Allelopatia
Capítulo 1: Introdução
História
Theophrastus (ca. 300 A.C.E.), astudente e sucessor de Aristóteles, escreveu sobre reações alelopáticas em obras hisbotânicas. Ele foi chamado o “pai da Botânica”, e escreveu sobre como o grão de bico “esgota” o feijão-de-bico e destrói ervas daninhas.
Em 1 EC, Gaius Plinius Secundus, também conhecido como Plínio o Ancião, um estudioso romano e naturalista, escreveu sobre como o grão de bico e a cevada “queimam” o interior. Ele também mencionou que as nogueiras são tóxicas para outras plantas.
Augustin Pyramus De Candolle, abotanista e naturalista, em 1832, sugeriu que as doenças do solo eram causadas por produtos químicos liberados pela cultura.
E, em 1907-1909, dois pesquisadores,Schreiner e Reed investigaram o isolamento de uma série de fitotoxicofármacos de plantas e solos.
O que é a alelopatia?
A palavra alelopatia deriva de duas palavras separadas. São alelões que significam “um do outro”, e pathos que significam “tosuffer”. A alelopatia refere-se à inibição química de uma espécie por outra. A química “inibitória” é liberada no ambiente onde afeta o desenvolvimento e crescimento das plantas vizinhas.
Os produtos químicos alelopáticos podem estar presentes em qualquer parte da planta. Eles podem surgir em folhas, flores, raízes, frutos ou caules. Também podem ser encontradas no solo circundante. As espécies alvo são afectadas por estas toxinas de muitas maneiras diferentes. Os produtos químicos tóxicos podem inibir o crescimento do rebento/raiz, podem inibir a absorção de nutrientes, ou podem atacar uma relação simbiótica que ocorre naturalmente, destruindo assim a fonte utilizável de um nutriente.
Todas as plantas são alelopáticas?
Nem todas as plantas têm tendências alelopáticas. Algumas, embora exibam estas tendências, podem na verdade estar exibindo competição agressiva de uma forma não-química. Grande parte dos controversos que rodeiam a alelopatia está na tentativa de distinguir o tipo de competição que se apresenta. Em geral, se é de natureza química, então a planta é considerada alelopática. Tem havido algumas ligações recentes com as alelotoxinas vegetais dirigidas aos animais, mas os dados são escassos.
Impacto Ambiental
Allelopatia é uma forma de competição química. A planta alelopática está se confrontando através de produtos químicos de “interferência”. A competição, por definição, assume uma de duas formas – exploração ou interferência.
Competição é usada tanto por plantas como por animais para assegurar um lugar na natureza. As plantas irão competir pela luz solar, água e nutrientes e, como os animais, pelo território. A competição, como oeparasitismo, doenças e predação, influencia a distribuição e quantidade de organismos em um ecossistema. As interações dos ecossistemas definem um ambiente.
Quando os organismos competem com um outro, eles criam o potencial para limitações de recursos e possíveis extensões. As plantas alelopáticas evitam que outras plantas utilizem os recursos disponíveis e assim influenciam a evolução e distribuição de outras espécies. Pode-se dizer que as plantas alelopáticas controlam os ambientes em que vivem.
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Para discussão
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Como se pode dizer se uma planta está a proibir a alelopatia em oposição à competição não química?
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Pode os químicos alelopáticos afectar os animais, incluindo os humanos?
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Como é que as pessoas tomaram consciência da alelopatia?
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Pode ter notado influências semelhantes à alelopatia oral na sua vizinhança? Em outro lugar?
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Por que é importante estudar a alelopatia?
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Quais são algumas implicações benéficas da alelopatia? Como podem ser usadas para a melhoria do planeta?
Como você faria para testar a alelopatia?
Pode você nomear ou identificar algumas plantas allelopáticas?
Focus: Inquiry based learning
Esta unidade sobre alelopatia é baseada em perguntas. Os laboratórios e as viagens de campo são práticos e todas as actividades requerem interacções constantes dos alunos. Por causa disso, a unidade pode ser modificada e ajustada sem afetar negativamente.
