Alelopatie

Alelopatie

Capitolul 1: Introducere

Istorie

Theophrastus (cca. 300 î.Hr.), elev și succesor al lui Aristotel, a scris despre reacțiile alelopatice în lucrările sale de botanică. El a fost numit „părintele botanicii” și a scris despre modul în care năutul „epuizează” solul și distruge buruienile.

În anul 1 e.n., Gaius Plinius Secundus, cunoscut și sub numele de Pliniu cel Bătrân, un erudit și naturalist roman, a scris despre modul în care năutul și orzul „pârjolesc” terenurile de porumb. El a menționat, de asemenea, că nucul este toxic pentru alte plante.

Augustin Pyramus De Candolle, abotanist și naturalist, în 1832, a sugerat că îmbolnăvirea solului era cauzată de substanțele chimice eliberate de cultură.

Și, în 1907-1909, doi cercetători, Schreiner și Reed au investigat izolarea unui număr de substanțe fitotoxice din plante și soluri.

Ce este alelopatia?

Cuvântul alelopatie derivă din două cuvinte separate. Acestea sunt alleloncare înseamnă „unul altuia”, și pathos care înseamnă „a suferi”. Alelopatia se referă la inhibarea chimică a unei specii de către o altă specie. Substanța chimică „inhibitoare” este eliberată în mediul înconjurător, unde afectează dezvoltarea și creșterea plantelor vecine.

Produsele chimice alelopatice pot fi prezente în orice parte a plantei. Ele pot fi găsite în frunze, flori, rădăcini, fructe sau tulpini. Ele se pot găsi, de asemenea, în solul înconjurător. Speciile țintă sunt afectate de aceste toxine în mai multe moduri diferite. Substanțele chimice toxice pot inhiba creșterea lăstarilor/rădăcinilor, pot inhiba absorbția nutrienților sau pot ataca o relație simbiotică naturală, distrugând astfel sursa utilizabilă de nutrienți a plantei.

Toate plantele sunt alelopatice?

Nu toate plantele au tendințe alelopatice. Unele, deși prezintă aceste tendințe, pot manifesta, de fapt, o competiție agresivă a unei forme non-chimice. O mare parte din controversele din jurul alelopatiei constă în încercarea de a distinge tipul de competiție manifestată. În general, dacă este de natură chimică, atunci planta este considerată alelopatică. Au existat unele legături recente cu alelotoxine ale plantelor îndreptate spre animale, dar datele sunt puține.

Impact asupra mediului

Alelopatia este o formă de competiție chimică. Planta alelopatică concurează prin intermediul unor substanțe chimice de „interferență”. Concurența, prin definiție, ia una dintre cele două forme – exploatare sau interferență.

Concurența este folosită atât de plante cât și de animale pentru a-și asigura un loc în natură. Plantele vor concura pentru lumina soarelui, apă și nutrienți și, ca și animalele,pentru teritoriu. Concurența, ca și parazitismul, bolile și prădătorii, influențează distribuția și cantitatea deorganisme într-un ecosistem. Interacțiunile dintre ecosisteme definesc un mediu.

Când organismele concurează între ele, ele creează potențialul de limitare a resurselor și de posibile extincții. Plantele alelopatice împiedică alte plante să folosească resursele disponibile și astfel influențeazăevoluția și distribuția altor specii. Se poate spune că plantele alelopatice controlează mediile în care trăiesc.

Pentru discuție

Cum se poate spune dacă o plantă manifestă alelopatie, spre deosebire de competiția non-chimică?

Pot afecta substanțele chimice alelopatice animalele, inclusiv oamenii?

Cum au devenit oamenii conștienți pentru prima dată de alelopatie?

Ați observat alelopatie sau influențe de tip alelopatic în cartierul dumneavoastră? În altă parte?

De ce este important studiul alelopatiei?

Care sunt unele implicații benefice ale alopatiei? Cum pot fi acestea folosite pentru îmbunătățirea planetei?

Cum ați proceda pentru a testa alelopatia?

Puteți numi sau identifica unele plante alelopatice?

Accentuare: Învățare bazată pe investigație

Această unitate despre alelopatie este bazată pe investigație. Laboratoarele și excursiile pe teren sunt practice și toate activitățile necesită interacțiuni constante cu elevii. Din acest motiv, unitatea poate fi modificatăși ajustată fără efecte negative.

