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Die Allelopathie ist ein natürliches und komplexes Phänomen, das in den letzten Jahrzehnten im Fokus vieler Pflanzenwissenschaftler stand. Die Mechanismen der Alleopathie zur Verwendung in Kulturpflanzen sind seit den 1930er Jahren Gegenstand vieler Forschungen, als Molisch feststellte, dass eine Pflanze durch die Produktion und Sekretion chemischer Verbindungen in die Umwelt eine direkte oder indirekte Wirkung auf eine benachbarte Pflanze hat1. Allelopathie ist die Produktion von sekundären Metaboliten, die hemmende Auswirkungen auf das Wachstum und die Keimung einiger Pflanzenarten haben. Freigesetzte allopathische chemische Verbindungen helfen, den Spenderpflanzen einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen, indem phytotoxine der Umwelt um sie herum hinzugefügt werden2. Viele Faktoren tragen zur allelopathischen Aktivität bei. Es ist selektiv in seiner Wirksamkeit und variiert zwischen Sorten, Umweltbedingungen, Wachstumsstadium, Stress, Umwelt und Nährstoffverfügbarkeit3.
In den letzten Jahren wurde die Alleopathie in der Forschung als mögliche Ergänzung zur ständigen und wachsenden Unkrautbekämpfungskrise hervorgehoben. Mit der wachsenden Weltbevölkerung ist die Nachfrage nach nachhaltiger Nahrungsmittel- und Faserproduktion gestiegen4. Unkrautbekämpfung ist eine der größten Bedrohungen für die Produktion von Agronomenkonfrontiert 5,6. Traditionelle Unkrautbekämpfungsmethoden konzentrieren sich auf mechanische, chemische und kulturelle Praktiken. Die kontinuierliche Verwendung von Herbiziden, obwohl effektiv, nützlich und effizient, hat die Entwicklung von resistenten Unkrautpopulationen in einem alarmierend schnellen Tempo gefördert7. Gentechnik und Züchtungspraktiken wurden effektiv eingesetzt, um Pflanzen Wettbewerbsvorteile gegenüber Unkraut zu verschaffen, indem sie sie so gestalteten, dass sie chemischen Anwendungen standhalten, die ihre Nachbarn nicht überleben können7,8. Obwohl diese Technologien wirksam sind, sind sie nicht immer nachhaltig und stellen manchmal überkreuzende Bedenkenauf 9. Zusätzliche Unkrautmanagement-Praktiken müssen eingeführt werden, wenn das Ziel der Steigerung der Nahrungsmittelproduktion erreicht werden soll10. Allelopathy zeigt ausgezeichnete versprechen als ein neues Verteidigungsinstrument für Kulturen, um ihre Qualität zu verbessern und ihre Konkurrenten zu übertreffen1,7.
Allelochemikalien sind oft Sekundärprodukte, und da ihre Produktion stark von Umweltfaktoren beeinflusst wird, können die spezifischen Verbindungen, die mit der Pflanzenunterdrückung verbunden sind, schwierig zu identifizieren sein3. Produktionsfaktoren sind Genetik und die gemeinsame Wirkung von sekundären Metaboliten, die synergistisch wirken können11,12. Es ist eine Herausforderung, allelopathische Aktivitäten von der Konkurrenz zu trennen, die natürlicherweise in pflanzenhaltigen Wechselwirkungen besteht, und aus diesem Grund muss es beim Screening auf Alleopathie einen Standardsatz von Ergebnissen geben, die den Test als gültig und wiederholbar qualifizieren. Im Folgenden finden Sie eine Reihe von Kriterien, die Die Ergebnisse der Alleopathie gemäß Olofsdotter et al.12 1) eine Pflanze muss die Unterdrückung einer anderen Pflanze in einem Muster nachweisen; 2) Die Chemikalien, die in bioaktiven Mengen in die Umwelt freigesetzt werden, müssen von der Spenderpflanze hergestellt werden; 3) Die hergestellten Chemikalien müssen zur Empfängeranlage transportiert werden können; 4) Ein gewisser Aufnahmemechanismus muss in der Empfängeranlage vorhanden sein; 6) Das beobachtete Hemmungsmuster darf keine andere ausschließliche Erklärung haben (z. B. Wettbewerb um Ressourcen)12.
In dem Bestreben, die Barriere zwischen dem Mangel an Wissen über die Mechanismen zur Unterstützung der Allelopathie und Der Sortenentwicklung zu überwinden, können phänotypische Merkmale im Zusammenhang mit allelopathischen Sorten identifiziert und für die weitere Forschung und Verwendung ausgewählt werden. Einige Pflanzen, die allelopathische Eigenschaften haben, sind Roggen, Sorghum, Reis, Sonnenblumen, Raps und Weizen13. Während der ersten Beobachtungen der Alleopathie in Kulturpflanzen wurde aufgrund der ausgeprägten Grenzen des Unkrautwachstums bei Feldversuchen vorgeschlagen, dass Chemikalien beteiligt waren und nicht der Wettbewerb um Ressourcen14. Die meisten Studien waren jedoch Feldexperimente, die es unmöglich machten, den Wettbewerb als Faktor14zu beseitigen. Die Bemühungen zur Beseitigung des Wettbewerbs wichen Labor- und Gewächshausexperimenten, um allelopathische Aktivitäten in Reis und anderen Kulturen zu beweisen und zu quantifizieren. Feld- und Gewächshausmethoden zur Abschirmung von Pflanzen auf Alleopathie zeigen, dass allelopathische Tendenzen in beiden Wachstumsbedingungen vorhanden sind11,15. Einige Kritiker glauben, dass Labor-Screenings nur begrenzten Wert aufgrund des Mangels an natürlichen Bedingungen haben können, die die Ergebnisse beeinflussen können15.
Die vorgeschlagene Methode zum Screening des allelopathischen Potenzials in Pflanzen bietet ausreichende Ressourcen und Raum und eliminiert den Ressourcenwettbewerb durch die Verwendung einer Treppenstufenstruktur11,17. Die Methode wurde von früheren Experimenten zur Erforschung der Alleopathie in Rasengras und Gerste17,18angepasst und modifiziert. Diese Studien ergaben, dass ein ähnliches System in der Lage war, genaue Ergebnisse über das allelopathische Potenzial einer Zielpflanze zu liefern und gleichzeitig alle Zweifel auszuräumen, dass die Beobachtungen auf den natürlichen Wettbewerb zurückgeführt werden könnten. Die Treppenschrittmethode erzeugt ein Kreislaufsystem, bei dem eine Nährstofflösung aus einem Reservoir durch jede Pflanze durch ein paar Schritte zu einer Inkubationsschale radeln kann. Eine elektrische Pumpe recycelt dann die Lösung zusammen mit allen Allelochemikalien produziert18. Eine methode wie diese ist sowohl in Zeit, Raum als auch in Ressourcen effizient. Es bietet auch ähnliche Feldbedingungen für die Anlagen und eliminiert jeglichen Ressourcenwettbewerb. Die Methoden und Werkzeuge, die zum Screening verwendet werden, lassen sich leicht an die gewünschten Studienziele, Bedingungen und spezifischen Arten anpassen. Ziel dieser Studie ist es, die Unkraut-Reis-Alleopathie durch Höhenunterdrückungsmessungen auf Stallgras mit der Treppenstufenmethode zu bestätigen.