5.1. Procesele fiziologice
Deøi s-au fåcut cercetåri amånunõite asupra inhibiõiei creøterii de cåtre alelochimicale (tabel), mecanismele fiziologice øi moleculare cere duc la aceastå inhibiõie nu au fost studiate îndeajuns. Cel mai important motiv în lipsa înõelegerii acestui mecanism de acõiune este cå cele mai mari efecte alelopatice în condiõii naturale sunt fie sinergetice, fie aditive øi este dificil de studiat, modul de acõiune al fiecåruei substanõe în parte. Pragul de concentraõie al compuøilor ce afecteazå procesele plantei variazå cu tipul de compus, specie øi concentraõie (Rice 1987).
5.1.1. Creøterea plantelor
Efectul alelochimicalelor asupra creøterii plantelor de culturå øi asupra buruienilor au fost studiate timp îndelungat. S-a constatat cå multe alelochimicale reduc creøterea rådåcinilor øi låstarilor, reduc extinderea frunzelor øi 10510s1817k determinå ofilirea plantelor la o serie de plante de culturå (Blum øi Dalton 1985; Blum øi colaboratorii 1984; Einhelling øi colaboratorii; Holappa øi Blum 1991; Klein øi Blum 1990; Waters øi Blum 1987). Diviziunea celularå øi elogaõia sunt faze senõiale în creøtere øi dezvoltare. În acest fel alterarea acestui proces ar avea un efect direct asupra creøterii plantelor. O scådere a procesului de elongaõie în peretele celular la Oryza sativa coleoptiles datoritå acidului ferulic, a fost corelatå cu scåderea creøterii la råsadurile de orez (Kamisaka øi colaboratorii 1990; Tau øi colaboratorii 1991, 1992). Scåderea procesului de elongaõie a celulelor a fost observatå în celulele rådåcinii la castravete, tratat cu umbeliferon (Jankay øi Luller, 1976) în timp ce substanõele volatile de la Salvia (cineola øi camfor) reduc atât diviziunea celularå cât øi elongaõia hipocotilului de castravete (Muller, 1965). Încetinirea procesului de elonpatie a peretelui celular se datoreazå acumulårii unei mari cantitåõi de ligninå ceea ce face pereõii celulari mai rigizi (Tau øi colaboratorii 1992). Pa lângå elongaõie unele alelochimicale cum ar fi acidul parosorbic, cumanic øi scopoletina inhibå mitoza rådåcinii (Avers øi Goodwin 1956). Deøi aceste studii aratå interferenõa alelochimicalelor cu diviziunea celularå øi elongaõia. Nu avem dovezi care så arate contribuõia acestor procese la inhibiõia creøterii datoritå substanõelor alelochimice.
Interacõiune cu hormonii. De mult timp s-a observat cå multe substanõe alelochimice interacõioneazå cu factori care regleazå creøterea plantelor fie sinergetic, fie aditiv în timp ce-øi exercitå propria acõiune. Diverse substanõe alelochimice albereazå nivelurile acidului indolil-acetic prin modificarea activitåõii oxidazei acidului indolil-acetic. Nivelul alterat al acidului indolil-acetic a fost observat în råsadurile tratate cu acid ferulic (Tayal øi Sharma 1985) øi interacõiunea sinergeticå între acidul indolil-acetic øi fenoli în fixarea ovåzului øi råsadurile de mazåre (Tomaszewski øi Thimann 1966). Scåderea lungimii rådåcinii în prezenõa acidului indolil-acetic øi ferulic indicå o naturå autogonistå a acidului ferulic faõå de acidul indolil-acetic (Tayal øi Sharma 1985). S-a observat de asemenea un efect interactiv similar a fenolului øi a auxinei în reglarea formårii rådåcinilor la mangrove (Kathiresan øi colaboratorii 1990). Depinzând de acõiunea lor asupra acidului indolil-acetic mulõi dintre compuøii fenolici sunt împårõiõi în douå grupe (Lee øi colaboratorii 1980) :
-fie cei care determinå distrugerea acidului indolil-acetic (acidul p-cumoric hidroxibenzoic, vanilic, siringic øi floretic)
-sau acizi care inhibå distrugerea acidului indolil-acetic (acid clorogenic, cofeic, ferulic øi protocatecni).
