Allelopati - Allelopathy

Australiensisk tall kull helt undertrycker groning av story växter såsom visas här trots den relativa öppenheten i baldakinen och riklig nederbörd (> 120 cm / år) vid läget.

Allelopati är ett biologiskt fenomen genom vilket en organism producerar en eller flera biokemikalier som påverkar spiring, tillväxt, överlevnad och reproduktion av andra organismer. Dessa biokemikalier är kända som allelokemikalier och kan ha fördelaktiga (positiv allelopati) eller skadliga (negativ allelopati) effekter på målorganismerna och samhället. Allelopati används ofta snävt för att beskriva kemiskt medierad konkurrens mellan växter, men det definieras ibland mer brett som kemiskt medierad konkurrens mellan alla typer av organismer. Allelokemikalier är en delmängd av sekundära metaboliter , som inte direkt krävs för metabolism (dvs. tillväxt, utveckling och reproduktion) av den allelopatiska organismen.

Allelopatisk interaktioner är en viktig faktor för att bestämma fördelningen arter och överflöd inom växtsamhällen och är också tänkt att vara viktiga i framgången för många invasiva växter . För specifika exempel, se svart valnöt ( Juglans nigra ) , himlens träd ( Ailanthus altissima ), svart kråkbär ( Empetrum nigrum ), prickig knapweed ( Centaurea stoebe ), vitlöks senap ( Alliaria petiolata ), Casuarina / Allocasuarina spp. och nötkött .

Det kan ofta vara svårt i praktiken att skilja allelopati från resurskonkurrens. Medan det förra orsakas av tillsatsen av ett skadligt kemiskt medel i miljön, orsakas det senare av avlägsnandet av viktiga näringsämnen (eller vatten). Ofta kan båda mekanismerna verka samtidigt. Vissa allelokemikalier kan dessutom fungera genom att minska tillgången på näringsämnen. Ytterligare förvirra frågan, produktionen av allelokemikalier kan i sig påverkas av miljöfaktorer som näringstillgänglighet , temperatur och pH . Idag erkänner de flesta ekologer förekomsten av allelopati, men många särskilda fall är fortfarande kontroversiella.

Historia

Termen allelopati från de grekiskt härledda föreningarna allilon - ( αλλήλων ) och - pathy ( πάθη ) (som betyder "ömsesidig skada" eller "lidande") användes först 1937 av den österrikiska professorn Hans Molisch i boken Der Einfluss einer Pflanze auf die andere - Allelopathie (Effekten av växter på varandra - Allelopati) publicerad på tyska. Han använde termen för att beskriva biokemiska interaktioner med hjälp av vilka en växt hämmar tillväxten av närliggande växter. År 1971 publicerade Whittaker och Feeny en recension i tidskriften Science , som föreslog en utökad definition av allelokemiska interaktioner som skulle inkludera alla kemiska interaktioner mellan organismer. 1984 förstorade Elroy Leon Rice i sin monografi om allelopati definitionen till att inkludera alla direkta positiva eller negativa effekter av en växt på en annan växt eller på mikroorganismer genom att biokemikalier frigörs i den naturliga miljön . Under de kommande tio åren användes termen av andra forskare för att beskriva bredare kemiska interaktioner mellan organismer, och 1996 definierade International Allelopathy Society (IAS) allelopati som "Varje process som involverar sekundära metaboliter som produceras av växter, alger, bakterier och svampar som påverkar tillväxten och utvecklingen av jordbruk och biologiska system. " På senare tid har växtforskare börjat byta tillbaka till den ursprungliga definitionen av ämnen som produceras av en växt som hämmar en annan växt. Förvirra frågan mer, zoologer har lånat termen för att beskriva kemiska interaktioner mellan ryggradslösa djur som koraller och svampar .

Långt innan termen allelopati användes observerade människor de negativa effekterna som en växt kan ha på en annan. Theophrastus , som levde omkring 300 f.Kr., märkte de hämmande effekterna av grisgräsalfalfa . I Kina runt det första århundradet CE beskrev författaren till Shennong Ben Cao Jing , en bok om jordbruk och medicinalväxter, 267 växter som hade bekämpningsmedel, inklusive de med allelopatiska effekter. År 1832 föreslog den schweiziska botanisten De Candolle att växtväxtens utsöndringar var ansvariga för ett jordbruksproblem som kallas jordsjukdom .

