Allelopatia
Rozdział 1: Wstęp
Historia
Theophrastus (ok. 300 p.n.e.), uczeń i następca Arystotelesa, pisał o reakcjach allelopatycznych w swoich pracach botanicznych. Został nazwany „ojcem botaniki” i pisał o tym, jak ciecierzyca „wyczerpuje” glebę i niszczy chwasty.
W 1 roku p.n.e., Gaius Plinius Secundus, znany również jako Pliniusz Starszy, rzymski uczony i przyrodnik, pisał o tym, jak ciecierzyca i jęczmień „wypalają” ziemię kukurydzianą. Wspomniał również, że drzewa orzecha włoskiego są toksyczne dla innych plants.
Augustin Pyramus De Candolle, abotanist i przyrodnik, w 1832 roku, zasugerował, że choroba gleby została spowodowana przez chemikalia uwalniane przez uprawy.
Allelopatyczne substancje chemiczne mogą być obecne w każdej części rośliny. Można je znaleźć w liściach, kwiatach, korzeniach, owocach lub łodygach. Mogą również znajdować się w otaczającej je glebie. Na gatunki docelowe toksyny te wpływają na wiele różnych sposobów. Toksyczne substancje chemiczne mogą hamować wzrost pędów/korzeni, mogą hamować pobieranie składników odżywczych, lub mogą atakować naturalnie występujące związki symbiotyczne, niszcząc w ten sposób użyteczne dla rośliny źródło składników odżywczych.
Czy wszystkie rośliny są allelopatyczne? Niektóre z nich, choć wykazują takie tendencje, mogą w rzeczywistości wykazywać agresywną konkurencję w formie niechemicznej. Duża część kontrowersji wokół allelopatii polega na próbie rozróżnienia rodzaju konkurencji. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli jest to z natury chemicznej, a następnie roślina jest uważana za allelopatyczne. There have been some recent links to plantallelotoxins directed at animals, but data is scarce.
Environmental Impact
Allelopathy is a form of chemicalcompetition. Roślina allelopatyczna konkuruje poprzez „zakłócające” substancje chemiczne. Konkurencja, z definicji, przybiera jedną z dwóch form–eksploatacja lub ingerencja.
Konkurencja jest wykorzystywana zarówno przez rośliny jak i zwierzęta do zapewnienia sobie miejsca w przyrodzie. Rośliny będą konkurować o światło słoneczne, wodę i składniki odżywcze oraz, podobnie jak zwierzęta, o terytorium. Konkurencja, jakeparasitism, choroby i drapieżnictwo, wpływa na dystrybucję i ilość organizmów w ekosystemie. Interakcje ekosystemów definiują środowisko.
Gdy organizmy konkurują ze sobą, tworzą potencjał dla ograniczeń zasobów i możliwych wyginięć. Rośliny allelopatyczne uniemożliwiają innym roślinom korzystanie z dostępnych zasobów i w ten sposób wpływają na ewolucję i rozmieszczenie innych gatunków. Można powiedzieć, że rośliny allelopatyczne kontrolują środowiska, w których żyją.
Do dyskusji
Jak można stwierdzić, czy roślina wykazuje allelopatię w przeciwieństwie do niechemicznej konkurencji?
Czy allelopatyczne substancje chemiczne mogą wpływać na zwierzęta, w tym ludzi?
Jak ludzie po raz pierwszy dowiedzieli się o allelopatii?
Czy zauważyłeś allelopatię lub wpływy podobne do allelopatii w swojej okolicy?
Dlaczego badanie allelopatii jest ważne?
Jakie są niektóre korzystne implikacje allelopatii? Jak można je wykorzystać dla poprawy stanu naszej planety?
Jak przeprowadzić test na allelopatię?
Czy potrafisz wymienić lub zidentyfikować niektóre allelopatyczne rośliny?
Skupienie: Nauka oparta na dociekaniu
Ta jednostka na temat allelopatii jest oparta na dociekaniu. Laboratoria i wycieczki terenowe są praktyczne, a wszystkie działania wymagają ciągłej interakcji między uczniami. Z tego powodu, jednostka może być modyfikowana i dostosowywana bez negatywnego wpływu.
Rozdział 2: Wojna chemiczna w Królestwie Roślin
Orzech Czarny
Jedną z najbardziej znanych roślin allelopatycznych jest Orzech Czarny (Juglans nigra). Substancja chemiczna odpowiedzialna za toksyczność w Czarnym Orzechu to Juglone (5hydroxy-1,4 napthoquinone) i jest inhibitorem oddychania. Rośliny psiankowate, takie jak pomidor, papryka i bakłażan, są szczególnie podatne na działanie Juglonu. Rośliny te, gdy są narażone na działanie allelotoksyny, wykazują objawy takie jak więdnięcie, chloroza (żółknięcie liści), a w końcu śmierć. Inne rośliny mogą również wykazywać różne stopnie podatności, a niektóre nie mają zauważalnych skutków w ogóle. Niektóre rośliny, które zostały zaobserwowane do betolerant Juglone obejmują lima fasola, buraki, marchew, kukurydza, wiśnia, czarna malina, catalpa, Virginia pełzanie, fiołki, i wiele innych.