Inhibarea elongaõiei mediate de auxinå în celulele hipocotilului de orez de cåtre acidul ferulic a fost de asemenea observat (Ishii øi Saka 1992; Kamisaka øi colaboratorii, 1990). Multe dintre alelochimice interacõioneazå cu acidul giberelic, fie prin legarea de molecule, fie prin inhibarea procesului mediat de acidul giberelic. Rasmussen øi Eunheillig au observat o inhibaõie a germinårii stimulatå de acidul giberelic la Sorghum de cåtre acidul ferulic împreunå cu acidul p-cumaric øi vanilic. Un mare numår de toxine inhibå creøterea induså de acidul giberelic împreunå cu reducerea la amilazå øi sinteza acid fosfatozei în endospermul seminõelor de orz (Corcoran øi colaboratorii, 1972; Jacobsen øi Corcoran, 1977). O inhibiõie similarå a enzimelor hidrolitice s-a observat la seminõele de porumb tratte cu acid ferulic (Devi øi Prasad, 1992). De cele mai multe ori reglarea creøterii de cåtre sunstanõele alelochimice depinde de afinitatea sa faõå de acidul abscisic. Ray øi Laloroya (1983) au observat interacõiunea compuøilor fenolici cu acidul giberelic øi abscisic în acõiunea asupra proceselor mediate de ei. Inhibarea creøterii la råsadurile de castravete datorat acidului ferulic øi a altor compuøi fenolici a fost asociatå cu creøterea nivelului acidului abscisic (Holappa øi Blum 1991; Li øi colaboratorii 1993).
Deøi aceste observaõii aratå natura interactivå a substanõelor alelochimice cu factorii care regleazå creøterea plantelor, nu existå nici o dovadå concludentå privind aceste interacõiuni în reglarea creøterii.
Enzime - Multe dintre substanõele alelochimice modificå fie activitatea unor enzime. Activitatea G6P (G6P -glucozå-6 -fosfat) dehidrogenozå a fost inhibatå cu acidul ferulic øi alõi compuøi fenolici (Hoover øi colaboratorii, 1977). Cel mai adesea, multe din alelochimice exercitå efecte duble în reglarea activitåõii enzimelor, adicå concentraõii scåzute tind så activeze, în timp de concentraõii ridicate inhibå enzimele. Creøterea activitåõii câtorva, enzime oxidative (peroxidozå, catalozå, acid acetic indol oxidoza) a fost observatå la råsadurile de porumb tratate cu acid ferulic (Devi øi Prosad, 1996), împreunå cu creøterea considerabilå a femil-propanoid enzimelor ca : fenil-alamin-amonializå øi cianamin-alcool-dehidrogenozå, astefl activând metabolismul femiol-propanoid øi oxidativ. Mai departe, în cele mai multe situaõii alelopatice o descreøtere în activitatea enzimelor fixatoare de nitrogen ca : nitrat reductozå, a fost observatå. (Dhir, 1992; Jain øi Srivastava, 1981). La porumb, Devi øi Prosad (1992) au raportat natura inhibitoare a acidului, ferulic asupra enzimelor hidrolitice, adicå amilozå, maltozå, învertozå, proleozå øi acid fosfatozå care sunt implicate în mobilitatea rezervelor de harnå; autorii spun cå aceste schimbåri cresc inhibiõia.
