Аллелопатия - Allelopathy

Австралийская сосна подстилка полностью подавляет прорастание предыстория растения, как показано здесь, несмотря на относительную открытость навеса и обильные осадки (> 120 см / год) в этом месте.

Аллелопатия это биологический феномен, с помощью которого организм производит один или несколько биохимические вещества которые влияют на прорастание, рост, выживание и размножение других организмов. Эти биохимические вещества известны как аллелохимикаты и могут оказывать положительное (положительная аллелопатия) или пагубное (отрицательная аллелопатия) воздействие на целевые организмы и сообщество. Аллелохимические соединения - это подмножество вторичные метаболиты,[1] которые не требуются для метаболизма (т.е. роста, развития и размножения) аллелопатического организма. Аллелохимические вещества с отрицательными аллелопатическими эффектами являются важной частью защита растений от травоядных.[1][2]

На производство аллелохимических веществ влияют биотические факторы, такие как доступные питательные вещества, и абиотические факторы, такие как температура и pH.

Аллелопатия характерна для некоторых растения, водоросли, бактерии, коралл, и грибы. Аллелопатические взаимодействия - важный фактор в определении распространение видов и изобилие в растении сообщества, а также считаются важными для успеха многих инвазивные растения. Для конкретных примеров см черный орех (Juglans nigra ), водяника черная (Empetrum nigrum ), василек пятнистый (Centaurea stoebe ), чесночная горчица (Alliaria petiolata ), Казуарина /Аллокасуарина виды, и орех.

Процесс, при котором растение получает больше доступных ресурсов (таких как питательные вещества, вода или свет) из окружающей среды без какого-либо химического воздействия на окружающие растения, называется ресурсом. соревнование. Этот процесс не является отрицательной аллелопатией, хотя оба процесса могут действовать вместе, повышая выживаемость видов растений.

История

Термин аллелопатия от Греческий -производные соединения аллело- (ἀλληλο-) и -патия (παθός) (что означает «взаимный вред» или «страдание»), впервые был использован в 1937 году австрийским профессором. Ганс Молиш в книге Der Einfluss einer Pflanze auf die andere - Аллелопатия (Влияние растений друг на друга - Аллелопатия) опубликовано на немецком языке.[3] Он использовал этот термин для описания биохимических взаимодействий, посредством которых растение подавляет рост соседних растений.[4] В 1971 году Уиттакер и Фини опубликовали обзор в журнале Наука, который предложил расширенное определение аллелохимических взаимодействий, которое будет включать все химические взаимодействия между организмами.[3][5] В 1984 году Элрой Леон Райс в своем монография аллелопатия расширила определение, чтобы включить все прямые положительные или отрицательные эффекты растения на другое растение или на микроорганизмы путем высвобождения биохимических веществ в окружающая среда.[6] В течение следующих десяти лет этот термин использовался другими исследователями для описания более широких химических взаимодействий между организмами, и к 1996 году Международное общество аллелопатии (IAS) определило аллелопатию как «любой процесс с участием вторичных метаболитов, производимых растениями, водорослями, бактериями и грибами, которые влияет на рост и развитие сельского хозяйства и биологических систем ».[7] В последнее время исследователи растений начали возвращаться к исходному определению веществ, которые вырабатываются одним растением и подавляют действие другого растения.[3] Запутывая вопрос больше, зоологи заимствовали этот термин для описания химических взаимодействий между беспозвоночные любить кораллы и губки.[3]

Задолго до того, как был использован термин аллелопатия, люди наблюдали негативное воздействие одного растения на другое. Теофраст, жившие около 300 г. до н.э., заметили тормозящие эффекты свинка на люцерна. В Китае примерно в первом веке CE, автор Шэннун Бен Цао Цзин, книга по сельскому хозяйству и лекарственным растениям, описала 267 растений, обладающих пестицидными способностями, включая растения с аллелопатическим действием.[8] В 1832 году швейцарский ботаник De Candolle предложил растениеводство экссудаты были ответственны за проблему сельского хозяйства, названную почвенная болезнь.

