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L'allelopatia è un fenomeno naturale e complesso che è stato al centro di molti scienziati vegetali negli ultimi decenni. I meccanismi relativi all'allelopatia per l'uso nelle colture sono stati oggetto di molte ricerche a partire dagli anni '30, quando Molisch osservò che una pianta ha un effetto diretto o indiretto su una pianta vicina attraverso la produzione e la secrezione di composti chimici nell'ambiente1. L'allelopatia è la produzione di metaboliti secondari che hanno effetti inibitori sulla crescita e la germinazione di alcune specie vegetali. Composti chimici allopatici rilasciati aiutano a fornire alle piante donatrice un vantaggio competitivo aggiungendo fitotossine all'ambiente intorno a loro2. Molti fattori contribuiscono all'attività allelopatica. È selettivo nella sua efficacia e varia tra varietà, condizioni ambientali, fase di crescita, stress, ambiente e disponibilità di nutrienti3.
Negli ultimi anni, l'allelopatia è stata evidenziata nella ricerca come possibile supplemento alla costante e crescente crisi di controllo delle erbacce. Con la crescente popolazione globale, la domanda di prodotti alimentari e fibre sostenibili è aumentata di4. Il controllo delle erbacinie è una delle maggiori minacce alla produzione degli agronomi5,6. I metodi tradizionali di controllo delle erbacce si concentrano sulle pratiche meccaniche, chimiche e culturali. L'uso continuo di erbicidi, pur efficace, utile ed efficiente, ha promosso l'evoluzione delle popolazioni di erbacce resistenti ad un ritmo allarmante e veloce7. L'ingegneria genetica e le pratiche di allevamento sono state utilizzate in modo efficace per dare alle colture vantaggi competitivi rispetto alle erbacce progettandole per resistere ad applicazioni chimiche che i loro vicini non possono sopravvivere7,8. Anche se efficaci, queste tecnologie non sono sempre sostenibili e talvolta pongono preoccupazioni di superamento9. È necessario introdurre pratiche di gestione supplementari delle erbacine se si vuole che l'obiettivo di aumentare la produzione alimentare venga raggiunto10. Allelopatia mostra eccellente promessa come un nuovo strumento di difesa per le colture per migliorare la loro qualità e sopravvivere ai loro concorrenti1,7.
Le sostanze chimiche sono spesso prodotti secondari, e poiché la loro produzione è fortemente influenzata da fattori ambientali, i composti specifici associati alla soppressione delle piante possono essere difficili da identificare3. I fattori di produzione includono la genetica e l'azione congiunta dei metaboliti secondari che possono agire in modo sinergico11,12. È difficile separare l'attività allelopatica dalla concorrenza che esiste naturalmente all'interno delle interazioni di erbaccia delle colture, e per questo motivo, quando lo screening per l'alleloropatia ci deve essere una serie standard di risultati che qualificano il saggio come valido e ripetibile. Di seguito è riportato un insieme di criteri che qualifica i risultati dell'allelopatia come delineato da Olofsdotter et al.12 1) Una pianta deve dimostrare la soppressione di un'altra pianta in un modello; 2) Le sostanze chimiche che vengono rilasciate nell'ambiente in quantità bioattive devono essere prodotte dall'impianto donatore; 3) Le sostanze chimiche prodotte devono essere trasportabili all'impianto ricevente; 4) Alcuni meccanismi di assorbimento devono essere presenti nell'impianto ricevente; 6) Il modello di inibizione osservato non deve avere altre spiegazioni esclusive (ad esempio, la concorrenza per le risorse)12.
Nel tentativo di superare la barriera tra la mancanza di conoscenza dei meccanismi che supportano l'allelopatia e lo sviluppo della varietà, i tratti fenotipici associati alle varietà allelopatiche possono essere identificati e selezionati per ulteriori ricerche e usi. Alcune piante note per avere qualità allelopatiche sono segale, sorgo, riso, girasole, colza e grano13. Durante le prime osservazioni dell'allelopatia nelle colture, a causa dei confini distintivi della crescita delle erbasi negli esperimenti sul campo, è stato proposto che fossero coinvolte sostanze chimiche piuttosto che la concorrenza per le risorse14. Tuttavia, la maggior parte degli studi sono stati esperimenti sul campo che hanno reso impossibile eliminare la concorrenza come fattore14. Gli sforzi di eliminazione della concorrenza hanno lasciato il posto a esperimenti di laboratorio e serra nel tentativo di dimostrare e quantificare l'attività allelopatica nel riso e in altre colture. I metodi sul campo e in serra per vagliare le piante per l'allelopatia dimostrano che le tendenze allelopatiche sono presenti in entrambe le condizioni di crescita11,15. Alcuni critici ritengono che gli screening di laboratorio possono avere solo un valore limitato a causa della mancanza di condizioni naturali, che possono influenzare i risultati15.
Il metodo proposto per lo screening del potenziale allelopatico nelle piante fornisce risorse e spazio adeguati ed elimina la concorrenza delle risorse con l'uso di una struttura a gradini11,17. Il metodo è stato adattato e modificato da esperimenti precedenti esplorando l'allelopatia in erba e orzo17,18. Questi studi hanno scoperto che un sistema simile era in grado di produrre risultati accurati sul potenziale allelopatico di una pianta bersaglio, eliminando ogni dubbio che le osservazioni potessero essere attribuite alla concorrenza naturale. Il metodo della scala crea un sistema circolatorio in cui una soluzione nutritiva da un serbatoio può scorrere ogni pianta fino a un vassoio di incubazione attraverso pochi passaggi. Una pompa elettrica quindi ricicla la soluzione insieme a eventuali sostanze allelochimiche prodotte18. Un metodo di questo tipo è efficiente sia nel tempo che nello spazio e nelle risorse. Fornisce anche condizioni di campo simili per gli impianti ed elimina qualsiasi concorrenza di risorse. I metodi e gli strumenti utilizzati per lo screening sono facilmente manipolati per adattarsi agli obiettivi di studio desiderati, alle condizioni e alle specie specifiche. L'obiettivo di questo studio è quello di confermare l'allelopatia del riso erbacce attraverso misurazioni di soppressione dell'altezza sulla erba del cortile con l'uso del metodo della scala-step.