Allelopátia
1. fejezet: Bevezetés
Történet
Theophrastus (Kr. e. 300 körül), Arisztotelész tanítványa és utódja, botanikai műveiben írt az allelopátiás reakciókról. A “botanika atyjának” nevezték, és arról írt, hogy a csicseriborsó “kimeríti” a talajt és elpusztítja a gyomokat.
Gaius Plinius Secundus, más néven Plinius az idősebb, római tudós és természettudós i.sz. 1-ben arról írt, hogy a csicseriborsó és az árpa “felperzseli” a kukoricaföldet. Azt is megemlítette, hogy a diófa mérgező más növényekre.
Augustin Pyramus De Candolle abotanista és természettudós 1832-ben felvetette, hogy a talajbetegséget a termény által kibocsátott vegyi anyagok okozzák.
1907-1909-ben pedig két kutató, Schreiner és Reed számos növénytoxikus kémiai anyag izolálását vizsgálta növényekből és talajból.
Mi az allelopátia?
Az allelopátia szó két különálló szóból származik. Ezek az allelon, ami azt jelenti, hogy “egymásból”, és a pathos, ami azt jelenti, hogy “szenvedni”. Az allelopátia az egyik fajnak egy másik faj által okozott kémiai gátlására utal. A “gátló” vegyi anyag a környezetbe kerül, ahol hatással van a szomszédos növények fejlődésére és növekedésére.
Allelopatikus vegyi anyagok a növény bármely részében jelen lehetnek. Megtalálhatók a levelekben, virágokban, gyökerekben, gyümölcsökben vagy szárakban. A környező talajban is megtalálhatók. A célfajokra sokféleképpen hatnak ezek a toxinok. A toxikus kémiai anyagok gátolhatják a hajtás/gyökér növekedését, gátolhatják a tápanyagfelvételt, vagy megtámadhatnak egy természetesen előforduló szimbiózis kapcsolatot, ezáltal tönkretéve a növény felhasználható tápanyagforrását.
Minden növény allelopatikus?
Nem minden növény rendelkezik allelopatikus hajlammal. Egyesek, bár mutatják ezeket a tendenciákat, valójában egy nem kémiai formájú agresszív versenyt mutatnak. Az allelopátiát övező viták nagy része abból fakad, hogy megpróbálják megkülönböztetni a mutatott versengés típusát. Általában, ha ez kémiai jellegű, akkor a növényt allelopatikusnak tekintik. A közelmúltban volt néhány kapcsolat az állatokra irányuló növényi allélotoxinokkal, de az adatok szűkösek.
Környezeti hatás
Az allelopátia a kémiai verseny egyik formája. Az allelopatikus növény “zavaró” vegyi anyagokon keresztül versenyez. A verseny definíció szerint két formája van: a kizsákmányolás vagy a beavatkozás.
A versenyt a növények és az állatok egyaránt használják, hogy biztosítsák helyüket a természetben. A növények versengenek a napfényért, vízért és tápanyagokért, és az állatokhoz hasonlóan a területért. A versengés, akárcsak a parazitizmus, a betegségek és a ragadozás, befolyásolja az ökoszisztémában élő szervezetek eloszlását és mennyiségét. Az ökoszisztémák kölcsönhatásai határozzák meg a környezetet.
Amikor az élőlények egymással versengenek, az erőforrások korlátozódásának és esetleges kipusztulásának lehetőségét teremtik meg. Az allelopatikus növények megakadályozzák a többi növényt a rendelkezésre álló erőforrások felhasználásában, és így befolyásolják más fajok evolúcióját és elterjedését. Úgy is mondhatnánk, hogy az allelopatikus növények irányítják azt a környezetet, amelyben élnek.
Beszélgetésre
Hogyan lehet megmondani, hogy egy növény allelopátiát mutat-e, szemben a nem kémiai versennyel?
Az allelopátiás vegyi anyagok hatással lehetnek az állatokra, beleértve az embert is?