5.1.2. Respiraõia
Substanõele alelochimice inhibå sau distrug respiraõia plantelor în funcõie de vârstå. Metabolismul respirator a prezentat o descreøtere sau o creøtere depinzând de natura chimicå øi de concentraõia substanõelor implicate. Inhibiõia absorbõiei de O2 de mitocondrii izolate a fost cauzatå de manoterpene volaõile de la Salvia, în timp ce nici un efect nu a fost observat asupra respiraõiei rådåcinii (Muller øi colaboratorii 1969).
Pe lângå planta întreagå multe dintre alelochimice au fost testate pentru efectul asupra respiraõiei folosind mitocondrii izolate. Juglona inhibå respiraõia prin inhibarea intermediarilor cuplaõi în fosforilorea oxidativå øi încetinirea fluxului de electroni spre O2. În contrast alelochimicele ca øi cumarina, diferite aldehide, acidul cinomic øi acidul benzoic stimuleazå absorbõia O2 de cåtre celulele de drojdie la o concentraõie de 1mM (Van Sumere øi colaboratorii, 1971). Oricum nici o legåturå nu a fost stabilitå între creøterea øi scåderea respiraõiei când au fost testaõi fenoli. Ravanel (1986) a observat capacitatea flovonelor øi flovoneidelor de a decupa, fosforilarea oxidativå din mitocondria izolatå de cartof (Ravanel øi colaboratorii, 1982). În plus la acestea derivaõii acizilor cinomic øi benzoic sunt cunoscuõi ca inhibitori ai oxidårii succinotrelui øi malotului (Moreland øi Novitzky 1987; Ravanel øi Tissut, 1986). Multe din chinone decupleazå fosforilarea oxidativå (Marelond øi Novitzky, 1987). Numeroase calcone sunt cunoscute ca inhibitori ai sintezei ATP-ului în mitocondrie prin decuplarea transferului de electroni øi a fosforilårii (Ravanel øi colaboratorii 1982; Tereda 1980). Câteva flovonoide sunt cunoscute de asemenea ca inhibitori ai respiraõiei prin inhibarea ATP-ului mitocondrialå øi interferarea cu energizarea membranei (Lang øi Racker 1974; Moreland øi Novitzky 1987). Câõiva din compuøii fenolici sunt cunoscuõi ca reducåtori ai respiraõiei ciupercilor din micorize (Bouifalis øi Pellissier, 1994; Pellissier, 1993 a).
5.1.3. Fotosinteza
Fenomenul de alelopatie conduce frecvent la o scådere a producõiei de substanõå uscatå însoõitå de o descreøtere a capacitåõii fotosintetice a plantelor. Patterson (1981) a raportat capacitatea acizilor ferulic, cinomic, p-cumeric, vanilic øi galic de a scådea fotosinteza netå. Reduceri similare au fost observatå în asimilarea de CO2 la 3 plante ierboase (Lodhi øi Nickell, 1973). Devi øi Prasad 1996 b au consemnat o scådere a asimilårii de CO2 la porumb concomitent cu reducerea conductanõei stomatelor la råsadurile tratate cu acid ferulic. Mai departe, Blum øi Rebbeck 1989, au observat o reducere considerabilå a proporõiei de C alocatå rådåcinilor ca urmare a reducerii ratei fotosintetice øi a conõinutului de clorifilå. A fost observata natura inhibitoare a cumarinei øi acizilor cinomic øi benzoic asupra fotosintezei la Lemna (Einhellig øi colaboratorii, 1985). În adaos la acõiunea lor la nivelul întregii plante, multe substanõe alelochimice pot de asemenea inhiba evoluõia dependentå a CO2 de O2 øi fotofosforilarea tilocoizilor izolaõi (Arntzen øi colaboratorii, 1974; Einhellig øi colaboratorii, 1970; Morelond øi Novitzky, 1987). Aceastå reducere a fost atribuitå unei inhibiõii în rata transportului de electroni øi unei descreøteri în eficienõa ATP-ozei membronare cloroplastice (Moreland øi Novitzky, 1987). Mersie øi Singh (1993) a observat o inhibiõie în eficienõa fotosinteticå a cloroplastelor de cåtre compuøii fenolici.
