Allelopatia

Allelopatia z gr. - allelon (wzajemny) i pathos (cierpieć)).

Ten termin odnosi się przede wszystkim do substancji chemicznych wydzielanych do podłoża, które hamują wzrost innych organizmów w bezpośrednim otoczeniu (głównie roślin i bakterii) - może pobudzać i hamować kiełkowanie, a także wzrost i rozwój innych gatunków roślinnych żyjących w ich towarzystwie, lub zajmujących bezpośrednio po nich to samo miejsce.

Jest to rodzaj antagonistycznego oddziaływania na siebie populacji, polegający na tym, że populacja A wytwarza substancję szkodliwa dla konkurencyjnej populacji B.

Termin ten wprowadził do literatury naukowej niemiecki badacz Molisch w 1937 roku, a pochodzi od dwóch greckich słów, które oznaczają szkody wzajemne.

Liczne badania przeprowadzone w latach trzydziestych ubiegłego wieku i później, wykazały, że poszczególne gatunki, rosnące w sąsiedztwie, mogą wywierać działanie stymulujące, bądź hamujące, na rośliny innego gatunku lub na bakterie i grzyby.

Zjawisko - to charakter wydzielin produkowanych przez rośliny żywe lub uwalnianych podczas rozkładu osobników martwych oraz mechanizm ich oddziaływania, nie są jeszcze dokładne poznane. Jednak w dalszym ciągu przeprowadzane są badania z tym związane.

Allelopatia może być nie tylko ujemna, ale i dodatnia. Istnieją dwie główne drogi oddziaływań, a mianowicie:
a) wydzieliny gazowe lub płynne nadziemnych części roślin (liście, kwiaty i nasiona) działające bezpośrednio na sąsiednie rośliny, bakterie lub grzyby,
b) bądź pośrednio, po przedostaniu się do gleby jako wydzieliny korzeniowe.

W 1955 r. Kelsey Grammer zaproponował 4 określenia dla rozróżnienia inhibitorów, czyli związków chemicznych powodujących zahamowanie bądź spowolnienie reakcji chemicznej, stwierdzonych w allelopatii:
- antybiotyki,
- marazminy,
- koliny,
- fitoncydy.

Te ostatnie mogą oddziaływać na mikroorganizmy. Są to lotne substancje zwane też atmowitaminami, uważane za substancje ekologicznie aktywne, poprawiające higieniczną jakość powietrza, zanieczyszczonego różnego rodzaju substancjami.
Fitoncydy (gr. phytón = roślina + łac. caedo - zabijany) - związki, substancje, ciała lotne wytwarzane przez rośliny żywe w liściach, kwiatach, nasionach i korzeniach. Mają one właściwości bakterio-, grzybo- i pierwotniakobójcze, bądź hamujące ich rozwój.

Spośród najbardziej znanych roślin produkujących fitoncydy można wymienić:
- jałowiec,
- cebulę,
- czosnek,
- czarną porzeczkę.

Liczne prace wielu autorów wskazują na ich udział w oczyszczaniu powietrza z bakterii, ale także w jonizacji powietrza. Aktywność fitoncydowa zieleni, istotna właściwość higieniczna, uzależniona jest od gatunku rośliny, jej wieku, stadium rozwoju, intensywności fotosyntezy, a także od klimatycznych i glebowych warunków środowiska. Wysoką aktywnością odznaczają się młode i zdrowe liście o intensywnej fotosyntezie. Rośliny uszkodzone (np. przez przycinanie, rąbanie, formowanie, koszenie) wydzielają zwiększone ilości fitoncydów. Fakt ten potwierdziły badania różnych gatunków traw.

Spośród drzew wysoką aktywnością fitoncydową odznaczają się:
- brzoza,
- topola,
- dąb,
- orzech,
- sosna, itp.

Pavlik (1975) podaje, że 1 ha lasu liściastego produkuje w ciągu lata 2 kg fitoncydów, iglastego (sosnowego) 5 kg, jałowcowego około 30 kg i ta ilość wystarczyłaby na zniszczenie drobnoustrojów w mieście średniej wielkości. 1 m sześcienny powietrza miejskiego zawiera około 500 - 800 bakterii, natomiast w pobliskim lesie jest ich tylko 40-50 (Ben‹at, Supuka 1988). Te znaczące różnice w liczbie bakterii przypisuje się wpływowi fitoncydów i innych różnych lotnych substancji. Sosna, brzoza i jałowiec wytwarzają wokół siebie strefę do 3-5 metrów wolną od bakterii.