Hogyan szereztek először tudomást az emberek az allelopátiáról?
Észrevett már allelopátiát vagy allelopátiához hasonló hatásokat a környezetében? Máshol?
Miért fontos az allelopátia tanulmányozása?
Milyen előnyös következményei vannak az allelopátiának? Hogyan lehet ezeket a bolygó jobbá tételére felhasználni?
Hogyan vizsgálnád az allelopátiát?
Meg tudsz nevezni vagy azonosítani néhány allelopátiás növényt?
Fókusz: Kutatásalapú tanulás
Az allelopátiáról szóló egység kutatásalapú. A laboratóriumok és a terepgyakorlatok gyakorlatiasak, és minden tevékenység folyamatos tanulói interakciót igényel. Emiatt az egység negatív hatások nélkül módosítható és kiigazítható.
2. fejezet: Kémiai hadviselés a növényvilágban
Fekete dió
Az egyik leghíresebb allelopatikus növény a fekete dió (Juglans nigra). A fekete dió mérgező hatásáért felelős vegyi anyag a Juglon (5-hidroxi-1,4-naftokinon), amely légzésgátló. Az olyan Solanaceás növények, mint a paradicsom, a paprika és a padlizsán, különösen érzékenyek a Juglonra. Ezek a növények az allelotoxinnak kitéve olyan tüneteket mutatnak, mint a hervadás, klorózis (lombsárgulás), és végül elhalnak. Más növények is különböző fokú érzékenységet mutathatnak, és vannak olyanok, amelyeknél egyáltalán nincs észrevehető hatás. Néhány növény, amelyről megfigyelték, hogy toleráns a Juglonnal szemben: limai bab, cékla, sárgarépa, kukorica, cseresznye, fekete málna, katalpa, Virginia kúszónövény, ibolya és sok más.
A Juglon a fekete dió minden részében jelen van, de különösen a rügyekben, a dióhéjban és a gyökerekben koncentrálódik. Vízben nem nagyon oldódik, és így nem mozog túl gyorsan a talajban. Mérgező hatása minden olyan talajban megfigyelhető, amelyben a fekete dió gyökerei nőnek (a gyökerek a lombkorona terjedelmének háromszorosára nőhetnek), de különösen a fához legközelebb, a csepegtetővonal alatt koncentrálódik. Ez főként a nagyobb gyökérsűrűségnek és a bomló levelek és héjak felhalmozódásának köszönhető.
A mennyország fája
A mennyország fája vagy Ailanthus (Ailanthus altissima) az utóbbi időben került fel az allelopatikus fák listájára. Az Ailanthon, egy allelotoxin, amelyet az Ailanthus gyökérkéregéből vonnak ki, “erős kelés utáni gyomirtó hatásáról” ismert. Az Ailanthus komoly gyomproblémát jelent a városi területeken.
Sorghum
A cirok fő allelopatikus hatású összetevője a sorgolén (2-hidroxi-5-metoxi-3-{(8’z,11’z)-8′,11′,14′-pentadecatrién}-p-benzokinon). A szorgolén a legtöbb cirokfaj gyökérkiválásában található, és bizonyítottan nagyon erős allelotoxin, amely megzavarja a mitokondriumok működését és gátolja a fotoszintézist. Kiterjedten kutatják gyomelnyomóként.
Más
Még sok más ismert allelopatikus faj van, és sok olyan, amelyről erősen gyanítható, hogy allelopatikus, beleértve különböző vizes élőhelyi fajokat, fűféléket és más fás szárú növényeket, mint például az illatos szumák (Rhus aromaticus). A dohány (Nicotianarustica), a rizs (Oryza sativa), a borsó (Pisum sativum) és sok más növény gyökérallelotoxinjai ismertek.
A megbeszéléshez:
A tanulók kutassák fel és vitassák meg az egyéb allelopatikus növényeket.