În majoritatea situaõiilor scåderea fotosintezei a fost corelatå cu descreøterea conõinutului de clorofilå øi a conductanõei stomatelor (Chauder 1988; Choudhary, 1990; Patterson, 1981; Todorov, 1992). Experimentele efectuate cu cloroplaste izolate au aråtat implicarea substanõelor alelochimice în transportul de electroni øi fotofosforilare. Sharma øi Singh, (1987) au observat o limitare a dozei dependente în intersecõia orezului cu acidul taninic øi benzoic. Reduceri similare au fost observate în rata transportului de electroni ai cloroplastelor de la råsadurile trate cu acid ferulic (Devi øi Prosad, 1996 b). O altå flovonoidå cunoscutå, Kaemfeferol; inhibå fotofodfotilarea tilocoidelor de mazåre, acõionând ca un inhibitor al transferului de energie (Arntzere øi colaboratorii, 1974). Alelochimicalele ca dihidrocaleona-glucozid, florizinå øi câõiva compuøi fenolici, intervin în organizarea structura øi funcõionarea membranei cloroplastelor (Arntzen, 1971; Moreland øi Novitzky ,1987; Muzafarov øi colaboratorii, 1988).
Studii asupra acõiunii substanõelor alelochimice în fotosintezå, fie la nivelul întregii plante, fie la nivelul cloroplastului, au demonstrat capacitatea acestor compuøi de a scådea metabolismul. De fapt câteva substanõe alelochimice, numite fenoli substituiõi mimeazå acõiunea ierbicidelor fenolice în inhibarea fotosintezei, øi posibilitatea unei relaõii apropiate a unor alelochimicale cu ierbicidele nu poate fi excluså.
5.1.4. Conductanõa stomatelor
Multe dintre substanõele alelochimice induc închiderea stomatelor øi afecteazå conductanõa stomatelor în funcõie de concentraõie. Studii cu acizi ferulici, p-cumonic, cinomic au aråtat capacitatea lor de a inversa acidul abscisic care mediazå închiderea stomatelor prin creøterea ionilor de potasiu, când testele s-au fåcut la o concentraõie scåzutå (Laloraya øi colaboratorii, 1986; Manthe øi colaboratorii, 1992; Purohit øi colaboratorii, 1991, 1994). Oricum la concentraõii mari aceeaøi fenoli induc închiderea stomatelor (Purohit øi colaboratorii, 1991). Prin descreøterea turgescenõei celulei la fel cum majoritatea fenolilor sunt bine cunoscuõi pentru scåderea cantitåõii de apå (Blum øi Rebbeck, 1989; Klein øi Blum, 1990). Acidul tanimic induce închidertea stomatelor la o concentraõie de 1m M (Einhellig, 1971). Extractele apoase din frunzele de Kochia øi Helianthus induce închiderea stomatelor la Sorghum øo soia când este introdus în soluõii nutritive (Colton øi Einhellig, 1980; Einhellig øi Schon, 1982; Einhellig øi colaboratorii 1985). Câõiva compuøi fenolici intervin în conductanõa stomatelor (Balke 1985; Blum øi Dalton ,1985; Einhellig øi Huan, 1971; Einhellig øi colaboratorii, 1985; Patterson, 1981). Scopoletina øi acidul clorogenic la 0,5 1m M scad conductanõa stomatelor la tutun øi floarea soarelui într-un mod similar cu efectul lor asupra fotosintezei (Einhellig øi Kuan, 1971). Acidul ferulic la concentraõii scåzute (0,25 øi 0,2 m M) cresc fotosinteza øi conductanõa stomatelor la porumb în timp ce concentraõii mari (1 øi 3 m M) inhibå procesele (Devi øi Prosad, 1996 b).
