アレロパシー
第1章 はじめに
歴史
アリストテレスの弟子で後継者のテオフラストス（紀元前300年頃）は、植物学の著作でアレロパシー反応について述べています。
紀元前1年、ローマの学者で博物学者のガイウス・プリニウス・セクンドゥス（Pliny the Elder）は、ヒヨコマメや大麦がトウモロコシを「焦がす」ことについて書いています。 また、クルミの木が他の植物に毒性を持つことにも触れている。
1832年、植物学者で博物学者のオーギュスタン・ピラモス・デ・カンドルは、土壌病害は作物から放出される化学物質が原因だと示唆した。
また、1907～1909年には、シュライナーとリードの2人の研究者が、植物や土壌から多くの植物毒性化学物質を分離することを研究しました。 アレロンとは「互いの」という意味で、パトスとは「苦しめる」という意味です。 アレロパシーとは、ある種が別の種によって化学的に阻害されることを指します。 阻害」する化学物質は環境中に放出され、近隣の植物の発育や成長に影響を与える。
アレロパシー化学物質は、植物のどの部分にも存在する可能性があります。 葉、花、根、果実、または茎に存在することがあります。 また、周囲の土壌に存在することもあります。 対象種は、これらの毒素の影響をさまざまな形で受けます。 毒性化学物質は、新芽や根の成長を阻害したり、栄養素の取り込みを阻害したり、あるいは自然に発生する共生関係を攻撃して、植物が利用できる栄養素の供給源を破壊するかもしれません。 これらの傾向を示していても、実際には非化学物質による攻撃的な競争を示している場合もあります。 アレロパシーをめぐる論争の多くは、どのような種類の競争を示しているのかを見分けることにあります。 一般に、化学的な性質のものであれば、その植物はアレロパシーとみなされる。 最近、動物に向けられた植物アレロトキシンとの関連も指摘されているが、データは少ない。 アレロパシー植物は、「干渉」化学物質によって競争しているのである。 競争は、定義上、2つの形態–搾取または干渉–のいずれかを取る。
競争は、植物と動物の両方が自然界での地位を確保するために利用する。 植物は日光、水、栄養分を求め、動物と同様に縄張りをめぐって競争する。 競争は、寄生、病気、捕食と同様に、生態系における生物の分布と量に影響を与える。 生態系の相互作用は、環境を定義する。
生物が互いに競争すると、資源の制限や絶滅の可能性が生じる。 アレロパシー植物は他の植物が利用可能な資源を使用するのを妨げ、その結果、他の種の進化や分布に影響を与える。 アレロパシー植物が生息する環境を制御していると言えるかもしれない。
討論のために
ある植物が非化学的競争ではなく、アレロパシーを示しているかどうかをどのように見分けることができますか？
アレロパシー化学物質は人間を含む動物に影響を与えますか？
人々はどのようにして初めてアレロパシーのことを認識しましたか？
自分の家の近くでアレロパシーやそれに似た影響に気づいたことがありましたか？
なぜアレロパシーを研究することが重要なのか
アレロパシーの有益な影響にはどのようなものがあるか？
アレロパシーを調べるにはどうしたらよいですか？
アレロパシーを持つ植物の名前や同定ができますか？ 実験室やフィールドトリップは実践的で、すべての活動において常に生徒の相互作用が必要とされます。
第2章：植物界における化学戦争
ブラック・ウォールナット
最も有名なアレロパシー植物の1つがブラック・ウォールナット（Juglans nigra）である。 ブラックウォールナットの毒性はジュグロン（5hydroxy-1,4 napthoquinone）であり、呼吸阻害物質である。 トマト、ピーマン、ナスなどのナス科の植物は特にJugloneに弱いです。 これらの植物がアレロトキシンに暴露されると、しおれ、クロロシス（葉の黄化）などの症状を示し、最終的には枯死する。 また、他の植物でも感受性の程度は様々であり、全く影響がないものもある。
ジュグロンはブラックウォールナットのすべての部分に存在しますが、特に芽、実の外皮、根に集中して存在します。 水にはあまり溶けないので、土壌中ではあまり速く移動しません。 毒性は、ブラックウォールナットの根が生育しているすべての土壌で観察されていますが（根は樹冠の3倍の広がりを持ちます）、特に樹に近い、ドリップラインの下に集中しています。
Tree-Of-Heaven
Ailanthus (Ailanthus altissima) は、アレロパシー樹木のリストに最近追加された樹木です。 アイランツスの根の樹皮から抽出されたアレルロトキシンであるアイラントンは、「発生後の強力な除草活性」を持つことで知られています。