3. fejezet: Eljárások és protokoll
Protokoll 1. Protokoll. Az allelopátia jeleinek azonosításának megtanulása
Az allelopátia tanulmányozásának legjobb módja, ha megtaláljuk a természetben előforduló jeleit. Lehetetlen “látni” a méreganyagokat működés közben, de lehetséges észrevenni a vegyszerek által okozott jeleket és tüneteket a környező növényeken. Például nagyon kevés növény nő a fekete dió alatt, és azok, amelyek nőnek, gyakran betegesnek és klorotikusnak tűnnek. Ez azallelotoxin, a Juglon munkájának jele.
Azallelopátia jeleinek felismerése mellett a növényeket is azonosítani kell. Néhány allelopatikus növény, mint például a fekete mogyoró, a kertjeinkben és az utcáinkon nő, és könnyen azonosítható. Másokat, mint a cirok vagy a csicseriborsó, talán könnyebb megtalálni vidéki területeken, ahol termesztik őket, vagy szántóföldek mellett. Néhány allelopatikus növény, különösen a vizes élőhelyeken élő fajok közül sok, külön terepbejárást és több időt igényelhet, hogy először megtaláljuk, majd azonosítsuk őket.
Protokoll 2. Növények és növényi részek betakarítása
Az ismert allelotoxinok közül sok nagyon drága és nem könnyű hozzájutni. Egyes cégek, mint például a Sigma Chemical és a Caroline Biological szállíthatják a vegyi anyagokat, de szilárd formában, ami extra időt és erőfeszítést igényel, hogy a laboratóriumban felhasználható oldható formába hozzák. Azonban nem minden osztálynak lesz pénze vagy hozzáférése ezekhez a vegyszerekhez. Így előfordulhat, hogy a kísérleteket csak úgy lehet elvégezni, ha az osztályok saját maguk gyűjtik be az allelopatikus méreganyagokat.
Egy kis kutatásra lesz szükség annak vizsgálatához, hogy mely növényi részek tartalmazzák a legnagyobb koncentrációban az allelopatikus fajokat. Például a fekete dióban található juglon az egész növényben megtalálható, de különösen a dióhéjban, a levelekben és a gyökerekben. Ezért egy osztályprojekt lehet, hogy csoportokra bontva minden egyes részt betakarítanak, és ennek megfelelően tesztelik őket.
A növények vagy növényi részek betakarításakor fontos, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a növény nincs veszélyeztetve, és hogy az eljárást úgy végezzük, hogy az ne okozzon kárt a növénynek vagy a környezetének. Természetesen az egész növény betakarítása esetén alkalmazkodni kell.
Ez a terepgyakorlat elvégezhető akkor, amikor az osztály az allelopatikus növények azonosításával foglalkozik az 1. jegyzőkönyvben leírtak szerint, vagy külön gyakorlatként is elvégezhető.
3. jegyzőkönyv. Az allelopátia laboratóriumi vizsgálata
Az allelopátiás toxinok érzékeny növényekre gyakorolt hatása könnyen vizsgálható laboratóriumi vagy üvegházi körülmények között. A legegyszerűbb és legolcsóbb a magok vizsgálata. Az allelotoxinok jelenlétében nem csírázó magok valószínűleg toxikus hatást mutatnak. Az allelotoxinok jelenlétében klorotikussá váló és végül elhaló növények szintén a vegyszerrel szembeni toxicitás jeleit mutatják.
A juglonra (a fekete diófában található allelotoxinra) a legérzékenyebbek az olyan sóskafélék, mint a paradicsom és a paprika. A laboratóriumi környezet tökéletes hely bizonyos növények különböző allelopatikus toxinokkal szembeni érzékenységének vizsgálatára.
Az egyéb tudományos vagy kutatáson alapuló fogalmak, mint például a grafikonok, hígítások és az általános laboratóriumi protokoll szintén felfedezésre kerülnek, amikor bizonyos allelopatikus tevékenységeket végeznek a laboratóriumban vagy a tanteremben.
