Allopathie

Datasheets - Onkruid, Bescherming tegen insecten en plagen, Productiviteit

Samenwerking Bioherbiciden Biofumigatie Onkruidbeheer Onkruidbestrijding door teeltbeheer

De verschillende vrijgavemethoden en effecten van allelochemische stoffen, Z Zhang et al., 2020

Allelopathie is het geheel van biochemische interacties die planten onderling of met micro-organismen aangaan.

Definitie

De oorsprong van het woord komt uit het Grieks allelo (“elkaar”) en pathos (“lijden”, “gevoel”). Deze etymologie impliceert dat deze interacties negatief zijn: competitie om hulpbronnen, verdedigingsmechanismen. De huidige betekenis van allelopathie omvat ook positieve interacties, zoals samenwerking of stimulatie van micro-organismen. Deze interacties verlopen via zogenaamde allelochemische verbindingen, die door de plant in haar omgeving worden vrijgegeven. Meestal zijn deze verbindingen secundaire metabolieten en behoren ze tot zeer diverse biochemische families.

Principes

De chemische verbindingen die een rol spelen in allelopathie kunnen via drie wegen door de plant worden vrijgegeven:

• de wortels (exsudatie)
• de luchtige delen (uitspoeling of verdamping)
• de afbraak van resten van de dode plant

Vrijgavemethoden van allelopathische verbindingen volgens Kobayashi, (2004).

Allelopathie wordt vooral erkend vanwege haar belang bij het beheersen van onkruid op percelen (remmend effect op de groei van onkruiden). Het wordt gebruikt in de rotaties van gewassen, zowel in tussenteelt met bodembedekkers als in teelt met mulch, of zelfs via bioherbiciden. Vanuit een agro-ecologisch teeltbeheerperspectief is allelopathie bijzonder interessant omdat het de interventies van onkruidbestrijding kan beperken, en soms ook een rol speelt in de bestrijding van plagen en plantpathogenen (praktijk van biofumigatie).

Allelochemische stoffen

Per type

Allelochemische stoffen leiden tot interacties tussen individuen van verschillende soorten, het zijn interspecifieke stoffen. Men onderscheidt allomonen, kairomonen en synomonen.

• Allomonen : Een allomoon is een stof geproduceerd door een levend wezen die interageert met een ander levend wezen van een andere soort, ten voordeel van de emitterende soort.

• Kairomonen : Dit is een stof geproduceerd door een levend wezen die interageert met een ander levend wezen van een andere soort, ten voordeel van de ontvangende soort.

• Synomonen : Een synomoon is een stof geproduceerd door een levend wezen die interageert met een ander levend wezen van een andere soort, ten wederzijds voordeel van de emitterende en ontvangende soort.

Per chemische families

De allelochemische moleculen zijn voornamelijk:

• fenolzuren, die de opname van mineralen door de plant kunnen verstoren
• chinonen, die de genexpressie van doelindividuen kunnen beïnvloeden
• terpenen, bekend om de groei van bepaalde planten te remmen door de inactivatie van groeienzymen.

Voorbeelden van allelopathische planten

De walnoot (Juglans nigra): hij geeft een stof af genaamd juglon, voornamelijk via zijn wortels, die de groei van veel andere planten remt, vooral tomaten-, aardappel- en sommige groenteteelten.

De eucalyptus (geslacht Eucalyptus): zijn bladeren bevatten allelopathische essentiële oliën die, bij afbraak, de kieming van naburige planten kunnen beperken.

De rijst : sommige rijstrassen produceren allelopathische stoffen die de groei van onkruid in rijstvelden kunnen verhinderen.

De knoflook (Allium sativum): hij geeft allelopathische verbindingen af die bepaalde ongewenste kruiden kunnen remmen en ziekten in de bodem kunnen beperken.

Toepassingen in de landbouw

Biofumigatie en glucosinolaten

Glucosinolaten zijn zwavelhoudende secundaire koolhydraatmetabolieten die voornamelijk worden geproduceerd door planten uit de orde Capparales, waartoe ook de kruisbloemigen (Brassicaceae) behoren.

Voorbeelden van diensten en nadelen geleverd door tussenteelten van kruisbloemigen op een breed scala aan pathogenen en nuttige organismen, CA Occitanie, 2018

Kruisbloemigen bekend om biofumigatie

• Bruine mosterd (Brassica juncea): lijkt de sterkste allelopathische werking te hebben. Het bevat hoge concentraties actieve glucosinolaten die vluchtige isothiocyanaten (ITC) produceren met een snelle werking uit de luchtige delen en wortels. In vitro tests toonden aan dat resten van bruine mosterd de myceliumgroei van Aphanomyces euteiches, een pathogene schimmel van erwt, kunnen remmen.

→ Raadpleeg de technische fiche Tussenteelten met allelopathisch effect aanplanten voor meer details over bruine mosterd en het gebruik ervan in het veld.

