Allelopatia

Allelopatia

Capitolo 1: Introduzione

Storia

Teofrasto (ca. 300 a.C.), allievo e successore di Aristotele, ha scritto di reazioni allelopatiche nelle sue opere botaniche. È stato chiamato il “padre della Botanica”, e scrisse di come il cece “esaurisce” il terreno e distrugge le erbacce.

Nel 1 C.E., Gaio Plinio Secondo, noto anche come Plinio il Vecchio, uno studioso e naturalista romano, scrisse di come il cece e l’orzo “bruciano” i terreni di mais. Ha anche menzionato che gli alberi di noce sono tossici per altre piante.

Augustin Pyramus De Candolle, abotanico e naturalista, nel 1832, suggerì che la malattia del suolo era causata da sostanze chimiche rilasciate dal raccolto.

E, nel 1907-1909, due ricercatori, Schreiner e Reed, studiarono l’isolamento di una serie di sostanze fitotossiche dalle piante e dai suoli.

Che cos’è l’allelopatia?

La parola allelopatia deriva da due parole separate. Sono allelon, che significa “l’uno dell’altro”, e pathos, che significa “soffrire”. L’allelopatia si riferisce all’inibizione chimica di una specie da parte di un’altra. La sostanza chimica “inibitoria” viene rilasciata nell’ambiente dove influenza lo sviluppo e la crescita delle piante vicine.

Le sostanze chimiche allelopatiche possono essere presenti in qualsiasi parte della pianta. Si possono trovare in foglie, fiori, radici, frutti o steli. Si possono anche trovare nel terreno circostante. Le specie bersaglio sono colpite da queste tossine in molti modi diversi. Le sostanze chimiche tossiche possono inibire la crescita di germogli/radici, possono inibire l’assorbimento di sostanze nutritive, o possono attaccare una relazione simbiotica naturale, distruggendo così la fonte utilizzabile della pianta di una sostanza nutritiva.

Sono tutte le piante allelopatiche? Alcune, sebbene esibiscano queste tendenze, possono in realtà mostrare una competizione aggressiva di una forma non chimica. Gran parte del controversysurrounding allelopatia è nel cercare di distinguere il tipo di competitionbeing visualizzato. In generale, se è di natura chimica, allora la pianta è considerata allelopatica. Ci sono stati alcuni collegamenti recenti con le allelotossine delle piante dirette agli animali, ma i dati sono scarsi.

Impatto ambientale

L’allelopatia è una forma di competizione chimica. La pianta allelopatica fa concorrenza attraverso sostanze chimiche di “interferenza”. La competizione, per definizione, prende una delle due forme: sfruttamento o interferenza.

La competizione è usata sia dalle piante che dagli animali per assicurarsi un posto in natura. Le piante competono per la luce del sole, l’acqua e le sostanze nutritive e, come gli animali, per il territorio. La competizione, come il parassitismo, la malattia e la predazione, influenza la distribuzione e la quantità di organismi in un ecosistema. Le interazioni degli ecosistemi definiscono un ambiente.

Quando gli organismi competono tra loro, creano il potenziale per limitazioni di risorse e possibili estinzioni. Le piante allelopatiche impediscono ad altre piante di utilizzare le risorse disponibili e quindi influenzano l’evoluzione e la distribuzione di altre specie. Si potrebbe dire che le piante allelopatiche controllano gli ambienti in cui vivono.

Per discussione

Come si può dire se una pianta mostra l’allelopatia rispetto alla competizione non chimica?

Le sostanze chimiche allelopatiche possono influenzare gli animali, compresi gli esseri umani?

Come la gente è diventata consapevole dell’allelopatia?

Hai notato l’allelopatia o influenze simili alle allelopatie nel tuo quartiere? Altrove?

Perché è importante studiare l’allelopatia?

Quali sono alcune implicazioni benefiche dell’allelopatia? Come possono essere usate per il miglioramento del pianeta?

Come faresti a testare l’allelopatia?

Puoi nominare o identificare alcune piante allelopatiche?

Focus: Inquiry based learning

Questa unità sull’allelopatia è inquirybased. I laboratori e i viaggi sul campo sono pratici e tutte le attività richiedono una costante interazione con gli studenti. A causa di questo, l’unità può essere modificata e adattata senza effetti negativi.