Juglone jest obecny we wszystkich częściachBlack Walnut, ale szczególnie skoncentrowane w pąkach, orzech łupiny, i korzeni. To nie jest bardzo rozpuszczalny w wodzie, a zatem nie porusza się bardzo szybko w glebie. Toksyczność została zaobserwowana we wszystkich glebach, w których rosną korzenie orzecha czarnego (korzenie mogą rosnąć w odległości 3 razy większej niż rozpiętość łodygi), ale jest szczególnie skoncentrowana najbliżej drzewa, pod linią kroplującą. Wynika to głównie z większej gęstości korzeni i nagromadzenia rozkładających się liści i łusek.
Drzewo-Niebo
Drzewo-Niebo, czyli Ailanthus (Ailanthus altissima) jest ostatnim dodatkiem do listy drzew allelopatycznych. Ailanthone, allelotoxinextracted from the root bark of Ailanthus, is known for its „potentpost-emergence herbicidal activity”. Ailanthus stanowi poważny problem chwastów na obszarach miejskich.
Sorghum
Głównym składnikiem sorgo, który wywołuje aktywność allelopatyczną jest sorgocen (2-hydroksy-5-metoksy-3-{(8’z,11’z)-8′,11′,14′-pentadecatriene}-p-benzochinon). Sorgolen występuje w wysiękach korzeniowych większości gatunków sorgo i okazał się być bardzo silną allelotoksyną, która zakłóca funkcje mitochondriów i hamuje fotosyntezę. Jest on obecnie intensywnie badany jako środek chwastobójczy.
Inne
Istnieje wiele innych znanych gatunków allelopatycznych i wiele takich, które są podejrzewane o działanie allelopatyczne, w tym różne gatunki mokradeł, trawy i inne rośliny drzewiaste, takie jak Sumak wonny (Rhus aromaticus). Tytoń (Nicotianarustica), Ryż (Oryza sativa), Groch (Pisum sativum), i wiele innych, są znane z posiadania allelotoksyn korzeniowych.
Do dyskusji:
Pozwól uczniom zbadać i omówić inne rośliny allelopatyczne.
Rozdział 3: Procedury i Protokół
Protokół 1. Nauka Identyfikacji Oznak Allelopatii
Najlepszym sposobem badania allelopatii jest znalezienie oznak jej występowania w przyrodzie. Niemożliwe jest „zobaczenie” toksyn w pracy, ale możliwe jest zobaczenie znaków i objawów spowodowanych przez chemikalia na otaczających roślinach. Na przykład, bardzo niewiele roślin rośnie pod czarnym orzechem, a te, które rosną, często wyglądają na chore i chlorotyczne. Jest to znak równoległej toksyny, Juglone, w pracy.
Poza rozpoznaniem oznak równoległejopatii, należy również być w stanie zidentyfikować rośliny. Niektóre rośliny allelopatyczne, takie jak orzech czarny, rosną w naszych ogródkach i na naszych ulicach i są łatwe do zidentyfikowania. Inne, takie jak sorgo lub ciecierzyca, mogą być łatwiejsze do znalezienia na obszarach wiejskich, gdzie są uprawiane jako rośliny uprawne lub wzdłuż pól uprawnych. Niektóre rośliny allelopatyczne, zwłaszcza wiele gatunków z terenów podmokłych, mogą wymagać specjalnych wycieczek i dodatkowego czasu, aby je najpierw znaleźć, a następnie zidentyfikować.
Protokół 2. Harvesting Plants and PlantParts
Wiele ze znanych allelotoksyn jest bardzo drogich i niełatwych do zdobycia. Niektóre firmy, takie jak Sigma Chemical i Caroline Biological mogą prowadzić chemikalia, ale w postaci stałej, która będzie wymagać dodatkowego czasu i wysiłku, aby doprowadzić do formy rozpuszczalnej, która może być używana w laboratorium. Jednakże, nie każda klasa będzie miała fundusze lub dostęp do tych chemikaliów. Tak więc, może być tak, że theonly sposób na prowadzenie eksperymentów jest mieć klasę zbierać swoje własnenalotoksyny.