5.1.5. Bilanõul hidric
Absorbõia apei care este esenõialå pentru a menõine turgescenõa în celule, este afectatå de numeroase substanõe alelochimice. O descreøtere considerabilå a potenõialului apei în frunzå øi utilizarea apei la soia, castravete Sorghuni øi roøii (Blum øi Dalton, 1985; Blum øi colaboratorii, 1985; Patterson, 1981) a fost observatå cu acizii : ferulic, p-cumonic, cofeic øi galic . În schimb Blum øi colaboratorii (1985); Klein øi Blum (1990), nu au observat nici o modificare în potenõialul apei la fasole, indicând sensibilitaõi diferite ale plantelor la substanõele alelochimice. Mai mult o descreøtere a conductanõei stomatelor, transpiraõiei øi creøterii frunzelor a fost atribuitå unei reduceri a potenõialului de apå (Einhellig øi colaboratorii, 1985), datoritå reducerii potenõialuluiosmotic øi presiunii turgescenõei. Astfel impactul sunbtanõei alelochimice asupra plantelor poate fi mediat prin modificåri ale nivelului apei în plantå.
5.1.6. Absorbõia ionilor
Absorbõia ionilor øi nutrienõilor din sol este inhibat în cele mai multe situaõii alelopatice. În câteva situaõii a fost observatå o descreøtere a conõinutului în minerale sau o scådere a capacitåõii plantei de a absorbi minerale din sol sau din soluõii. Bergmark øi colaboratorii (1992) au demonstrat o inhibiõie a absorbõiei ionilor de nitrat, amoniac øi potasiu la rådåcinile de porumb crescuute în prezenõå acidului ferulic. Booker øi colaboratorii (1992) au observat o inhibiõie a absorbõiei potasiului. A fost observatå inhibiõia obsorbõiei ionilor de fosfat la rådåcinile de porumb (Devi, 1994; Glass 1975; McClure øi colaboratorii, 1978) øi absorbõia potasiului de cåtre rådåcinile de Hordeum vulgare (Glass, 1974) øi Avena sativa (Harper øi Balke, 1981) cu acid ferulic exogen. Lyu øi Blum (1990) au observat o inhibiõie în capacitatea rådåcinilor de a absorbi potasiu øi fosfor. Acidul salicilic, chiar øi la concentraõii scåzute inhibå absorbõia de potasiu (Klein øi Blum 1990) øi concentraõii scåzute de acid ferulic (100m M) sunt cunoscute ca inhibitori ai absorbõiei de rubidiu la trandafir (Danks øi colaboratorii, 1975). Inhibiõia a fost observatå a fi mult mai pronunõatå de un pH scåzut (Devi 1994; Harper øi Balke,1981). În plus la o inhibiõie în capacitatea de absorbõie a rådåcinilor a fost observata adeseori o scådere în acumularea de minerale. O descreøtere a nivelului de K øi Mg la Sorghum a fost observatå sub influenõa acidului ferulic (Glass, 1976). Creøterea nivelului de azot øi descreøterea celui de fosfat la buruieni a fost observatå când solul era bogat în acid clorogenil (Hall øi colaboratorii ,1983). Pe lângå plantele de culturå astfel de oscilaõii minerale au fost constatate øi la plantele de pådure. Volatizarea la Festuca descreøte nivelul de fosfat øi creøte cel de potasiu. În timp ce capacitatea inhibitoare a substanõelor alelochimice asupra acumulårii de minerale este evidentå, nivelul acumulårii de minerale este evidentå, nivelul toxicitåõii pare a fi dependent de plante restatå, concentraõia de compuøi testaõi øi de diferiõi factori biotici øi abiotici. Pe lângå acõiunea directå asupra plantei sunstanõele alelochimice exercitå de asemenea o influenõå indicând asupra absorbõiei de minerale prin inhibarea micorizelor din sol, indicând complexitatea sistemului de evaluare a modului de acõiune a substanõelor alelochimice (Perry øi Choquette, 1987).