Capítulo 2: Guerra Química no Reino das Plantas
Nogueira Preta
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Uma das mais famosas plantas allelopáticas é a Nogueira Preta (Juglans nigra). O químico responsável pela toxicidade da Nogueira Preta é o Juglone (5-hidroxi-1,4 naptoquinona) e é um inibidor respiratório. As plantas solanáceas, como o tomate, a pimenta e a beringela, são especialmente susceptíveis ao Juglone. Estas plantas, quando expostas à allotoxina, apresentam sintomas como murchidão, clorose (amarelamento foliar), e eventualmente morte. Outras plantas também podem apresentar diferentes graus de susceptibilidade e algumas não têm nenhum efeito perceptível. Algumas plantas que têm sido observadas como sendo tolerantes ao Juglone incluem feijão-lima, beterraba, cenoura, milho, cerejeira, blackraspberry, catalpa, Virginia creeper, violetas, e muitas outras.
Juglone está presente em todas as partes da Noz Preta, mas especialmente concentrada nos botões, cascas de nozes, androots. Não é muito solúvel na água e, portanto, não se move muito rapidamente no solo. A toxicidade tem sido observada em todos os solos com raízes de nozes pretas (as raízes podem crescer 3 vezes a extensão da copa), mas é especialmente concentrada mais perto da árvore, sob a linha de gotejamento. Isto deve-se principalmente à maior densidade radicular e ao acúmulo de folhas e cascas em decomposição.
Tree-Of-Heaven
Arvore Ou-Of-Heaven, ou Ailanthus (Ailanthus altissima) é uma adição recente à lista de alelopatias. Ailantona, uma allotoxina extraída da casca da raiz do Ailanthus, é conhecida pela sua “potente actividade herbicida pós-emergência”. Ailanthus apresenta um grave problema de ervas daninhas em áreas urbanas.
Sorghum
O principal constituinte do sorgo que causa a atividade alelopática é o sorgoleno(2-hydroxy-5-methoxy-3-{(8’z,11’z)-8′,11′,14′-pentadecatriene}-p-benzoiquinona). O sorgoleno é encontrado nos exsudados radiculares da espécie mais sorgo e tem demonstrado ser uma allotoxina muito potente que desorganiza as funções mitocondriais e inibe a fotossíntese. Está sendo pesquisada extensivamente como um supressor de ervas daninhas.
Outros
Existem muitas outras espécies alelopáticas conhecidas, e muitas que são altamente suspeitas de serem alelopáticas, incluindo diversas espécies de zonas úmidas, gramíneas, e outras plantas lenhosas como Fragrant Sumac(Rhus aromaticus). Tabaco (Nicotianarustica), Arroz (Oryza sativa), Ervilha (Pisum sativum), e muitas outras, são conhecidas por terem alelotoxinas de raiz.
Para Discussão:
Deixe os estudantes pesquisar e discutir outras plantas alelopáticas.
Capítulo 3: Procedimentos e Protocolo
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Protocolo 1. Aprender a identificar sinais de alelopatia
A melhor maneira de estudar a alelopatia é encontrar sinais da sua ocorrência na natureza. É impossível “ver” as toxinas no trabalho, mas é possível ver os sinais e sintomas causados pelos químicos nas plantas vizinhas. Por exemplo, muito poucas plantas crescem sob uma Nogueira Negra e as que crescem muitas vezes parecem doentes ecloróticas. Este é um sinal de teallelotoxina, Juglone, no trabalho.
Ao reconhecer os sinais dealelelopatia, é preciso também ser capaz de identificar as plantas. Algumas plantas alelopáticas, como a BlackWalnut, crescem nos nossos quintais e nas nossas ruas e são fáceis de identificar. Outras, como o sorgo ou a ervilha-de-bico, podem ser mais fáceis de encontrar nas zonas rurais onde são cultivadas como plantações ou ao longo das terras agrícolas. Algumas plantas alelopáticas, especialmente muitas das espécies de zonas húmidas, podem requerer viagens de campo especiais e tempo extra para as encontrar primeiro e depois identificá-las.
Protocolo 2. Plantas e Partes de Plantas Colhedoras
Muitas das allotoxinas conhecidas são muito baratas e não são fáceis de encontrar. Algumas empresas como a Sigma Chemical e a Caroline Biological podem carregar os produtos químicos, mas na forma sólida que exigirá tempo e esforço extra para trazer para uma forma solúvel que pode ser usada no laboratório. No entanto, nem todas as classes terão os fundos ou o acesso a esses produtos químicos. Assim, pode ser que a única maneira de executar os experimentos seja ter a classe de colheita de suas próprias alelotoxinas.