Аллелопатия не является общепринятой среди экологи. Многие утверждали, что его эффекты нельзя отличить от соревнование который возникает, когда два (или более) организма пытаются использовать один и тот же ограниченный ресурс в ущерб одному или обоим. Аллелопатия - это прямое отрицательное воздействие на один организм в результате попадания веществ в окружающую среду другим. В 1970-х годах одни исследователи приложили большие усилия для различения конкурентных и аллелопатических эффектов, в то время как в 1990-х другие утверждали, что эффекты часто были взаимозависимыми и их было нелегко различить.[3]

Однако к 1994 году Д.Л. Лю и Дж. В. Ловетт из отдела агрономии и почвоведения, Университет Новой Англии в Армидейл, Новый Южный Уэльс, Австралия, написал две статьи[9][10] в Журнал химической экологии которые разработали методы отделения аллелохимических эффектов от других конкурентных эффектов, используя растения ячменя и изобретая процесс непосредственного исследования аллелохимических веществ. В 1994 году М.-К. Нильссон в Шведский университет сельскохозяйственных наук в Умео в ходе полевого исследования показали, что аллелопатия, вызываемая Эмпетрум гермафродитум снижение роста Сосна обыкновенная саженцы c. 40%, и конкуренция за подземные ресурсы E. hermaphroditum приходилось на оставшееся сокращение роста.[11] Для этой работы она вставила трубы из ПВХ в землю, чтобы уменьшить конкуренцию под землей, или добавила древесный уголь на поверхность почвы, чтобы уменьшить влияние аллелопатии, а также лечение, сочетающее два метода. Однако использование активированного угля для вывода об аллелопатии само по себе подвергалось критике из-за способности древесного угля напрямую влиять на рост растений, изменяя доступность питательных веществ.[12]

Некоторые громкие работы по аллелопатии вызывают споры. Например, открытие, что (-) -катехин якобы ответственен за аллелопатическое воздействие инвазивных сорняков Centaurea stoebe был встречен с большой помпой после публикации в Наука в 2003 г.[13] Один ученый, д-р. Аластер Фиттер, цитируется, что это исследование было «настолько убедительным, что теперь оно« снова вернет аллелопатию в центр внимания »».[13] Однако многие ключевые документы, связанные с этими результатами, были позже отозваны или существенно исправлены после того, как было обнаружено, что они содержали сфабрикованные данные, показывающие неестественно высокие уровни катехина в почвах, окружающих C. maculosa.[14][15] [16] Последующие исследования исходной лаборатории не смогли воспроизвести результаты этих отозванных исследований, как и большинство независимых исследований, проведенных в других лабораториях.[17][18] Таким образом, сомнительно, что уровни (-) - катехина, обнаруженные в почвах, достаточно высоки, чтобы влиять на конкуренцию с соседними растениями. Предлагаемый механизм действия (закисление цитоплазмы через окислительное повреждение) также подвергался критике на том основании, что (-) - катехин на самом деле является антиоксидантом.[18]

Примеры

Горчица с чесноком

Многие инвазивные виды растений влияют на местные растения из-за аллелопатии.[19][20] Известный случай предполагаемой аллелопатии пустыня кусты. Одним из наиболее широко известных ранних примеров был Шалфей лейкофилла, потому что это было на обложке журнала Наука в 1964 г.[21] Предполагается, что оголенные зоны вокруг кустов вызваны летучими терпенами, выделяемыми кустарниками. Однако, как и многие исследования аллелопатии, оно было основано на искусственных лабораторных экспериментах и ​​неоправданных экстраполяциях на естественные экосистемы. В 1970 г. Наука опубликовали исследование, в котором посадка кустарников в клетки, чтобы исключить грызунов и птиц, позволяла траве расти в голых зонах.[22]Подробную историю этой истории можно найти в Halsey 2004.[23]