Jakieś badania będą wymagane doinvestigate jakie części roślin mają najwyższe stężenia allelopathicspecies. Na przykład, Juglonefound w Black Walnut można znaleźć w całej rośliny, ale szczególnie zinthe orzechów łuski, liście i korzenie. Dlatego projekt klasy może być do podziału na grupy i zebrać każdą część i przetestować je odpowiednio.
Jest to ważne, gdy zbiory roślin lub części roślin, aby upewnić się, że roślina nie jest zagrożona i mieć pewność, że procedura jest przeprowadzana w taki sposób, aby przynieść żadnej szkody do zakładu lub obszaru otaczającego. Oczywiście, w przypadku zbioru całej rośliny, muszą być poczynione odpowiednie dostosowania.
To ćwiczenie terenowe może być wykonane, gdy klasa identyfikuje rośliny allelopatyczne, jak opisano w Protokole 1, lub może być wykonane jako oddzielne ćwiczenie.
Protokół 3. Testowanie Allelopatii w Laboratorium
Wpływ toksyn allelopatycznych na wrażliwe rośliny można łatwo przetestować w laboratorium lub szklarni. Nasiona są najłatwiejsze i najmniej kosztowne do testowania. Nasiona, które nie kiełkują w obecności allelotoksyn, prawdopodobnie wykazują efekty toksyczności. Rośliny, które w obecności allelotoksyn stają się chloroidalne i w końcu tracą żywotność, również wykazują oznaki toksyczności chemicznej.
Rośliny psiankowate, takie jak pomidory i papryka, są najbardziej podatne na juglon (allelotoksynę występującą w Black Walnuttrees). Laboratorium jest doskonałym miejscem do badania wrażliwości niektórych roślin na różne allelotoksyny.
Inne naukowe lub badawcze koncepcje, takie jak wykresy, rozcieńczenia i ogólny protokół laboratoryjny również zostaną odkryte, gdy pewne działania związane z allelopatią będą prowadzone w laboratorium lub w sali lekcyjnej.
Procedury
1. Zapoznaj się z gatunkami równoległopatycznymi występującymi w Twojej okolicy. W szczególności skup się na gatunkach dojrzałych, które są zadomowione. Te mają tendencję do wyższych stężeń allelotoksyny, a tym samym będą wykazywać lepsze oznaki i objawy na podatnych roślinach otaczających.
2. Jeśli to możliwe, skontaktuj się z lokalną organizacją ochrony przyrody lub agencją rozwoju, która może mieć jakiś wgląd w allelopatię. Twoje badania mogą być dla nich interesujące i mogą zaoferować profesjonalną poradę lub ważne informacje.
3. Zdecyduj, które gatunki i obszary powinny być przedmiotem badania.
4. Zdecyduj się na metodę badania. Na przykład, możesz chcieć przeprowadzić wyprawę terenową w celu identyfikacji jednego dnia, a następnie przeprowadzić wyprawę terenową w celu zbioru innego dnia, lub możesz chcieć przeprowadzić oba te badania tego samego dnia.
5. Dowiedz się, jak zidentyfikować gatunki, które będziesz badać. Istnieje wiele dobrych przewodników terenowych, jak również wiele doskonałych stron internetowych.
6. Zdecyduj, jak podzielić obszar, na którym będziesz pracował.
7. Zapisz, jakie oznaki i symptomy allelopatii zostały znalezione oraz przez jakie gatunki zostały znalezione.
8. Przedyskutuj sposoby badania allelopatii w laboratorium.
9. Zbierzcie potrzebne materiały. Patrz lista materiałów na końcu.
Lab & Classroom Exercises
A} Identyfikacja allelopatycznych części roślin: Black Walnut
Research Focus
Pozwól uczniom przedyskutować dlaczego uważają, że niektóre części roślin mogą być bardziej allelopatyczne niż inne. Poproś ich o przeprowadzenie pewnych badań na ten temat. Mogą przeszukać Internet, zaangażować się w komunikację z profesjonalistami w tej dziedzinie lub odwiedzić bibliotekę.
Do dyskusji:
*Dlaczego niektóre części są bardziej allelopatyczne niż inne?
*Jak to wpływa na zdolność organizmu do konkurowania z innymi roślinami?
*Czy to się zmienia z sezonu na sezon? Dzień do nocy?
*Jak możemy przetestować te części i ich właściwości?
Zbiory w terenie
Przeprowadź wycieczkę w teren w celu zebrania części drzewa Czarnego Orzecha. Te części zostaną przyniesione z powrotem do klasy do dalszych badań i obserwacji.
Uczniowie powinni zebrać następujące rzeczy:
1. Liście
*5-10 liści na grupę
*Umieść je w papierowych torbach z imieniem lub numerem grupy i informacją skąd liście zostały zebrane.