Capitolo 2: Guerra chimica nel regno delle piante

Noce nero

Una delle piante allelopatiche più famose è il Noce nero (Juglans nigra). La sostanza chimica responsabile della tossicità del Noce nero è lo Juglone (5idrossi-1,4 naftochinone) ed è un inibitore della respirazione. Le piante solanacee, come il pomodoro, il peperone e la melanzana, sono particolarmente suscettibili allo Juglone. Queste piante, quando esposte all’allelotossina, esibiscono symptomssuch come appassimento, clorosi (ingiallimento fogliare) e infine morte. Altre piante possono anche mostrare vari gradi di suscettibilità e alcune non hanno effetti evidenti a tutti. Alcune piante che sono state osservate a betolerant di Juglone includono lima bean, barbabietole, carota, mais, ciliegia, blackraspberry, catalpa, Virginia creeper, viole e molti altri.

Juglone è presente in tutte le parti di theBlack Walnut, ma particolarmente concentrato nelle gemme, mallo di noce, e radici. Non è molto solubile in acqua e quindi non si muove molto rapidamente nel suolo. La tossicità è stata osservata in tutti i terreni con radici di noce nero che vi crescono (le radici possono crescere 3 volte l’estensione della chioma), ma è particolarmente concentrata vicino all’albero, sotto la linea di gocciolamento. Questo è dovuto principalmente alla maggiore densità delle radici e all’accumulo di foglie e gusci in decomposizione.

L’albero del cielo

L’albero del cielo, o Ailanthus (Ailanthus altissima) è un’aggiunta recente alla lista degli alberi allelopatici. L’ailantone, un’allelotossina estratta dalla corteccia della radice di Ailanthus, è noto per la sua “potente attività erbicida post-emergenza”. L’Ailanthus pone un serio problema di erbacce nelle aree urbane.

Sorghum

Il principale costituente del sorgo che causa attività allelopatica è il sorgolene (2-idrossi-5-metossi-3-{(8’z,11’z)-8′,11′,14′-pentadecatriene}-p-benzoiquinone). Il sorgolene si trova negli essudati radicali della maggior parte delle specie di sorgo e ha dimostrato di essere un’allelotossina molto potente che interrompe le funzioni mitocondriali e inibisce la fotosintesi. È stato studiato ampiamente come soppressore di erbacce.

Altri

Ci sono molte altre specie allelopatiche conosciute, e molte che sono altamente sospettate di essere allelopatiche, incluse varie specie di zone umide, erbe e altre piante legnose come il Sumac profumato (Rhus aromaticus). Il tabacco (Nicotianarustica), il riso (Oryza sativa), il pisello (Pisum sativum), e molti altri, sono noti per avere allelotossine radicali.

Per la discussione:

Fai fare agli studenti ricerche e discutere di altre piante allelopatiche.

Capitolo 3: Procedure e protocollo

Protocollo 1. Imparare a identificare i segni dell’allelopatia

Il modo migliore per studiare l’allelopatia è trovare i segni che si verificano in natura. È impossibile “vedere” le tossine al lavoro, ma è possibile vedere i segni e i sintomi causati dalle sostanze chimiche sulle piante circostanti. Per esempio, pochissime piante crescono sotto un Black Walnut e quelle che lo fanno spesso sembrano malaticce e clorotiche. Questo è un segno dell’allelotossina, Juglone, al lavoro.

Insieme al riconoscimento dei segni dell’allelopatia, si deve anche essere in grado di identificare le piante. Alcune piante allelopatiche, come il BlackWalnut, crescono nei nostri cortili e nelle nostre strade e sono facili da identificare. Altre, come il sorgo o il cece, possono essere più facili da trovare nelle zone rurali dove sono coltivate come colture o accanto ai terreni agricoli. Alcune piante allelopatiche, specialmente molte delle specie delle zone umide, possono richiedere speciali escursioni sul campo e tempo extra per trovarle prima e identificarle poi.

Protocollo 2. Raccolta di piante e parti di piante

Molte delle allelotossine conosciute sono molto costose e non facili da trovare. Somecompany come Sigma Chemical e Caroline Biological possono portare le sostanze chimiche, ma in forma solida che richiederà tempo e sforzo extra per portare ad una forma solubile che può essere utilizzata in laboratorio. Tuttavia, non tutte le classi avranno i fondi o l’accesso alle sostanze chimiche. Così, può essere che l’unico modo per eseguire gli esperimenti sia quello di far raccogliere alla classe le proprie allelotossine.