Marasminy, produkty przemiany materii komórek bakteryjnych (bakterie), wpływające na więdnięcie roślin naczyniowych..
Koliny, związki chemiczne: lotne (etylen, olejki eteryczne, alkohole i in.), płynne (alkaloidy, glikozydy i in.) oraz stałe (np. garbniki), produkowane przez jedne rośliny i działające hamująco.

Allelopatia polega na wzajemnym oddziaływaniu na siebie różnych gatunków roślin (rosnących razem lub uprawianych jedne obok drugich) za pośrednictwem fizjologicznie czynnych substancji: kolin, fitoncydów, marasmin, antybiotyków. Substancje te wydzielane przez żywy organizm roślinny lub uwalniane podczas rozkładu jego resztek, hamują lub pobudzają wzrost i kiełkowanie określonych roślin. Wydzieliny te stymulują także rozwój organizmów zwierzęcych żyjących w glebie. Klasyfikacji typów wydzielin, organizmów je wydzielających i organizmów na nie reagujących dokonano dawno temu, co ilustruje tabela.

Grupa substancji Przykłady związków chemicznych Typowe mechanizmy działania Koliny Etylen, alkaloidy, glikozydy, laktozy, olejki eteryczne, alkohole, aldehydy, skopoletyna Wytwarzane są przez rośliny wyższe, powodują zaburzenia wzrostu oraz rozwoju innych roślin wyższych.

Fitoncydy Allicyna (czosnek), alkaloidy (np. chinina lub emetyna), glikozydy Wytwarzane są przez rośliny wyższe, powodują zahamowanie wzrostu i zaburzają procesy metaboliczne mikroorganizmów.

Marazminy Hormony wzrostowe roślin, śluzy, enzymy: kwas fuzariozy, cytrynowy, szczawiowy i in. Wytwarzane są przez mikroorganizmy, uszkadzają rośliny wyższe, najczęściej powodują rozkojarzenie gospodarki wodnej i szybkie więdnięcie roślin, mogą także modyfikować wzrost roślin, czopować naczynia, rozkładać substancje obronne roślin.

Antybiotyki Penicylina, streptomycyna, chloramfenikol, gentamycyna, neomycyna Działają bakteriostatycznie lub bakteriobójczo, zaburzając syntezę białek, kwasów nukleinowych, składników ściany i błony komórkowej bakterii.

Mówiąc prostym językiem, zjawisko allelopatii polega na tym, że wymienione wydzieliny dla wzrostu i rozwoju jednych roślin są korzystne, a dla innych szkodliwe. Oddziaływanie wydzielin zależy także od ich stężenia. Duże stężenie może hamować rozwój roślin uprawnych, małe natomiast może stymulować, a nawet przyczyniać się do wzrostu plonu.

Posługując się dość luźnym podziałem organizmów \"allelopatycznie aktywnych\" na mikroorganizmy i rośliny wyższe można dokonać uszeregowania substancji przez nie wydzielanych. Wygląda to tak:
Mikroorganizmy chcąc wpędzić rośliny wyższe wydzielają marazminy natomiast działając na mikroorganizmy ( inne ) wytwarzają antybiotyki.

Allelopatia może być zarówno ujemna, jak i dodatnia:

Allelopatia dodatnia:
- fiołek polny lub wyka na żyto,
- cebula lub kalarepa na buraka,
- fasola, kukurydza, groch, rzodkiew i słonecznik na ogórka.
- fasola, kukurydza, kapusta, chrzan, len na ziemniaka.
- groch, sałata, cebula, por, pomidor na marchew.
- kąkol, chaber bławatek, kukurydza na pszenicę.
- koniczyna, lucerna na trawy.
- lnicznik na len.
- marchew, rzodkiew, truskawka, ogórek, szpinak na sałatę.
- rośliny aromatyczne, ziemniak, seler, koper, szałwia, burak, cebula na rośliny kapustne.
- rzeżucha na szarłat.
- ziemniak, groch, fasola, ogórek, dynia, kabaczek, pszenica, bobik na kukurydzę.
- ziemniak, marchew, ogórek, kapusta na fasolę.

Allelopatia ujemna:
- cebula, czosnek, mieczyk na fasolę.
- dynia, kabaczek, ogórek, słonecznik, pomidor, mak polny, komosa biała na ziemniaka.
- fasola, gorczyca na buraka.
- jaskrowate na kukurydzę.
- koper na marchew.
- krwawnik na trawy.
- lulek czarny na koniczynę.
- mak polny, ostrożeń na pszenicę.
- mak polny na jęczmień i żyto.
- truskawka, pomidor, fasola na kapustę
- ziemniak, zioła aromatyczne na ogórka.
- allelopatia akacji - liście akacji zawierają substancje, które uniemożliwiają wzrost innych roślin wokół nich.