Capitolul 2: Războiul chimic în regnul plantelor

Nucul negru

Una dintre cele mai cunoscute plante alelopatice este nucul negru (Juglans nigra). Substanța chimică responsabilă de toxicitatea din nucul negru este Juglone (5-hidroxi-1,4 naftochinonă) și este un inhibitor al respirației. Plantele solanacee, cum ar fi roșiile, ardeii și vinetele, sunt deosebit de sensibile la Juglone. Aceste plante, atunci când sunt expuse la alelotoxină, prezintă simptome cum ar fi ofilirea, cloroza (îngălbenirea frunzelor) și, în cele din urmă, moartea. Alte plante pot prezenta, de asemenea, diferite grade de sensibilitate, iar unele nu au nici un efect notabil. Printre plantele care au fost observate ca fiind tolerante la Juglone se numără fasolea lima, sfecla, morcovul, porumbul, cireșul, zmeura neagră, catalpa, vița de vie, violetele și multe altele.

Juglona este prezentă în toate părțile nucului negru, dar se concentrează mai ales în muguri, în coaja nucilor și în rădăcini. Nu este foarte solubilă în apăși, prin urmare, nu se deplasează foarte rapid în sol. Toxicitatea a fost observată în toate tipurile de sol în care cresc rădăcini de nuc negru (rădăcinile pot crește de 3 ori mai mult decât întinderea coronamentului), dar se concentrează mai ales în apropierea copacului, sub linia de picurare. Acest lucru se datorează în principal densității mai mari a rădăcinilor și acumulării de frunze și coji în descompunere.

Arborele din ceruri

Arborele din ceruri sau Ailanthus (Ailanthus altissima) este o adăugare recentă la lista arborilor alelopatici. Ailantona, o alelotoxină extrasă din scoarța rădăcinii de Ailanthus, este cunoscută pentru „puternica sa activitate erbicidă post-emergentă”. Ailanthus reprezintă o problemă serioasă de buruieni în zonele urbane.

Sorghum

Constituentul principal al sorgului care provoacă activitate alelopatică este sorgolena(2-hidroxi-5-metoxi-3-{(8’z,11’z)-8′,11′,14′-pentadecatrien}-p-benzoichinonă). Sorgolenul se găsește în exsudatele rădăcinilor celor mai multe specii de sorg și s-a dovedit a fi o alelotoxină foarte puternică care perturbă funcțiile mitocondriale și inhibă fotosinteza. Este în curs de cercetare extensivă ca agent de suprimare a buruienilor.

Altele

Există multe alte specii alelopatice cunoscute și multe altele care sunt foarte suspecte de a fi alelopatice, inclusiv diverse specii de zone umede, ierburi și alte plante lemnoase, cum ar fi Sumacul parfumat (Rhus aromaticus). Se știe că tutunul (Nicotianarustica), orezul (Oryza sativa), mazărea (Pisum sativum) și multe altele sunt cunoscute ca având alelotoxine la rădăcină.

Pentru discuție:

Căutați elevii să cerceteze și să discute despre alte plante alelopatice.

Capitolul 3: Proceduri și protocol

Protocol 1. Învățarea identificării semnelor de alelopatie

Cel mai bun mod de a studia alelopatia este de a găsi semne ale apariției acesteia în natură. Este imposibil să „vezi” toxinele la lucru, dar este posibil să vezi semnele și simptomele cauzate de substanțele chimice pe plantele din jur. De exemplu, foarte puține plante cresc sub un nuc negru, iar cele care cresc au de multe ori un aspect bolnăvicios și clorotic. Acesta este un semn al efectului jucat de alelotoxină, Juglone.

Pe lângă recunoașterea semnelor de alelopatie, trebuie să poți identifica și plantele. Unele plante alelopatice, cum ar fi BlackWalnut, cresc în curțile noastre și pe străzile noastre și sunt ușor de identificat. Altele, cum ar fi sorgul sau năutul, pot fi mai ușor de găsit în zonele rurale, unde sunt cultivate ca atare sau alături de terenurile agricole. Unele plante alelopatice, în special multe dintre speciile din zonele umede, pot necesita excursii speciale pe teren și timp suplimentar pentru a le găsi mai întâi și apoi pentru a le identifica.

Protocolul 2. Recoltarea plantelor și a părților de plante

Multe dintre alelotoxinele cunoscute sunt foarte scumpe și nu sunt ușor de procurat. Unelecompanii, cum ar fi Sigma Chemical și Caroline Biological, pot avea aceste substanțe chimice, dar sub formă solidă, ceea ce va necesita timp și efort suplimentar pentru a le aduce într-o formă solubilă care să poată fi utilizată în laborator. Cu toate acestea, nu toate clasele vor avea fonduri sau acces la aceste substanțe chimice. Astfel, s-ar putea ca singura modalitate de a efectua experimentele să fie ca clasa să recolteze propriile sale alelotoxine.