Será necessária alguma pesquisa para investigar quais partes de plantas têm as maiores concentrações de aleloopatias. Por exemplo, o Juglonefound em Black Walnut pode ser encontrado em toda a planta, mas particularmente com os cascos, folhas e raízes da noz. Portanto, um projeto de classe pode ser o de quebrar em grupos e colher cada parte e testá-los de acordo com isso.
É importante ao colher plantas ou partes de plantas para ter certeza de que a planta não está em perigo e para ter certeza de que o procedimento é realizado de forma a não trazer nenhum dano à planta ou à área ao redor. É claro, no caso da colheita da planta inteira, devem ser feitas acomodações.
Este exercício de campo pode ser feito quando a classe está identificando as plantas alelopáticas como descrito no Protocolo 1, orcan deve ser feito como um exercício separado.
Protocolo 3. Teste de alelopatia no laboratório
Os efeitos das toxinas alelopáticas em plantas sensíveis podem ser facilmente testados no laboratório ou em estufa. As sementes são as mais fáceis e as mais baratas. As sementes que não germinam na presença de alelotoxinas estão provavelmente apresentando efeitos de toxicidade. As plantas que se tornam cloróticas e eventualmente morrem na presença de allotoxinas também estão a mostrar sinais de toxicidade para o químico.
Culturas solanáceas, como sejam os tomates e os tomates, são mais susceptíveis ao juglone (a allotoxina encontrada nas Nogueiras Negras). O ambiente de laboratório é o local perfeito para testar a susceptibilidade de certas plantas a várias alelotoxinas.
Outros conceitos científicos ou baseados em pesquisa, tais como gráficos, diluições e protocolo geral de laboratório, também se tornarão visíveis quando certas actividades de alelotoxinas são conduzidas em laboratório ou em salas de aula.
Procedimentos
1. Familiarize-se com as espécies allelopáticas da sua área. Inparticular, focalizar nas espécies maduras que estão estabelecidas. Estas tendem a ter concentrações mais elevadas de allotoxina e assim apresentar melhores sinais e sintomas em plantas anisusceptíveis ao redor.
2. Se possível, contate uma organização local de conservação ou agência de extensão, que pode ter alguma intolerância à alelopatia. Sua pesquisa pode ser de interesse para eles e eles podem oferecer conselhos profissionais ou informações importantes.
3. Decida quais espécies e áreas devem ser o foco de sua pesquisa.
4. Decida sobre um método de pesquisa. Por exemplo, você pode querer conduzir a viagem de campo de identificação um dia e depois seguir com a viagem de campo de colheita outro, ou pode querer conduzir ambos no mesmo dia.
5. Aprenda como identificar as espécies que você estará estudando. Há muitos bons Guias de Campo disponíveis, assim como muitos sites excelentes.
6. Decida como dividir a área em que você estará trabalhando.
7. Registre quais sinais e sintomas alelopáticos foram encontrados, e as espécies por eles encontradas.
8. Discuta maneiras de estudar a alelopatia no laboratório.
9. Reúna os materiais necessários. Veja a lista de materiais no final.
Lab &Exercícios de sala de aula
A}. Identificação de peças de plantas alelopáticas: Black Walnut
Foco de Pesquisa
Deixe os alunos discutirem porque é que certas partes de plantas podem ser mais alelopáticas do que outras. Faça com que eles conduzam alguma pesquisa sobre isso. Eles podem escanear a web, estar envolvidos em comunicações pessoais com profissionais da área, ou visitar uma biblioteca.
Para Discussão:
*Por que algumas partes são mais alelopáticas que outras?
*Como isso afeta a capacidade do organismo de competir com outras plantas?
*O que muda de estação para estação? De dia para noite?
*Como podemos testar estas partes e as suas propriedades?
Colheita do campo
Conduzir uma visita de campo para colher partes da Nogueira Negra. Estas partes serão trazidas de volta para a sala de aula para investigação e observação.