Alcune ricerche saranno necessarie per indagare quali parti della pianta hanno le più alte concentrazioni di specie allelopatiche. Per esempio, lo Juglone trovato nel Noce Nero può essere trovato in tutta la pianta ma in particolare nel mallo di noce, nelle foglie e nelle radici. Pertanto, un progetto di classe può essere quello di dividersi in gruppi e raccogliere ogni parte e testarli di conseguenza.

È importante quando si raccolgono piante o parti di piante essere sicuri che la pianta non sia in pericolo ed essere sicuri che la procedura sia eseguita in modo tale da non danneggiare la pianta o l’area circostante. Naturalmente, nel caso in cui si raccolga l’intera pianta, devono essere prese delle precauzioni.

Questo esercizio sul campo può essere fatto quando la classe sta identificando le piante allelopatiche come descritto nel protocollo 1, o può essere fatto come esercizio separato.

Protocollo 3. Test di allelopatia in laboratorio

Gli effetti delle tossine allelopatiche sulle piante sensibili possono essere facilmente testati in laboratorio o in serra. I semi sono i più facili e meno costosi da testare. I semi che non germinano in presenza di allelotossine stanno probabilmente mostrando effetti di tossicità. Le piante che diventano clorotiche ed eventualmentedie in presenza di allelotossine stanno anche mostrando segni di tossicità alla sostanza chimica.

Le colture solanacee, come pomodori e peperoni, sono più suscettibili allo juglone (l’allelotossina trovata negli alberi di noce nera). L’impostazione di laboratorio è il luogo perfetto per testare la suscettibilità di alcune piante alle varie allelotossine.

Altri concetti scientifici o basati sulla ricerca, come grafici, diluizioni e protocollo generale di laboratorio saranno anche scoperti quando alcune attività di allelopatia sono condotte in laboratorio o in aula.

Procedure

1. Familiarizzate con le specie allelopatiche della vostra zona. Inparticolare, concentrati sulle specie mature che sono stabilite. Queste tendono ad avere maggiori concentrazioni di allelotossina e quindi mostreranno segni e sintomi migliori sulle piante circostanti suscettibili.

2. Se possibile, contattate un’organizzazione locale di conservazione o un’agenzia di divulgazione, che potrebbe avere qualche idea sull’allelopatia. La tua ricerca può essere di loro interesse e possono offrire consigli professionali o informazioni importanti.

3. Decidi quali specie e quali aree dovrebbero essere al centro della tua indagine.

4. Decidi un metodo di indagine. Per esempio, potresti voler condurre la gita di identificazione un giorno e poi seguire con la gita di raccolta un altro, o potresti voler condurre entrambi nello stesso giorno.

5. Impara come identificare le specie che studierai. Ci sono molte buone guide da campo disponibili, così come molti siti web eccellenti.

6. Decidi come dividere l’area in cui lavorerai.

7. Registra quali segni e sintomi allelopatici sono stati trovati, e le specie da cui sono stati trovati.

8. Discuti i modi per studiare l’allelopatia in laboratorio.

9. Raccogliere i materiali necessari. Vedere la lista dei materiali alla fine.

Lab & Esercizi in classe

A} Identificazione di parti di piante allelopatiche: Noce nero

Focus della ricerca

Fai discutere gli studenti sul perché credono che certe parti della pianta possano essere più allelopatiche di altre. Fategli condurre alcune ricerche su questo argomento. Possono cercare sul web, essere coinvolti in comunicazioni personali con professionisti del settore, o visitare una biblioteca.

Da discutere:

*Perché alcune parti sono più allelopatiche di altre?

*Come influisce sulla capacità dell’organismo di superare le altre piante?

*Cambia da stagione a stagione? Da giorno a notte?

*Come possiamo testare queste parti e le loro proprietà?

Raccolta sul campo

Condurre un viaggio sul campo per raccogliere parti dell’albero di noce nero. Queste parti saranno riportate in classe per ulteriori indagini e osservazioni.