Najbardziej znanym przejawem oddziaływań alleopatycznych są antybiotyki wydzielane najczęściej przez grzyby. Biologicznym ich zadaniem jest zahamowanie rozwoju bakterii i innych grzybów, np. przez blokowanie syntezy ich białek (Penicillum wytwarza penicylinę, a Acremonium - cefalosporynę). Również bylice rosnące na półpustynnych terenach wydzielają terpentyny, np. kamforę i alkaloidy, np. absyntynę, które pozwalają kontrolować ich bezpośrednie otoczenie.

Następnym przykładem może być orzech czarny lub orzech włoski.

Wpływ orzecha czarnego na inne gatunki roślin zaobserwowano już bardzo dawno temu, bowiem większość rosnących w obrębie kilkunastu metrów... nikczemnie uśmiercał. Podobne właściwości ma orzech włoski ( Juglans regia ).

Całe zamieszanie wokół orzecha wynika z istnienia jednego związku chemicznego, który dobrze znasz, bowiem wielokrotnie przysporzył Ci kłopotu z brązowymi rękami po akcie usprawiedliwionego łakomstwa. Związek ten, jest utlenioną i przekształconą toksyną..

W książkach można przeczytać, że na dodatek ma on ciekawą właściwość, -uaktywnia się dopiero po pewnym czasie pobytu w glebie i ponoć zalegać tam może do prawie 2 m głębokości. A czego dokonują w organizmie roślinnym związki allelopatyczne:
Przede wszystkim hamują kiełkowanie, ograniczają syntezę białek, zmniejszają dopływ asymilatów, co powoduje zatykanie roślinnych rurek sitowych. Jest oczywiście szereg innych działań tych substancji jak np. hamowanie tworzenia brodawek u roślin motylkowych.

Allelopatia to oddziaływanie również pozytywne, co wykorzystuje się m.in. w projektach tzw. Bioogrodów, czyli układ roślin w takim porządku względem siebie, aby wzajemnie mogły pozytywnie oddziaływać.

Teoria regulowania zachwaszczeniem naszych upraw ma ścisły związek z poznanym i ciągle jeszcze badanym zjawiskiem tzw. allelopatii. Okazuje się bowiem, że pewna ilość chwastów obecna w uprawach roślin działa na nie korzystnie i plonotwórczo.

Plantacje w 100 procentach wolne od chwastów plonują nieco niżej niż plantacje minimalnie zachwaszczone, ale w stopniu nie powodującym zagłuszania rośliny uprawnej przez chwasty.

Chaber bławatek popularnie nazywany modrakiem zachwaszczający silnie pszenicę z powodu konkurencji i zjawiska allelopatii powoduje obniżenie plonowania. Udowodniono jednak w licznych doświadczeniach, że występując w łanie pszenicy w małych ilościach stymuluje jej wzrost i zwiększa plon w stosunku do upraw pszenicy, w której chaber bławatek nie występuje.

W przypadku żyta bardzo korzystny wpływ na jego wzrost, rozwój i plonowanie ma umiarkowane zachwaszczenie perzem. Należy jednak pamiętać, że duże zaperzenie powoduje widoczny spadek plonowania. Korzystna allelopatia występuje także między wydzielinami perzu (oczywiście przy małym zachwaszczeniu) a plonowaniem ziemniaków, o czym może świadczyć popularne w rejonie Wielkopolskie przysłowie ludowe, które mówi że "tam gdzie pyrz, to i pyra tysz".

Mistrzami w wykorzystaniu zjawiska allelopatii są działkowcy. Stosowane przez nich odpowiednie sąsiedztwo warzyw uprawianych na grządkach ma znaczenie ochronne i plonotwórcze. Pozwala nawet bez pomocy pestycydów - skutecznie pozbyć się z ogródka niektórych szkodników o czym świadczyć może następująca strofa w "Panu Tadeuszu" Adama Mickiewicza:
".... na każdym przykopie
Stoją jakby na straży w szeregach konopie,
Cyprysy jarzyn; ciche, proste i zielone.
Ich liście i woń służą grzędom za obronę,
Bo przez ich liście nie śmie przecisnąć się żmija,
A ich woń gąsienice i owad zabija".

Rolnikom natomiast zjawisko allelopatii najbardziej znane jest z faktu "mątwikobójczego" oddziaływania wydzielin korzeniowych gorczycy. Polega to na tym, że wydzielina wprowadza mątwika w błąd i pobudza go do rozpoczęcia cyklu życiowego.

Gorczyca nie jest jednak dla niego rośliną żywicielską - sprzyjającą rozwojowi mątwika - jest nią np. burak cukrowy i ziemniaki. Mątwik pobudzony przez gorczycę nie znajdując pokarmu ginie i jego populacja ulega znacznej redukcji.