Vor fi necesare unele cercetări pentru a investiga ce părți ale plantelor au cele mai mari concentrații de specii alelopatice. De exemplu, juglonul găsit în nucul negru se găsește în toată planta, dar în special în coaja de nucă, frunze și rădăcini. Prin urmare, un proiect al clasei poate fi să se împartă în grupuri și să recolteze fiecare parte și să le testeze în consecință.

Este important ca atunci când se recoltează plante sau părți de plante să se asigure că planta nu este în pericol și să se asigure că procedura este efectuată astfel încât să nu aducă nici un prejudiciu plantei sau zonei înconjurătoare. Desigur, în cazul în care se recoltează întreaga plantă, trebuie luate măsuri de acomodare.

Acest exercițiu de teren poate fi făcut atunci când clasa identifică plantele alelopatice, așa cum este descris în Protocolul 1, sau poate fi făcut ca un exercițiu separat.

Protocolul 3. Testarea alelopatiei în laborator

Efectele toxinelor alelopatice asupra plantelor sensibile pot fi testate cu ușurință în laborator sau în seră. Semințele sunt cele mai ușoare și mai puțin costisitoare de testat. Semințele care nu germinează în prezența alelotoxinelor prezintă, probabil, efecte de toxicitate. Plantele care devin clorotice și în cele din urmă mor în prezența alelotoxinelor prezintă, de asemenea, semne de toxicitate la substanța chimică.

Culturile solanacee, cum ar fi roșiile și ardeii, sunt cele mai sensibile la juglonă (alelotoxina care se găsește în arborele de nuc negru). Mediul de laborator este locul perfect pentru a testa susceptibilitatea anumitor plante la diverse alelotoxine.

Se vor descoperi și alte concepte științifice sau bazate pe cercetare, cum ar fi grafice, diluții și protocolul general de laborator, atunci când anumite activități de alelopatie sunt desfășurate în laborator sau în sala de clasă.

Proceduri

1. Familiarizați-vă cu speciile alelopatice din zona dumneavoastră. Înparticular, concentrați-vă asupra speciilor mature care sunt stabilite. Acestea tind să aibă concentrații mai mari de alelotoxină și, prin urmare, vor prezenta mai bine semnele și simptomele pe orice plantă sensibilă din jur.

2. Dacă este posibil, contactați o organizație locală de conservare sau o agenție de extensie, care ar putea avea unele informații despre alelopatie. Cercetarea dumneavoastră ar putea fi de interes pentru ei și vă pot oferi sfaturi profesionale sau informații importante.

3. Decideți ce specii și ce zone ar trebui să fie în centrul studiului dumneavoastră.

4. Decideți o metodă de studiu. De exemplu, este posibil să doriți să efectuați excursia de identificare într-o zi și apoi să continuați cu excursia de recoltare în altă zi, sau să le efectuați pe amândouă în aceeași zi.

5. Învățați cum să identificați speciile pe care le veți studia. Sunt disponibile multe ghiduri de teren bune, precum și multe site-uri web excelente.

6. Decideți cum să împărțiți zona în care veți lucra.

7. Înregistrați ce semne și simptome alelopatice ați găsit și speciile la care au fost găsite.

8. Discutați despre modalitățile de a studia alelopatia în laborator.

9. Adunați materialele necesare. Consultați lista de materiale de la sfârșit.

Laborator &Exerciții în clasă

A}. Identificarea părților de plante alelopatice: Black Walnut

Focus de cercetare

Să-i puneți pe elevi să discute de ce cred ei că anumite părți ale plantelor pot fi mai alelopatice decât altele. Rugați-i să efectueze o cercetare în acest sens. Ei pot scana internetul, pot fi implicați în comunicări personale cu profesioniști din domeniu sau pot vizita o bibliotecă.

Pentru discuții:

*De ce sunt unele părți mai alelopatice decât altele?

*Cum afectează acest lucru capacitatea organismului de a concura alte plante?

*Se schimbă de la un sezon la altul? De la zi la noapte?

*Cum putem testa aceste părți și proprietățile lor?

Recoltare pe teren

Realizați o excursie pe teren pentru a recolta părți din arborele de nuc negru. Aceste părți vor fi aduse înapoi în clasă pentru investigații și observații suplimentare.

Elevii trebuie să colecteze următoarele:

1. Frunze

*5-10 frunze pe grup

*Puneți-le în pungi de hârtie pe care să scrie numele sau numărul grupului și locul din copacul copacului de unde au fost colectate frunzele.