Gli studenti dovrebbero raccogliere quanto segue:

1. Foglie

*5-10 foglie per gruppo

*Porre i sacchetti di carta con il nome o il numero del gruppo e da dove sono state raccolte le foglie sulla chioma dell’albero.

2. Mallo di noce

*2-3 mallo di noce per gruppo

*Nota: le noci di noce nera macchiano la pelle e i vestiti.

3. Radici

*Un mazzo di radici per l’intera classe è sufficiente

*Diga un buco pulito, taglia una piccola quantità di radici dalla linea di gocciolamento

*Rimetti il terreno

*La rimozione delle radici è invasiva e dovrebbe essere fatta solo se l’insegnante e gli studenti sono sicuri delle loro tecniche e metodi.

4. Terreno

*Gli studenti rimuovono il terreno da una serie di aree iniziando dal tronco dell’albero e spostandosi oltre la linea di gocciolamento.

*Un secchio pieno per gruppo sarà sufficiente

5. Altro

Procedimenti di laboratorio

Foglie:

1. Preparare vasi con semi di pomodoro o di peperone

*Placetissue nel fondo del vaso

*Memorizzare

*Posizionare i semi su asciugamani umidi (di solito dieci semi per trattamento)

2. Sbriciolare le foglie e metterle in cheesecloth

3. Elastico o legare la stamigna chiusa e metterla nella bocca del barattolo in modo che il fascio di foglie penzoli sopra i semi, ma non li tocchi.

4. Mettere i barattoli sul davanzale o sotto la luce del sole.

5. Osservare

I mallo di noce:

1. Usando un frullatore, un robot da cucina o un martello, polverizzare il dado

2. Decidere se aggiungere acqua o lasciare così com’è (un confronto di entrambi i modi può essere il migliore)

3. Mettere il succo del dado in una piastra di Petri che è stata foderata con carta assorbente.

4. Mettere dieci semi in ogni piastra di Petri preparata

5. Osservare.

Roots:

Vedi sopra la procedura per i gusci di noce

Soil:

1. Mettere un po’ di terreno potenzialmente allelotossico in contenitori.

2. Mettere un terreno noto non contaminato in altri contenitori (controllo)

3. Piantare semi in ognuno

4. Osservare

Nota: Le piante di pomodoro possono essere usate al posto dei semi, dove appropriato.

B} Allelopatia: Biotest sulla dose/risposta dei semi di pomodoro

Ricerca:

Fai discutere agli studenti l’idea che solo determinate quantità di allelotossine siano efficaci contro altri organismi. Fategli condurre alcune ricerche su questo. Come per la suddetta attività, possono scansionare il web, visitare una biblioteca, o essere coinvolti in comunicazioni personali con un professionista del settore.

Per la discussione:

*Perché certe quantità di allelotossine sarebbero più efficaci di altre?

*Come questo influenzerebbe le difese degli organismi suscettibili?

*Quali altri fattori possono essere coinvolti?

*Come possiamo testare questo?

Fare diluizioni per testare le soglie di tossicità di una sostanza chimica

Condurre un esperimento di laboratorio in cui alcune allelotossine sono testate a varie diluizioni o concentrazioni. Queste diluizioni, una volta osservate e analizzate, dovrebbero dare qualche idea su quali quantità di quella sostanza chimica sono più efficaci contro altri organismi. Questo particolare esperimento usa i semi di pomodoro come test biologico perché i pomodori sono una specie conosciuta come sensibile allo Juglone. Tuttavia, la classe può decidere di utilizzare altri semi o piante (nel caso delle piante, le diluizioni verrebbero versate nei contenitori o nella soluzione nel caso della coltura idroponica).

Allelopatia: Semi di pomodoro Dose/Risposta Bioassay Scheda tecnica

Nome

Data

Prodotto chimico testato

100% Concentrazione

Lunghezza dell’esperimento

Tabella 1: Dati di germinazione dei semi

Tabella 2: Dati sulla lunghezza delle radichette

Cosa stanno cercando gli studenti?

1. Se i semi germinano o no.

2. Se le piante vengono colpite o no.

3. Per cambiamenti nelle reazioni secondo i trattamenti.

4. Altro: Lasciateli decidere cosa cercare e perché.

Note generali sulle procedure di cui sopra:

Le colture solanacee, come pomodori, peperoni, melanzane, ecc, sono più suscettibili di juglone e sono quindi meglio da usare.