Os alunos devem recolher o seguinte:
1. Folhas
*5-10 folhas por grupo
* Coloque-as em sacos de papel com o nome ou número do grupo e de onde na copa das árvores as folhas foram recolhidas.
2. Cascas de nozes
*2-3 cascas de nozes por grupo
*Nota:As nozes pretas mancham a pele e a roupa.
3. Raízes
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*Um ramo de raízes para toda a turma é suficiente
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*Buraco limpo, Corte uma pequena quantidade de raízes pela linha de gotejamento
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*Substituir o solo
*Remover as raízes é invasivo e só deve ser feito se o professor e os alunos forem confiantes nas suas técnicas e métodos.
4. Solo
*Os alunos removem o solo de uma série de áreas que começam no tronco da árvore e se deslocam para fora da linha de gotejamento.
*Um balde cheio por grupo será suficiente
5. Outros
Procedimentos Laboratoriais
Folhas:
1. Preparar frascos com tomate ou sementes de pimenta
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*Localização em frasco inferior
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*Makemoist
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*Placeseeds em toalhas húmidas (geralmente dez sementes por tratamento)
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2. Esmagar folhas e colocar incheesecloth
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3. Faixa de borracha ou amarrar o pano de queijaria fechado e colocar na boca do frasco de modo que o feixe de folhas dobre, mas não toque, as sementes.
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4. Colocar os frascos no parapeito da janela ou debaixo da luz.
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5. Observe
Nut Hulls:
1. Usando um liquidificador, processador de alimentos, ou martelo, pulverize a porca
2. Decida se deve adicionar água ou deixar como está (uma comparação de ambas as maneiras pode ser melhor)
3. Coloque o suco da porca em uma placa de petri que foi forrada com papel toalha.
4. Coloque dez sementes em cada placa de petri preparada
5. Observe.
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Raízes:
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Ver Cascas de Nozes Procedimento Acima
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Solo:
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1. Coloque algum solo potencialmente allotóxico em recipientes.
2. Coloque um solo conhecido não contaminado em outros recipientes (controle)
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3. Plante sementes em cada
4. Observe
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Nota: Plantas de tomate podem ser usadas em vez de sementes quando apropriado.
B}. Allelopathy: Tomato SeedDose/Response Bioassay
Research Focus:
Discutir sobre a ideia de apenascerter quantidades de allotoxinas sendo eficazes contra outros organismos. Faça com que eles conduzam alguma pesquisa sobre isso. Como na atividade acima mencionada, eles podem escanear a web, visitar uma biblioteca ou estar envolvidos em comunicações pessoais com um profissional da área.
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Para Discussão:
*Por que certas quantidades de alelotoxinas seriam mais eficazes do que outras?
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*Como isto afectaria as defesas dos organismos susceptíveis?
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*Que outros factores podem estar envolvidos?
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*Como podemos testar para isto?
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Fazer diluições para testar os Limiares de toxicidade de um produto químico
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Conduzir um experimento de laboratório onde são testadas as concentrações ou diluições variáveis de allotoxinas. Essas diluições, uma vez observadas e analisadas, devem dar uma idéia de quais quantidades dessa substância química são mais eficazes contra outros organismos. Esta experiência particular utiliza sementes de tomate como bioensaio, visto que o tomate é uma espécie conhecida como Juglone. Contudo, a classe pode decidir sobre o uso de outras sementes ou plantas (no caso das plantas, as diluições seriam vertidas nos recipientes ou na solução, no caso dos hidropónicos).
Alelopatia: Folha de Dados do Bioensaio de Dose/Resposta de sementes de tomate
Nome
Data
Testes químicos
100% Concentração
Comprimento da experiência
Tabela 1: Dados de germinação de sementes
Tabela 2: Dados do Comprimento do Radículo
O que procuram os alunos?
1. Se as sementes germinam ou não.
2. Se as plantas são ou não afectadas.
3. Para alterações nas reacções de acordo com os tratamentos.
4. Outros: Deixe-os decidir o que devem procurar e porquê.
Notas gerais sobre os procedimentos acima mencionados:
Culturas solanáceas, tais como tomates, pimentos, beringelas, etc., são mais susceptíveis ao juglone e são, portanto, melhores a usar.