• Raapzaad (Brassica napus): wordt vaak genoemd vanwege zijn "ontsmettende" eigenschappen dankzij de glucosinolaten in zijn zaden en vegetatieve delen. Zijn teeltresten kunnen bijdragen aan biofumigatie door het vrijgeven van snel en langzaam werkende ITC, respectievelijk uit de luchtige delen en wortels. Bij rijpheid bevatten de vegetatieve delen van raapzaad echter zeer lage concentraties actieve glucosinolaten.
• Witte mosterd (Sinapis alba): bevat lagere totale glucosinolaatconcentraties dan raapzaad en bruine mosterd, wat een minder significant allelopathisch potentieel geeft. Het produceert minder vluchtige ITC dan raapzaad, wat wijst op een langzamere werking. Witte mosterdresten kunnen de myceliumgroei van Aphanomyces euteiches vertragen.
• Zwarte mosterd (Brassica nigra): is een kruisbloemige met potentieel voor effect op voetrot van tarwe, vanwege zijn glucosinolaat-samenstelling.

Allelopathie van onkruid op gecultiveerde planten

• Wilde haver (Avena fatua) vermindert significant de groei van bladeren en wortels van tarwe door zijn wortelexsudaten.

• Ruwe haver (Avena strigosa) heeft een remmend effect aangetoond op de groei van diverse onkruiden, met name een vermindering van biomassa en bedekking.

Allelopathie van gecultiveerde planten op onkruid

• De zonnebloem (Helianthus annuus) heeft een sterk allelopathisch potentieel op veel onkruiden, op de kieming en groei van witte mosterd (Leather, 1983).

• De Eenjarige alsem (Artemisia annua) produceert artemisinine, een molecule met bewezen phytotoxische eigenschappen, die de groei van onkruid remt, zowel in laboratorium als in het veld.

Allelopathie van gecultiveerde planten op andere gecultiveerde planten

Dit kan voortkomen uit de effecten van teeltresten aan het oppervlak of in de bodem, van teeltrotatie, teeltpraktijken, enz.

Luzerne (Medicago saliva L.) is autotoxisch en allelopathisch; de hoogte en het verse gewicht van luzerne zijn lager op een bodem afkomstig van een luzerneveld dan op een bodem afkomstig van een sorghum-veld. De allelopathische verbindingen in de bodem onder luzerne zijn betrokken bij de remming van de groei.

Waterige extracten van afbrekende rijstresten (Oryza sativa) in de bodem remmen de groei van de wortel van sla.

Insecticide effecten

Devakumar en Parmar, (1993), ontdekten dat meer dan 300 planten in staat zijn een groot aantal insecten te verminderen. In Marokko voerden Fahad et al., (2012) een studie uit naar het insecticide effect van wortelexsudaten van Mandragora autumnalis Bertol (mandragora) op Ceratitis capitata. De hoge concentratie van waterige en ethanolextracten van mandragorawortels (30g/20ml en 20g/ml) veroorzaakt verstoringen in het spijsverteringssysteem, wat resulteert in een zwelling van de buik met blokkering van de uitwerpselen bij de anus, wat leidt tot de dood van Ceratitis capitata.

Hydrolyse en belangrijkste afbraakproducten van glucosinolaten.

Nematicide effecten

Kruisbloemigen (Brassicaceae) staan bekend om hun nematicide effect tijdens afbraak. Deze afbraak geeft biocide isothiocyanaten vrij die, onder invloed van het enzym myrosinase, parasitaire nematoden aantasten.

Beperkingen

Hoewel allelopathie een veelbelovend potentieel heeft voor gewasbeheer, stuit de grootschalige toepassing in de landbouw op verschillende beperkingen.

• Onder reële omstandigheden is het uiterst moeilijk om allelopathische effecten te scheiden van competitie om hulpbronnen. Beide fenomenen interageren en beïnvloeden de plantengroei, waardoor het moeilijk is het specifieke effect van allelopathie te isoleren.
• De diversiteit aan allelopathische moleculen die worden geproduceerd, de concentratieniveaus van deze moleculen afhankelijk van soorten en cultivars, en de gevoeligheid van pathogenen voor deze moleculen maken het moeilijk om allelopathische effecten te voorspellen en te generaliseren.
• Omgevingsfactoren zoals klimaat, bodemtype en teeltpraktijken beïnvloeden sterk de expressie van allelopathie. Bijvoorbeeld bodemtextuur, pH, organische stof en stikstofniveaus kunnen de retentie en afbraak van allelopathische verbindingen beïnvloeden.
• Allelopathie beperkt zich niet tot plant-plant interacties, het omvat ook bodemmicro-organismen. Allelopathische verbindingen kunnen niet alleen de gerichte pathogenen beïnvloeden, maar ook gunstige micro-organismen, wat onvoorziene gevolgen voor de bodemgezondheid kan hebben. Het is essentieel om de algehele impact van allelopathische praktijken op het bodemecosysteem te evalueren. Meer onderzoek is nodig om specifieke allelopathische verbindingen, hun werkingsmechanismen, persistentie in de bodem en impact op verschillende bodemorganismen te identificeren.