Potenõialul substanõelor alelochimice depind de coeficientul lipidic de partiõie, adicå, capacitatea lor de a fi solubile în membrane, lipidice. Dependent de coeficientul de partiõiei, Glass (1975) a clasificat potenõialul derivaõilor acidului benzoic øi cinomic de a inhiba absorbõia fosfatului. Cu cât coeficientul de partiõie este mai mare cu atât acõiunea substanõelor alelochimice este mai inhibitoare asupra absorbõiei nutrienõilor. Glass øi Dunlop (1974) au demostrat capacitatea majoritåõii compuøilor fenolici de a depolariza membrana øi au corelat rata de depolarizare øi inhibiõie a absorbõie ionilor. Inhibiõia a fost noncopetitivå (Glass, 1973, 1975; McClure øi colaboratorii, 1978). Astfel inhibiõia absorbõiei de ioni este de o importanõå considerabilå în condiõii naturale øi în special în condiõii acide unde efectele sunt mai pronunõate.
5.1.7. Permeabilitatea membranei
Multe din substanõele alelochimice, în particular mulõi din derivaõii fenolici, flavone øi flavonoide distrug proprietåõie membranei (Moreland øi Novitzky, 1987). De fapt, reducerea în multe procese fiziologice cum ar fi absorbõia ionilor, respiraõia øi fotosinteza este datoratå unor modificåri structurale øi funcõionale ale membranei. În câteva cazuri, a fost observatå depolarizarea membranei. Derivaõii acizilor benzoic øi cinomic depolarizeazå membrana øi extinderea distrugerii depinde de capacitatea de a fi solubili în lipidele membranei (Glass, 1973). Pe lângå depolarizare multe substanõe alelochimice fenolice se amestecå cu ATP-aza membranarå, care furnizeazå energia necesarå pentru funcõionarea lor (Morelond øi Novitzky, 1987). Acidul salicilic descreøte conõinutul în ATP la rådåcinile de ovåz (Balke, 1985). Câõiva compuøi fenolici, chimone, terpenoide øi flavonoide decupleazå fosforilarea oxidativå (Moreland øi Novitzky, 1987). Astfel, amestecul substanõelor alelochimice cu APT sintetozå ar modifica funcõiile membranei øi metabolismu plantei.
Pe lângå depolarizarea membranei a fost observatå o creøtere a permeabilitåõii membranei pentru cationi øi amioni însoõitå de întreruperea gradientului de ioni øi efuxului unor ioni (Balke, 1985). Murphy øi colaboratorii, (1993) au observat efluxul ionilor de potasiu când rådåcinile au fost tratate cu acid salicilic au atrubuit aceasta unei descreøteri a potenõialului membranar sau unor modificåri structurale în membranå datorate unei capacitåõi mårite a acidului salicilic de a solubiliza membrana . Reduceri similare au fost observate în permeabilitatea membranei datorate unor lipide membranare modificate (Haijeshi øi colaboratorii, 1992). Deøi studiile nu au putut duce la o concluzie în legåturå cu acõiunea primarå a substanõelor alelochimice este sigur cå acestea intervin în funcõiile membranei în timp ce-øi exercitå acõiunea.
Studii asupra efectelor substanõelor alelochimice asupra proceselor fiziologice ale plantelor øi modurile de acõiune sugereazå cå aceøti compuøi nu acõioneazå într-un singur proces ci au multiple locuri în care-øi exercitå acõiunea. La plante toate aceste procese sunt independente øi ori e schimbare într-un proces ar avea efect asupra celorlalte. În astfel de cazuri sensibilitatea unui proces particular este mult mai importantå decât modul de acõiune al unei substanõe alelochimice. Cercetåtorii folosind combinaõii de diferite substanõe alelochimice care simuleazå condiõii naturale este de o mare impoertanõå pentru a evolua toxicitatea alelochiomicalelor øi pentru a presupune modul lor de acõiune.
|