Eljárások
1. Ismerkedjen meg a területén található allelopátiás fajokkal. Különösen összpontosítson a kifejlett, megtelepedett fajokra. Ezek általában magasabb koncentrációban tartalmazzák az allelotoxint, és így jobb jeleket és tüneteket fognak mutatni a környező, érzékeny növényeken.
2. Ha lehetséges, lépjen kapcsolatba egy helyi természetvédelmi szervezettel vagy tanácsadó irodával, akiknek lehet némi rálátása az allelopátiára. Az Ön kutatásai érdekelhetik őket, és szakmai tanácsokkal vagy fontos információkkal szolgálhatnak.
3. Döntse el, mely fajokra és területekre összpontosítson a felmérés.
4. Döntsön a felmérés módszeréről. Például lehet, hogy az egyik nap az azonosítási terepbejárást, majd egy másik napon a gyűjtési terepbejárást szeretné elvégezni, vagy lehet, hogy mindkettőt ugyanazon a napon szeretné elvégezni.
5. Tanulja meg, hogyan kell azonosítani azokat a fajokat, amelyeket tanulmányozni fog. Számos jó terepi kézikönyv áll rendelkezésre, valamint számos kiváló weboldal.
6. Döntsétek el, hogyan osszátok fel a területet, ahol dolgozni fogtok.
7. Jegyezzétek fel, milyen allelopátiás jeleket és tüneteket találtatok, és milyen fajoknál találtátok őket.
8. Beszéljétek meg, hogyan lehet az allelopátiát laboratóriumban tanulmányozni.
9. Az allelopátiát laboratóriumban tanulmányozni. Gyűjtsék össze a szükséges anyagokat. Lásd az anyagok listáját a végén.
Labor & Tantermi gyakorlatok
A} Allelopatikus növényi részek azonosítása:
Kutatás fókusza
A tanulókkal vitassuk meg, hogy szerintük miért lehetnek bizonyos növényi részek allelopatikusabbak, mint mások. Végeztessenek ezzel kapcsolatban némi kutatást. Pásztázhatnak a világhálón, részt vehetnekszemélyes kommunikációban a terület szakembereivel, vagy ellátogathatnak egy könyvtárba.
Megbeszélésre:
*Miért lehetnek egyes növényi részek allelopatikusabbak, mint mások?
*Hogyan befolyásolja ez a szervezet azon képességét, hogy más növényekkel versenyezzen?
*Változik ez évszakról évszakra? Nappalról éjszakára?
*Hogyan tudjuk tesztelni ezeket a részeket és tulajdonságaikat?
Földi szüretelés
Végezzünk terepszemlét a fekete diófa részeinek szüretelésére. Ezeket a részeket visszahozzuk az osztályterembe további vizsgálat és megfigyelés céljából.
A tanulóknak a következőket kell összegyűjteniük:
1. Levelek
*5-10 levél csoportonként
*Tegyétek őket papírzacskókba, amelyeken rajta van a csoport neve vagy száma és a fa lombkoronájának az a pontja, ahonnan a leveleket gyűjtötték.
2. Dióhéjak
*2-3 dióhéj csoportonként
*Figyelem:A fekete dió diója foltot hagy a bőrön és a ruhán.
3. Dióhéjak
. Gyökerek
*Egy csomó gyökér az egész osztály számára elegendő
*Tiszta lyuk, vágjunk le egy kis mennyiségű gyökeret a cseppvonalnál
*Tegyük vissza a talajt
*A gyökerek eltávolítása invazív, és CSAK akkor szabad elvégezni, ha a tanár és a tanulók biztosak a technikában és a módszerekben.
4. Talaj
*A tanulók a fa törzsétől kezdve a csepegtetővonalon túlra haladva különböző területekről távolítsák el a talajt.