2. Coji de nucă

*2-3 coji de nucă pe grup

*Nota: nucile de nuc negru pătează pielea și hainele.

3. Rădăcini

*Este suficientă o grămadă de rădăcini pentru întreaga clasă

*Diguiți o gaură curată, TĂIAȚI o cantitate mică de rădăcini lângă linia de picurare

*Întoarceți solul

*Îndepărtarea rădăcinilor este invazivă și ar trebui să se facă NUMAI dacă profesorul și elevii suntîncrezători în tehnicile și metodele lor.

4. Solul

*Elevii îndepărtează solul dintr-o serie de zone începând de la trunchiul copacului și mergând dincolo de linia de picurare.

*O găleată plină pentru fiecare grup va fi suficientă

5. Alte

Proceduri de laborator

Frunze:

1. Pregătiți borcanele cu semințe de roșii sau de ardei

*Puneți laptele în borcanul de jos

*Faceți unemoist

*Puneți semințele pe prosoape umede (de obicei zece semințe pentru fiecare tratament)

2. Fărâmițați frunzele și puneți-le în pânză de șters

3. Banda de cauciuc sau legați cașcavalul închis și puneți-l în gura borcanului, astfel încât mănunchiul de frunze să atârne deasupra semințelor, dar să nu le atingă.

4. Așezați borcanele pe pervazul ferestrei sau sub lumina de creștere.

5. Observați

Cascanele de nuci:

1. Folosind un blender, un robot de bucătărie sau un ciocan, pulverizați nuca

2. Decideți dacă să adăugați apă sau să o lăsați așa cum este (o comparație între cele două moduri poate fi cea mai bună)

3. Așezați sucul de nucă într-o farfurie Petri care a fost căptușită cu hârtie absorbantă.

4. Așezați zece semințe în fiecare farfurie Petri pregătită

5. Observați.

Rădăcini:

Vezi procedura cu coji de nuci de mai sus

Sol:

1. Așezați niște sol cu potențial alelotoxic în recipiente.

2. Așezați un sol cunoscut necontaminat în alte recipiente (de control)

3. Plantați semințe în fiecare

4. Observați

Nota: Se pot folosi plante de tomate în loc de semințe, dacă este cazul.

B}. Alelopatie: Semințe de tomateBioanaliză doză/răspuns

Concentrarea cercetării:

Consiliați elevii să discute ideea că numai anumite cantități de alelotoxine sunt eficiente împotriva altor organisme. Rugați-i să efectueze o cercetare în acest sens. Ca și în cazul activității menționate mai sus, ei pot scana internetul, pot vizita o bibliotecă sau pot fi implicați în comunicări personale cu un profesionist în domeniu.

Pentru discuție:

*De ce anumite cantități de alelotoxine ar fi mai eficiente decât altele?

*Cum ar afecta acest lucru apărarea organismului susceptibil?

*Ce alți factori pot fi implicați?

*Cum putem testa acest lucru?

Efectuarea de diluții pentru a testa pragurile de toxicitate ale unei substanțe chimice

Conduceți un experiment de laborator în care anumite alelotoxine sunt testate la diferite diluții sau concentrații. Aceste diluții, odată observate și analizate, ar trebui să dea o idee despre ce cantități din acea substanță chimică sunt cele mai eficiente împotriva altor organisme. Acest experiment particular utilizează semințele de tomate ca biotest, deoarece roșiile sunt o specie cunoscută ca fiind sensibilă la Juglone. Cu toate acestea, clasa poate decide să folosească alte semințe sau plante (în cazul plantelor, diluțiile vor fi turnate în recipiente sau în soluție, în cazul hidroponiei).

Alelopatie: Semințe de tomate Fișa de date a biotestelor de doză/răspuns

Nume

Data

Chimic testat

Concentrație 100 %

Durata experimentului

Tabelul 1: Date privind germinarea semințelor

Tabelul 2: Date privind germinarea semințelor

Tabelul 3: Date privind germinarea semințelor

Tabelul 4: Date privind germinarea semințelor

: Date privind lungimea radicelelor

Ce caută elevii?

1. Dacă semințele germinează sau nu.

2. Dacă plantele devin sau nu afectate.

3. Pentru schimbări în reacții în funcție de tratamente.

4. Altele: Lăsați-i pe ei să decidă ce să caute și de ce.

Note generale privind procedurile de mai sus:

Culturile solanacee, cum ar fi roșiile, ardeii, vinetele, etc., sunt cele mai sensibile la juglone și, prin urmare, sunt cele mai bune de utilizat.

.