2. Łupiny orzecha
*2-3 łupiny orzecha na grupę
*Uwaga: orzechy czarnego orzecha plamią skórę i ubrania.
3. Korzenie
*Jedna garść korzeni dla całej klasy jest wystarczająca
*Dysponuj czystym dołkiem, wytnij niewielką ilość korzeni przy linii kroplowej
*Zastąp ziemię
*Usuwanie korzeni jest inwazyjne i powinno być wykonywane TYLKO wtedy, gdy nauczyciel i uczniowie są pewni swoich technik i metod.
4. Gleba
*Uczniowie usuwają glebę z różnych obszarów, zaczynając od pnia drzewa i wychodząc poza linię kroplowania.
*Jeden kubełek na grupę wystarczy
5. Inne
Procedury laboratoryjne
Liście:
1. Przygotować słoiki z nasionami pomidora lub papryki
*Włożyć chusteczkę do dolnego słoika
*Makemoist
*Umieścić nasiona na wilgotnych ręcznikach (zwykle dziesięć nasion na zabieg)
2. Rozdrobnić liście i umieścić w ściereczce
3. Gumką lub zawiązać ściereczkę i umieścić w ustach słoika tak, aby wiązka liści wisiała nad nasionami, ale ich nie dotykała.
4. Umieścić słoiki na parapecie lub pod lampą.
5. Observe
Nut Hulls:
1. Używając blendera, robota kuchennego lub młotka, sproszkować orzech
2. Zdecydować, czy dodać wody, czy zostawić tak jak jest (porównanie obu sposobów może być najlepsze)
3. Umieścić sok z orzecha w szalce Petriego, która została wyłożona papierowym ręcznikiem.
4. Umieścić dziesięć nasion w każdej przygotowanej szalce Petriego
5. Obserwować.
Korzonki:
Patrz procedura z łupinami orzechów powyżej
Gleba:
1. Umieścić potencjalnie allelotoksyczną glebę w pojemnikach.
2. Umieścić znaną niezanieczyszczoną glebę w innych pojemnikach (kontrola)
3. Zasadzić nasiona w każdym z nich
4. Obserwować
Uwaga: W odpowiednich przypadkach zamiast nasion można użyć roślin pomidora.
B} Allelopatia: Test biologiczny dawka/odpowiedź na nasiona pomidora
Skupienie się na badaniach:
Pozwolić uczniom przedyskutować pomysł, że tylko pewne ilości allelotoksyn są skuteczne wobec innych organizmów. Poproś ich o przeprowadzenie badań na ten temat. Podobnie jak w przypadku wcześniej wspomnianego działania, mogą oni przeskanować sieć, odwiedzić bibliotekę lub zaangażować się w osobistą komunikację z profesjonalistą w tej dziedzinie.
Do dyskusji:
*Dlaczego pewne ilości allelotoksyn byłyby bardziej skuteczne niż inne?
*Jak to wpłynie na mechanizmy obronne organizmu podatnego na zakażenie?
*Jakie inne czynniki mogą być zaangażowane?
*Jak możemy to zbadać?
Robiąc rozcieńczenia w celu zbadania progów toksyczności substancji chemicznych
Przeprowadź doświadczenie laboratoryjne, w którym pewne allelotoksyny są badane w różnych rozcieńczeniach lub stężeniach. Te rozcieńczenia, po zaobserwowaniu i przeanalizowaniu, powinny dać pewien wgląd w to, jakie ilości tej substancji chemicznej są najbardziej skuteczne wobec innych organizmów. Ten szczególny eksperyment wykorzystuje nasiona pomidorów jako próbę biologiczną, ponieważ pomidory są znanym gatunkiem wrażliwym na Juglone. Jednakże, klasa może zdecydować się na inne nasiona lub rośliny do wykorzystania (w przypadku roślin, rozcieńczenia będą wlewane do pojemników lub do roztworu w przypadku hydroponiki).
Allelopatia: Nasiona pomidora Dose/Response Bioassay Data Sheet
Nazwa
Data
Badany środek chemiczny
100% Stężenie
Długość doświadczenia
Tabela 1: Dane dotyczące kiełkowania nasion
Tabela 2: Dane dotyczące długości słojów
Czego szukają studenci?
1. Czy nasiona kiełkują, czy nie.
2. Czy rośliny są dotknięte, czy nie.
3. Na zmiany w reakcjach w zależności od zabiegów.
4. Inne: Pozwól im zdecydować, czego szukać i dlaczego.
Ogólne uwagi dotyczące powyższych procedur:
Rośliny liściaste, takie jak pomidory, papryka, bakłażany, itp. są najbardziej podatne na juglon i dlatego najlepiej je stosować.
.