Allelopati är inte allmänt accepterat bland ekologer . Många har hävdat att dess effekter inte kan skiljas från utnyttjandet konkurrens som uppstår när två (eller flera) organismer försöker använda samma begränsad resurs, till nackdel för den ena eller båda. På 1970 -talet gick stora ansträngningar för att särskilja konkurrenskraftiga och allelopatiska effekter av vissa forskare, medan på 1990 -talet hävdade andra att effekterna ofta var beroende av varandra och inte lätt kunde särskiljas. Men 1994 skrev DL Liu och JV Lowett vid Department of Agronomy and Soil Science, University of New England i Armidale, New South Wales , Australien, två artiklar i Journal of Chemical Ecology som utvecklade metoder för att skilja de allelokemiska effekterna från andra konkurrenseffekter, genom att använda kornväxter och uppfinna en process för att undersöka allelokemikalierna direkt. År 1994 visade MC Nilsson vid Sveriges lantbruksuniversitet i Umeå i en fältstudie att allelopati som utövas av Empetrum hermaphroditum minskade tillväxten av skottplantor med ~ 40%och att resurskonkurrens under marken av E. hermaphroditum stod för kvarvarande tillväxtminskning. För detta arbete satte hon in PVC-rör i marken för att minska konkurrensen under marken eller tillsatte kol till markytan för att minska effekten av allelopati, samt en behandling som kombinerade de två metoderna. Användningen av aktivt kol för att dra slutsatser om allelopati har dock själv kritiserats på grund av kolets potential att direkt påverka växttillväxt genom att förändra näringstillgången.

Vissa högprofilerade arbeten med allelopati har fastnat i kontroverser. Till exempel hälsades upptäckten att (-)- katekin var påstått ansvarig för de allelopatiska effekterna av det invasiva ogräset Centaurea stoebe med mycket fanfare efter att ha publicerats i Science 2003. En forskare, Dr Alastair Fitter , citerades för att säga att den här studien var "så övertygande att den" nu kommer att placera allelopati stadigt tillbaka i centrum. "" Men många av de viktigaste artiklarna som var förknippade med dessa fynd drogs senare tillbaka eller korrigerades väsentligt, efter att det visade sig att de innehöll tillverkade data som visar onaturligt höga halter av katekin i jordar som omger C. maculosa . Efterföljande studier från det ursprungliga labbet har inte kunnat replikera resultaten från dessa indragna studier, och inte heller har de flesta oberoende studier utförts i andra laboratorier. Således är det tveksamt om halterna av (-)-katekin som finns i jordar är tillräckligt höga för att påverka konkurrensen med angränsande växter. Den föreslagna verkningsmekanismen (försurning av cytoplasman genom oxidativ skada) har också kritiserats på grundval av att (-)-katekin faktiskt är en antioxidant.

Exempel

Vitlök senap

Växter

Många invasiva växtarter stör inhemska växter genom allelopati. En berömd fallet påstods allelopathy i öknen buskar . Ett av de mest kända tidiga exemplen var Salvia leucophylla , eftersom det fanns på omslaget till tidskriften Science 1964. Bare zoner runt buskarna antogs vara orsakade av flyktiga terpener som buskarna släpper ut. Men som många allelopatistudier baserades det på artificiella laboratorieexperiment och obefogade extrapolationer till naturliga ekosystem. År 1970 publicerade Science en studie där buskar som bur för att utesluta gnagare och fåglar tillät gräs att växa i kala zoner. En detaljerad historia av denna berättelse finns i Halsey 2004.

Vitlökssenap är en annan invasiv växtart som delvis kan bero på sin framgång till allelopati. Dess framgång i nordamerikanska tempererade skogar kan delvis bero på att det utsöndras av glukosinolater som sinigrin som kan störa ömsesidighet mellan inhemska trädrötter och deras mykorrhizala svampar .

Allelopati har visat sig spela en avgörande roll i skogar, vilket påverkar sammansättningen av vegetationstillväxten och ger också en förklaring till mönstren för skogsförnyelse. Den svarta valnöt (Juglans nigra) producerar den allelokemiska juglonen , som påverkar vissa arter mycket medan andra inte alls. De flesta bevisen för allelopatiska effekter av juglone kommer emellertid från laboratorieanalyser och det är därför fortfarande kontroversiellt i vilken utsträckning juglone påverkar konkurrenternas tillväxt under fältförhållanden. Bladströet och rotutsöndringen av vissa eukalyptusarter är allelopatiska för vissa jordmikrober och växtarter. Den träd himmel , gudaträd producerar allelokemikalier i sina rötter som hämmar tillväxten av många växter.

