشد نهال‌های کاهو با استفاده از روش‌های دیش پک و پنبه‌ای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میخک، اجوان، پرووسکیا و دارچین به شدت رشد هایکوتیل و رادیکل کاهو را مهار می‌کنند. سپس اسانس‌های گیاهان انتخاب شده در نانوامولسیون‌هایی (با HLB متفاوت) فرموله شدند و ویژگی‌های آن‌ها (اندازه ذرات و PDI) ارزیابی شد. فعالیت علف‌کشی نانوامولسیون فرموله شده از Trachyspermum ammi (اجوان)، Syzygium aromaticum (میخک)، Cinnamomum cassia (دارچین) و Perovskia abrotanoides (پرووسکیا) علیه علف‌های هرز رایج (Agropyron repens, Bromus japonicus, Chenopodium album, Festuca spp.) ارزیابی شد. فرمولاسیون‌های نانوامولسیون با 1% اسانس و HLB 15 کوچک‌ترین اندازه ذرات، PDI پایین‌تر و پایداری بیشتری در دمای 4 درجه سانتی‌گراد نشان دادند. نتایج نشان داد که پاشش نانوامولسیون باعث ایجاد تغییرات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در علف‌های هرز شد. کاربرد اسانس‌های میخک، اجوان، پرووسکیا و دارچین بر روی Agropyron repens و Bromus sp. نشت یونی را افزایش داد. اسانس دارچین بر روی Agropyron repens شاخص کلروفیل، فعالیت SOD (40.7%) و سطوح پروتئین (79.83%) را کاهش داد، در حالی که اسانس اجوان فعالیت آنزیم کاتالاز (39.56%) را کاهش داد. در Bromus، اسانس اجوان بیشترین کاهش را در شاخص کلروفیل ایجاد کرد، در حالی که اسانس‌های دارچین و پرووسکیا فعالیت کاتالاز را کاهش دادند (به ترتیب 82.8% و 52.32%) و اسانس میخک منجر به قابل توجه‌ترین کاهش در فعالیت SOD (24%) شد. پاشش نانوامولسیون روی Festuca باعث افزایش نشت یونی (93%) و کاهش فعالیت آنزیم کاتالاز با اسانس‌های اجوان و دارچین (به ترتیب 74.87% و 63.07%) شد، در حالی که اسانس‌های میخک و پرووسکیا فعالیت SOD را کاهش دادند (به ترتیب 45% و 41%). کاربرد محلول‌های نانوامولسیون 1% اسانس‌های طبیعی باعث ایجاد علائم سوختگی برگ از جمله زردی، کلروز، نکروز و سوختگی نوک در تمام گونه‌های علف هرز آزمایش شده در پنج روز اول شد و اسانس‌های دارچین و اجوان پس از هفت روز منجر به خشک شدن بیش از 90% علف‌های هرز شدند. نتایج نشان می‌دهد که اسانس‌ها، به ویژه دارچین، اجوان و میخک، می‌توانند علف‌کش‌های طبیعی مؤثری با پتانسیل استفاده در مدیریت پایدار علف‌های هرز باشند.

Weeds present a significant challenge to agricultural systems, particularly in the cultivation of high-value crops like saffron. In this study, allelopathic effects of ten medicinal and aromatic plants were screened on germination and growth of lettuce seedlings using the dish pack and cotton-swab methods. The results indicated that clove, ajwain, perovskia and cinnamon strongly inhibited the hypocotyl and radicle growth of lettuce. Then, essential oils (EOs) from the selected plants were formulated into nanoemulsions (in different HLB) and their properties (particle sizes and PDI) were evaluated. The nanoemulsion formulated herbicidal activity from Trachyspermum ammi (ajwain), Syzygium aromaticum (clove), Cinnamomum cassia (cinnamon), and Perovskia abrotanoides (Perovskia). EOs evaluated against common weeds (Agropyron repens, Bromus japonicus, Chenopodium album, Festuca spp.). Nanoemulsion formulations with 1% essential oils and an HLB of 15 showed the smallest particle sizes, lower PDI, and greater stability at 4 °C. The results showed that nanoemulsion spraying induced morphological, physiological, and biochemical changes in the weeds. The application of clove, ajwain, perovskia and cinnamon EOs on Agropyron repens and Bromus sp. increased ion leakage. Cinnamon oil on Agropyron repens reduced chlorophyll index, SOD activity (40.7%), and protein levels (79.83%), while ajwain oil decreased catalase enzyme activity (39.56%). On Bromus, ajwain EOs caused the greatest reduction in chlorophyll index, while cinnamon and perovskia EOs reduced catalase activity (82.8% and 52.32%, respectively), and clove EO led to the most significant decrease in SOD activity (24%). Nanoemulsion spraying on Festuca caused increased ion leakage (93%) and reduced catalase enzyme activity with ajwain and cinnamon oils (74.87% and 63.07%, respectively), while clove and perovskia oils decreased SOD activity (45% and 41%, respectively). The application of 1% nanoemulsion solutions of natural essential oils caused visible leaf burn symptoms—such as yellowing, chlorosis, necrosis, and tip burn—in all tested weed species within the first five days, with cinnamon and ajwain oils leading to over 90% desiccation after seven days. The results suggest that essential oils, particularly cinnamon, ajwain and clove, could be effective natural herbicides with potential for use in sustainable weed management.