ソルガム
アレロパシー活性を引き起こすソルガムの主要成分は、ソルゴレン（2-hydroxy-5-methoxy-3-{(8’z,11’z)-8′, 11′,14′-pentadecatriene}-p-benzoiquinone) である。 ソルゴレンは、ほとんどのソルガム種の根滲出液に含まれ、ミトコンドリア機能を破壊し、光合成を阻害する非常に強力なアレロトキシンであることが示されている。
その他
アレロパシー種は他にも数多く知られており、様々な湿地帯の種や草、Fragrant Sumac(Rhus aromaticus)などの木本植物などアレロパシーが強く疑われているものも多くある。 タバコ（Nicotianarustica）、イネ（Oryza sativa）、エンドウ（Pisum sativum）、および他の多くは、根アレロトキシンを持つことが知られている。
議論のために：
学生に、他のアレロパシーの植物について調べさせ、議論させてください。 アレロパシーの徴候を識別することを学ぶ
アレロパシーを研究する最善の方法は、自然界でそれが発生している徴候を発見することである。 毒素の働きを「見る」ことは不可能だが、周囲の植物に化学物質が引き起こす徴候や症状を見ることは可能である。 例えば、ブラックウォールナットの下で育つ植物はほとんどなく、育つ植物も病気や塩化物のように見えることがよくあります。
パラロパシーの兆候を見分けると同時に、植物を識別する能力も必要です。 クロクルミのようないくつかのアレロパシー植物は、裏庭や街路に生えていて、簡単に見分けることができる。 ソルガムやヒヨコマメのように、農作物として栽培されていたり、農地に隣接していたりする地方では、より見つけやすいかもしれません。 いくつかのアレロパシー植物、特に湿地の種の多くは、特別なフィールドトリップや、最初にそれらを見つけてから識別するために余分な時間を必要とするかもしれません。 植物と植物部品の収穫
既知のアレロトキシンの多くは非常に安価で、入手が容易ではありません。 シグマ・ケミカル社やキャロライン・バイオロジカル社のような会社が取り扱っている場合もありますが、固形で、実験室で使えるような可溶性にするのに余計な時間と労力がかかります。 しかし、すべてのクラスがこのような薬品にアクセスできるわけでも、資金があるわけでもないでしょう。 したがって、実験を行う唯一の方法は、クラスで自分たちのアレロトキシンを収穫することかもしれません。
どの植物の部分にアレロパシー種が最も多く含まれているかを調査するために、いくつかの研究が必要でしょう。 例えば、ブラックウォールナットに含まれるジュグローンは、植物全体に含まれますが、特にナッツの殻、葉、根に多く含まれます。
植物や植物の一部を収穫する際には、その植物が絶滅の危機に瀕していないことを確認し、植物やその周辺に害をもたらさないような方法で手順を踏むことが重要である。 もちろん、植物全体を収穫する場合は、配慮が必要である。
このフィールド実習は、プロトコール1で説明したアレロパシー植物を特定しているときに行うこともできるし、別の実習として行うこともできる。 実験室でのアレロパシーのテスト
アレロパシー毒素の感受性植物への影響は、実験室や温室で簡単にテストすることができる。 種子が最も簡単で費用もかからない。 アレロトキシンの存在下で発芽しない種子は、おそらく毒性効果を示している。
トマトやピーマンなどの葉菜類は、ジュグロン（ブラックウォールナットの木に含まれるアレルロトキシン）に最も感受性が高い。
特定のアレロパシー活動を研究室や教室で実施する場合、グラフ、希釈、一般的な実験プロトコルなど、他の科学的または研究ベースの概念も発見されるでしょう。 あなたの地域のアレロパシー種に慣れ親しんでください。 特に、確立された成熟した種に注目する。 このような種はアレロトキシンの濃度が高いため、周囲の感受性が高い植物に対してよりよい徴候や症状を示す傾向がある。 可能であれば、アレロパシーについて何らかの知見を持つ地元の保護団体や普及機関に問い合わせる。 あなたの研究は彼らにとって興味深いものであり、専門的なアドバイスや重要な情報を提供してくれるかもしれません。 例えば、ある日に識別フィールドトリップを行い、別の日に収穫フィールドトリップをフォローアップしたいかもしれませんし、同じ日に両方を実施したいかもしれません。 研究する種を識別する方法を学びます。 良いフィールドガイドがたくさんありますし、優れたウェブサイトもたくさんあります。
6. 作業する場所をどのように分けるかを決めます。
7. どのようなアレロパシーの兆候や症状が見つかったか、そしてそれらがどの種によって見つかったかを記録します。 必要な材料を集める。