Ansökningar

Den möjliga tillämpningen av allelopati i jordbruket är föremål för mycket forskning. Aktuell forskning är inriktad på ogräsets effekter på grödor, grödor på ogräs och grödor på grödor. Denna forskning ökar möjligheten att använda allelokemikalier som tillväxtregulatorer och naturliga herbicider för att främja hållbart jordbruk. Ett antal sådana allelokemikalier är kommersiellt tillgängliga eller håller på att tillverkas i stor skala. Till exempel är leptospermone en allelokemikalie i citronflaskborste ( Callistemon citrinus ). Även om det visade sig vara för svagt som en kommersiell herbicid, visade sig en kemisk analog av det, mesotrion (varunamn Callisto) vara effektiv. Det säljs för att kontrollera bredbladiga ogräs i majs men verkar också vara en effektiv kontroll för crabgrass i gräsmattor . Sheeja (1993) rapporterade den allelopatiska interaktionen mellan ogräs Chromolaena odorata ( Eupatorium odoratum ) och Lantana camara på utvalda större grödor.

Många grödor sorter visar starka allelopatisk fastigheter, varav ris ( Oryza sativa ) har mest studerade. Risallelopati beror på sort och ursprung: Japonica-ris är mer allelopatiskt än Indica och Japonica-Indica-hybrid. Mer nyligen rapporterade kritisk granskning av risallelopati och möjligheten för ogräshantering att allelopatiska egenskaper hos ris är kvantitativt ärvda och flera allelopati-inblandade egenskaper har identifierats.

Se även

Referenser

Vidare läsning

  • anon. (Inderjit). 2002. mångfacetterad metod för att studera allelokemikalier i ett ekosystem. I : Allelopati, från molekyler till ekosystem , MJ Reigosa och N. Pedrol, Eds. Science Publishers, Enfield, New Hampshire.
  • Bhowmick N, Mani A, Hayat A (2016), "Allelopatisk effekt av litchi blad extrakt på frögroning av ärt och lafa", Journal of Agricultural Engineering and Food Technology, 3 (3): 233-235.
  • Blum U, Shafer SR, Lehman ME (1999), "Bevis för hämmande allelopatiska interaktioner som involverar fenolsyror i fältjord: begrepp kontra en experimentell modell", Critical Reviews in Plant Sciences , 18 (5): 673–693, doi : 10.1016/S0735-2689 (99) 00396-2 .
  • Einhellig, FA 2002. Fysiologin för allelokemisk handling: ledtrådar och åsikter. I : Allelopati, från molekyler till ekosystem , MJ Reigosa och N. Pedrol, Eds. Science Publishers, Enfield, New Hampshire.
  • Harper, JL 1977. Växternas befolkningsbiologi . Academic Press, London.
  • Jose S. 2002. Allelopati av svart valnöt: vetenskapens nuvarande tillstånd. I : Kemisk ekologi av växter: Allelopati i vatten- och terrestra ekosystem , AU Mallik och anon. (Inderjit), Eds. Birkhauser Verlag, Basel, Schweiz.
  • Mallik, AU och anon. (Inderjit). 2002. Problem och utsikter i studien av växtallelokemikalier: en kort introduktion. I : Kemisk ekologi av växter: Allelopati i vatten- och terrestra ekosystem , Mallik, AU och anon., Eds. Birkhauser Verlag, Basel, Schweiz.
  • Muller CH (1966), "Rollen för kemisk hämning (allelopati) i vegetationskomposition", Bulletin of the Torrey Botanical Club , 93 (5): 332–351, doi : 10.2307/2483447 , JSTOR  2483447 .
  • Reigosa, MJ, N. Pedrol, AM Sanchez-Moreiras och L. Gonzales. 2002. Stress och allelopati. I : Allelopati, från molekyler till ekosystem , MJ Reigosa och N. Pedrol, Eds. Science Publishers, Enfield, New Hampshire.
  • Rice, EL 1974. Allelopati . Academic Press, New York.
  • Sheeja BD 1993. Allelopatiska effekter av Eupatorium odoratum L. och Lantana camara, L. på fyra stora grödor. M. Phil -avhandling överlämnad till Manonmaniam Sundaranar University, Tirunelveli.
  • Webster 1983. Websters nionde New Collegiate Dictionary . Merriam-Webster, Inc., Springfield, Mass.
  • Willis, RJ (1985), "The historic bases of the concept of allelopathy", Journal of the History of Biology , 18 : 71–102, doi : 10.1007/BF00127958 , S2CID  83639846 .
  • Willis, RJ 1999. Australiska studier om allelopati i eukalyptus : en genomgång. I : Principer och metoder i växtekologi: Allelokemiska interaktioner , anon. (Inderjit), KMM Dakshini och CL Foy, Eds. CRC Press och Boca Raton, FL.

externa länkar