Горчица с чесноком - еще один инвазивный вид растений, который, возможно, частично обязан своим успехом аллелопатии. Успех в Северной Америке умеренные леса ) частично может быть связано с выделением глюкозинолаты любить синигрин что может мешать мутуализм между корнями местных деревьев и их микоризные грибы.[24][25]

Было показано, что аллелопатия играет решающую роль в лесах, влияя на состав роста растительности, а также дает объяснение закономерностей лесовозобновления.[нужна цитата ] В черный орех (Juglans nigra) производит аллелохимический юглон, который сильно влияет на одни виды, а на другие - нет. Опавшие листья и корневые экссудаты некоторых Эвкалипт виды являются аллелопатическими по отношению к определенным почвенным микробам и видам растений.[26] В дерево небесное, Ailanthus altissima, производит в своих корнях аллелохимические вещества, подавляющие рост многих растений. Темпы оценки аллелохимических веществ, выделяемых высшими растениями в природе, значительно ускорились, что дает многообещающие результаты в полевых исследованиях.[27]

Приложения

Возможное применение аллелопатии в сельском хозяйстве является предметом многочисленных исследований.[28] Текущие исследования сосредоточены на влиянии сорняков на посевы, посевов на сорняки и сельскохозяйственных культур на посевы.[29] Это исследование продвигает возможность использования аллелохимических веществ в качестве регуляторов роста и естественных гербициды, чтобы продвигать устойчивое сельское хозяйство.[30] Ряд таких аллелохимических веществ коммерчески доступен или находится в процессе крупномасштабного производства. Например, лептоспермон является аллелохимическим веществом в лимонной щетке для бутылок (Каллистемон цитринус ). Хотя в качестве коммерческого гербицида он оказался слишком слабым, но его химический аналог, мезотрион (торговое название Callisto), оказалось эффективным.[31] Продается для контроля широколистных сорняки кукурузы, но также кажется эффективным средством контроля крабовая трава в газоны. Sheeja (1993) сообщил об аллелопатическом взаимодействии сорняков. Chromolaena odorata (Евпаторий одоратум) и Лантана камара по избранным основным культурам.