*Egy vödörnyi föld csoportonként elegendő
5. Egyéb
Laboratóriumi eljárások
Levelek:
1. Készítsük elő az üvegeket paradicsom- vagy borsmagokkal
*Az üveg aljába helyezzük a szövetet
*Készítsünk nedvességtartalmú törülközőkre magokat (általában tíz magot kezelésenként)
2. Morzsoljuk össze a leveleket és helyezzük a selyemkendőbe
3. Morzsoljuk össze a leveleket és helyezzük a selyemkendőbe
. Gumiszalaggal vagy gumival kössük le a sajtvásznat, és helyezzük az üveg szájába úgy, hogy a levélköteg a magok fölött lógjon, de ne érjen a magokhoz.
4. Tegyük az üvegeket az ablakpárkányra vagy az alulvilágításba.
5. Helyezzük az üvegeket az ablakpárkányra vagy az alulvilágításba. Megfigyelés
Dióhéjak:
1. Turmixgép, konyhai robotgép vagy kalapács segítségével pépesítse a diót
2. Döntse el, hogy vizet adjon hozzá vagy hagyja úgy, ahogy van (a két módszer összehasonlítása lehet a legjobb)
3. Tegye a dióbelet egy papírtörlővel kibélelt petricsészébe.
4. Tegyen tíz magot minden előkészített petricsészébe
5. Helyezzen tíz magot
. Figyeljük meg.
Csír:
Lásd a dióhéjakkal kapcsolatos eljárást fentebb
Talaj:
1. Tegyen néhány potenciálisan allelotoxikus talajt tartályokba.
2. Tegyen egy ismert nem szennyezett talajt más tartályokba (kontroll)
3. Ültessen magokat mindegyikbe
4. Figyelje meg
Megjegyzés: Adott esetben paradicsompalántákat is lehet használni a magok helyett.
B} Allelopátia: ParadicsommagDózis/válasz biokísérlet
Kutatás fókusza:
A tanulókkal vitassuk meg azt az elképzelést, hogy csak bizonyos mennyiségű allelotoxinok hatásosak más szervezetekkel szemben. Végezzenek ezzel kapcsolatos kutatásokat. A fent említett tevékenységhez hasonlóan böngészhetnek a világhálón, felkereshetnek egy könyvtárat, vagy részt vehetnek személyes kommunikációban a terület szakemberével.
A megbeszéléshez:
*Miért lehetnek bizonyos mennyiségű allelotoxinok hatékonyabbak, mint mások?
*Hogyan befolyásolná ez a fogékony szervezet védekezőképességét?
*Milyen egyéb tényezők játszhatnak szerepet?
*Hogyan lehet ezt vizsgálni?
Hígítások elvégzése egy vegyszer mérgező határainak vizsgálatához
Végezzen laboratóriumi kísérletet, amelyben bizonyos allelotoxinokat különböző hígításokban vagy koncentrációkban vizsgálnak. Ezek a hígítások, miután megfigyelték és elemezték őket, betekintést nyújtanak abba, hogy az adott vegyszer milyen mennyiségben a leghatékonyabb más organizmusok ellen. Ez a konkrét kísérlet paradicsommagokat használ biotesztként, mivel a paradicsom a Juglonra ismerten érzékeny faj. Az osztály azonban dönthet úgy is, hogy más magokat vagy növényeket használ (növények esetében a hígításokat a tartályokba vagy hidrokultúra esetében az oldatba kell önteni).
Allelopátia: Paradicsommag Dózis/válasz bioteszt adatlap
Név
Dátum
Vizsgált vegyszer
100%-os koncentráció
Kísérlet hossza
1. táblázat: Magcsírázási adatok
2. táblázat:
Mit keresnek a diákok?
1. Hogy a magok csíráznak-e vagy sem.
2. Hogy a növények károsodnak-e vagy sem.
3. A reakciók változására a kezelések szerint.
4. Egyéb: Hagyja, hogy ők döntsék el, hogy mit és miért keresnek.
Általános megjegyzések a fenti eljárásokhoz:
A zsuglós növények, mint a paradicsom, paprika, padlizsán stb. a legérzékenyebbek a juglonra, és ezért a legjobban használhatók.