実験室&教室での実習
A}. アレロパシー植物の部位を特定する。 ブラックウォールナット
Research Focus
生徒に、なぜ特定の植物の部分が他よりアレロパシーが強いと思うかを議論させる。 このことについて調査させる。 ウェブで調べたり、その分野の専門家と個人的にコミュニケーションをとったり、図書館に行ったりすることができます。
For Discussion:
*なぜある部分は他の部分よりアレロパシーが強いのか？
*これは他の植物と競争する生物の能力にどのように影響するか？
*これらの部品とその特性をどのようにテストできますか？
フィールドハーベスティング
ブラックウォールナットの木の部品を収穫するためにフィールドトリップを実施します。 5781>
生徒は、次のものを採集します。 葉っぱ
*1グループにつき5～10枚
*グループの名前か番号を書いて紙袋に入れ、樹冠のどこから葉っぱを採取したか書いてください。 ナッツの殻
*1グループにつき2～3個の殻
*注意：ブラックウォールナッツは皮膚や衣類を汚す。
3. 根
*クラス全員の根の束で十分です
*きれいな穴を開け、ドリップラインのところで少量の根を切ります
*土を戻します
*根の除去は侵襲的なので、先生と生徒が自分の技術と方法に自信を持っている場合のみ行う必要があります。
4. 土壌
* 生徒は、木の幹から始まり、ドリップラインを超えた範囲から土壌を除去します。
*1グループにつきバケツ1杯で十分です
5. その他
実験手順
葉物：
1. トマトやペッパーシードを入れた瓶を用意する
*瓶の底にプラスチックシートを敷く
*湿らせたタオルの上にシードを置く（通常1処理につき10粒）
2. 葉を砕き、チーズクロスに包む
3. 葉の束が種子に触れないように、輪ゴムで縛るか、チーズクロスを閉じて瓶の口に入れる
4. 瓶を窓辺かアンダーグローライトに置く
5. 観察
ナッツの外皮：
1. ミキサー、フードプロセッサー、ハンマーなどで砕く
2. 水を加えるかそのままにするか決める（両方の方法を比較するとよい）
3. ペーパータオルを敷いたシャーレに汁を入れる
4. それぞれ10粒ずつシャーレに入れる
5. 観察する。
根：
上記ナットハルズの手順参照
土：
1.
1.土壌:
2.容器に汚染されていない土を入れる(コントロール)
3.それぞれに種子を植える
4.観察
Note: トマト苗は種子ではなく、必要に応じて使用できる
B} 。 アレロパシー：トマト種子用量/反応バイオアッセイ
研究の焦点：
生徒に、ある量のアレロトキシンのみが他の生物に対して有効であるという考えについて議論させる。 このことについて調査させる。
For Discussion:
*なぜ、ある量のアレロトキシンが他のものより効果的なのでしょうか？
*感受性の高い生物の防御にどのような影響を与えるか
*他の要因は何か
*どのようにしてこれをテストできるか
化学物質の毒性閾値をテストするために希釈する
特定のアレロトキシンを希釈または濃度を変えて実験室でテストする実験を実施します。 これらの希釈を観察し、分析すれば、その化学物質の量が他の生物に対して最も効果的であるかについて、何らかの洞察を得られるはずである。 この実験では、トマトの種子をバイオアッセイとして使用している。これは、トマトがジュグロンに対する既知の感受性種であるためである。 しかし、クラスは使用する他の種子や植物を決定することができます（植物の場合、希釈液は容器に、水耕栽培の場合は溶液に注がれます）。
Allelopathy: Tomato seed Dose/Response Bioassay Data Sheet
Name
Date
Test Chemicals
100% Concentration
Length of Experiment
Table 1: Seed Germination Data
Table 2.Alleopathy: Tomato seeds Dose/Response Bioassay Data Sheet
Table 3: Seed Germination Data
Table 1: Tomato seed Dose/Response Bioassay Data
Table 2: Seed Germination Data
学生は何を求めているのか
1. 種子が発芽するかどうか
2. 植物に影響があるかどうか
3. 処理による反応の変化
4. その他:
上記手順に関する一般的な注意事項：
トマト、ピーマン、ナスなどの葉状作物は、ジュグロンに最も感受性が高く、したがって使用するのが最適です
。