Много урожая сорта проявляют сильные аллелопатические свойства, из которых рис (Oryza sativa ) наиболее изучен.[32][33][34] Аллелопатия риса зависит от сорта и происхождения: рис Japonica более аллелопатический, чем гибрид Indica и Japonica-Indica. Совсем недавно в критическом обзоре аллелопатии риса и возможности борьбы с сорняками сообщалось, что аллелопатические характеристики риса наследуются количественно, и были идентифицированы несколько признаков, связанных с аллелопатией.[35]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Стэмп, Нэнси (март 2003 г.), «Из трясины гипотез защиты растений», Ежеквартальный обзор биологии, 78 (1): 23–55, Дои:10.1086/367580, PMID  12661508.
  2. ^ Френкель, Готфрид С. (май 1959 г.), "Смысл существования вторичных растительных веществ", Наука, 129 (3361): 1466–1470, Bibcode:1959 г., наука ... 129.1466F, Дои:10.1126 / наука.129.3361.1466, PMID  13658975.
  3. ^ а б c d е Уиллис, Рик Дж. (2007). История аллелопатии. Springer. п. 3. ISBN  978-1-4020-4092-4. Получено 2009-08-12.
  4. ^ Роджер, Мануэль Хоакин Рейгоса; Reigosa, Manuel J .; Педрол, Нурия; Гонсалес, Луис (2006), Аллелопатия: физиологический процесс с экологическими последствиями, Springer, стр. 1, ISBN  978-1-4020-4279-9
  5. ^ Whittaker, R.H .; Фини, П. П. (1971). «Аллелохимия: химические взаимодействия между видами». Наука. 171 (3973): 757–770. ISSN  0036-8075. JSTOR  1730763. Получено 2020-10-20.
  6. ^ Райс, Элрой Леон (1984), Аллелопатия, (первое издание, ноябрь 1974 г. тем же редактором) (второе издание), Academic Press, стр. 422 p, ISBN  978-0-12-587058-0
  7. ^ Роджер, Мануэль Хоакин Рейгоса; Reigosa, Manuel J .; Педрол, Нурия; Гонсалес, Луис (2006), Аллелопатия: физиологический процесс с экологическими последствиями, Springer, стр. 2, ISBN  978-1-4020-4279-9
  8. ^ Чанг-Хун Чоу, «Введение в аллелопатию», 2006, Часть 1, 1-9, Дои:10.1007/1-4020-4280-9_1
  9. ^ Лю Д. и Ловетт Дж. (1994) Биологически активные вторичные метаболиты ячменя I. Разработка методов и оценка аллелопатии ячменя. Journal of Chemical Ecology 19: 2217-2230.
  10. ^ Лю Д. и Ловетт Дж. (1994) Биологически активные вторичные метаболиты ячменя. II. Фитотоксичность аллелохимических веществ ячменя Journal of Chemical Ecology 19: 2231-2244.
  11. ^ Нильссон, Мари-Шарлотта (1994). «Разделение аллелопатии и ресурсной конкуренции бореальным кустарником Empetrum hermaphroditum Hagerup». Oecologia. 98 (1): 1–7. Bibcode:1994Oecol..98 .... 1N. Дои:10.1007 / BF00326083. ISSN  0029-8549. PMID  28312789. S2CID  21769652.
  12. ^ Lau, Jennifer A .; Puliafico, Kenneth P .; Копшевер, Джозеф А .; Стельцер, Хайди; Джарвис, Эдвард П .; Шварцлендер, Марк; Штраус, Шарон Й .; Хуфбауэр, Рут А. (2008). «Заключение об аллелопатии осложняется воздействием активированного угля на рост растений». Новый Фитолог. 178 (2): 412–423. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2007.02360.x. ISSN  1469-8137. Получено 2020-11-29.
  13. ^ а б Юн, Кэрол Кэсук (2009-09-09). "Судебные ботаники нашли смертельное оружие травы-убийцы - The New York Times". Газета "Нью-Йорк Таймс. Получено 2020-11-29.
  14. ^ Брендан Боррелл. "Расследование NSF громких отказов заводов закончилось двумя отстранениями". Часы с отводом. Получено 29 ноября 2020.
  15. ^ Шеннон Палус. «Фальсификация образца приводит к седьмому отказу ученого-растениеводства». Часы с отводом. Получено 29 ноября 2020.
  16. ^ Наука, А.А. для А. оф. 2010. Исправления и уточнения. Наука 327: 781–781. Американская ассоциация развития науки.
  17. ^ Перри, Л. Г., Г. К. Телен, В. М. Риденур, Р. М. Каллауэй, М. В. Пашке и Дж. М. Виванко. 2007. Концентрации аллелохимического (+/-) - катехина В почвах Centaurea maculosa. J Chem Ecol 33: 2337–2344.
  18. ^ а б Дюк, С. О., Ф. Э. Даян, Дж. Байса, К. М. Мипагала, Р. А. Хуфбауэр и А. К. Блэр. 2009. Дело против причастности (-) - катехина к аллелопатии Centaurea stoebe (василек пятнистый). Сигналы и поведение растений 4: 422–424. Тейлор и Фрэнсис.
  19. ^ Крейг, Мюррелл; Гербер Эстер; Кребс Кристин; и другие. 2011. ИНВАЗИВНЫЙ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ВЛИЯЕТ НА ПРИРОДНЫЕ РАСТЕНИЯ ЧЕРЕЗ АЛЛЕПАТИЮ. АМЕРИКАНСКИЙ ЖУРНАЛ БОТАНИИ 98 (1): 38-43 Дои:10.3732 / ajb.1000135
  20. ^ Дуглас, Кэмерон Х., Лесли А. Уэстон и Дэвид Вулф. 2011. Фитотоксичность и потенциальная аллелопатия у бледных (Cynanchum rossicum) и черноплодка (C. nigrum) Наука и управление инвазивными растениями 4 (1): 133-141
  21. ^ Muller, C.H., Muller, W.H. и Haines, B.L. 1964. Летучие ингибиторы роста ароматических кустарников. Наука 143: 471-473. [1]
  22. ^ Бартоломью Б. 1970. Голая зона между кустарниками и лугами Калифорнии: роль животных. Наука 170: 1210-1212. [2]
  23. ^ Halsey, R.W. 2004. В поисках аллелопатии: эко-исторический взгляд на исследование химического ингибирования в калифорнийских прибрежных кустах шалфея и chamise chaparral. Журнал Ботанического общества Торри 131: 343-367. В Калифорнийский институт Чапарала также предлагает PDF -форматная версия статьи.[3]
  24. ^ Стинсон, К.А., Кэмпбелл, С.А., Пауэлл, Дж. Р., Вулф, Б. Э., Каллавей, Р. М., Телен, Г. К., Халлет, С. Г., Прати, Д., и Клирономос, Дж. 2006. Инвазивные растения подавляют рост саженцев местных деревьев, нарушая подземные взаимоотношения. PLoS Биология [4]
  25. ^ Чиполлини, Д. 2016. Обзор чесночной горчицы (Alliaria petiolata, Brassicaceae) как аллелопатического растения. tbot 143: 339–348. Ботаническое общество Торри.
  26. ^ К. Сасикумар, Ч. Виджаялакшми и К.Т. Parthiban 2001. Аллелопатические эффекты четырех видов эвкалипта на редграмме (Cajanus Cajan Л.)
  27. ^ Ханх Т.Д., Хонг Н.Х., Сюань Т.Д. Чанг И.М. 2005. Борьба с рисовыми сорняками с помощью медицинских и зернобобовых растений из Юго-Восточной Азии. Защита урожая Дои:10.1016 / j.cropro.2004.09.020
  28. ^ Kong, C.H., Li, H.B., Hu, F., Xu, X.H., Wang, P., 2006. Аллелохимические вещества, выделяемые корнями и остатками риса в почве. Растения и почва, 288: 47-56.
  29. ^ Kong, C.H., Hu, F., Wang, P., Wu, J.L., 2008. Влияние аллелопатических сортов риса в сочетании с вариантами управления культурой на сорняки рисовых полей. Наука о борьбе с вредителями, 64: 276-282.
  30. ^ Чен, X.H., Ху, Ф., Конг, C.H., 2008. Улучшение сортов при аллелопатии риса. Журнал аллелопатии, 22: 379-384.
  31. ^ Cornes, D. 2005. Callisto: очень успешный гербицид кукурузы, вдохновленный аллелохимией. Материалы Четвертого Всемирного конгресса по аллелопатии [5]
  32. ^ Pheng, S., Olofsdotter, M., Jahn, G. и Adkins, S. W. (2009-12) Потенциальные аллелопатические линии риса для борьбы с сорняками при производстве риса в Камбодже. Биология сорняков и борьба с ними, 9 4: 259-266.
  33. ^ Pheng, S., Olofsdotter, M., Jahn, G., Nesbitt, H. and Adkins, S.W. (2009-12) Аллелопатический потенциал линий камбоджийского риса в полевых условиях. БИОЛОГИЯ СОРНЯК И УПРАВЛЕНИЕ, 9 4: 267-275.
  34. ^ Pheng, S., M. Olofsdotter, G. Jahn и S. Adkins. 2010. Использование фитотоксичных растительных остатков риса для борьбы с сорняками. Сорняк. Биол. Управляй. 10: 176-184.
  35. ^ Хан, Т. Д., Сюань, Т. Д. и Чанг, И. М. 2007. Аллелопатия риса и возможности борьбы с сорняками. Анналы прикладной биологии Дои:10.1111 / j.1744-7348.2007.00183.x

дальнейшее чтение

  • анон. (Индерджит). 2002. Многогранный подход к изучению аллелохимических веществ в экосистеме. В: Аллелопатия, от молекул к экосистемам, M.J. Reigosa, N. Pedrol, Eds. Издательство Science Publishers, Энфилд, Нью-Гэмпшир.
  • Бховмик Н., Мани А., Хаят А. (2016), «Аллелопатический эффект экстракта листьев личи на прорастание семян гороха и лафы», Журнал сельскохозяйственной инженерии и пищевых технологий, 3 (3): 233-235.
  • Блюм У., Шафер С.Р., Леман М.Э. (1999), «Доказательства ингибирующих аллелопатических взаимодействий с участием фенольных кислот в полевых почвах: концепции против экспериментальной модели», Критические обзоры в науках о растениях, 18 (5): 673–693, Дои:10.1016 / S0735-2689 (99) 00396-2.
  • Einhellig, F.A. 2002. Физиология аллелохимического действия: ключи и взгляды. В: Аллелопатия, от молекул к экосистемам, M.J. Reigosa, N. Pedrol, Eds. Издательство Science Publishers, Энфилд, Нью-Гэмпшир.
  • Харпер, Дж. Л. 1977. Популяционная биология растений. Academic Press, Лондон.
  • Хосе С. 2002. Аллелопатия черного ореха: современное состояние науки. В: Химическая экология растений: аллелопатия в водных и наземных экосистемах, А. У. Маллик и анон. (Индерджит), ред. Birkhauser Verlag, Базель, Швейцария.
  • Маллик, А. У. и анон. (Индерджит). 2002. Проблемы и перспективы изучения аллелохимических соединений растений: краткое введение. В: Химическая экология растений: аллелопатия в водных и наземных экосистемах, Маллик А.Ю. и анон., ред. Birkhauser Verlag, Базель, Швейцария.
  • Muller CH (1966), "Роль химического торможения (аллелопатии) в составе растений", Бюллетень Ботанического клуба Торри, 93 (5): 332–351, Дои:10.2307/2483447, JSTOR  2483447.
  • Рейгоса, М. Дж., Н. Педрол, А. М. Санчес-Морейрас и Л. Гонсалес. 2002. Стресс и аллелопатия. В: Аллелопатия, от молекул к экосистемам, M.J. Reigosa, N. Pedrol, Eds. Издательство Science Publishers, Энфилд, Нью-Гэмпшир.
  • Райс, Э. 1974 г. Аллелопатия. Academic Press, Нью-Йорк.
  • Шиджа Б.Д. 1993. Аллелопатические эффекты Eupatorium odoratum L. и Lantana camara, L. на четырех основных сельскохозяйственных культурах. Диссертация М. Фил представлена ​​в Университет Манонманиам Сунданар, Тирунелвели.
  • Вебстер 1983. Девятый новый университетский словарь Вебстера. Merriam-Webster, Inc., Спрингфилд, Массачусетс.
  • Уиллис, Р. Дж. (1985), «Исторические основы концепции аллелопатии», Журнал истории биологии, 18: 71–102, Дои:10.1007 / BF00127958, S2CID  83639846.
  • Уиллис, Р. Дж. 1999. Австралийские исследования аллелопатии в Эвкалипт: Обзор. В: Принципы и практика в экологии растений: аллелохимические взаимодействия, аноним. (Индерджит), К.М.М. Дакшини и К. Фой, ред. CRC Press и Бока-Ратон, Флорида.

внешние ссылки