آللوپاتی
اصطلاح آللوپاتی، یک واژه یونانی است که توسط دانشمندی به نام مولیش (Molish,1937) ابداع شد و از جهت ریشه یابی، از ترکیب دو لغت ریشه ای “allelon” به معنی “دیگری” و “pathos” که به معنی “آسیب و ضرر” میباشد، تشکیل شده است. به این ترتیب ترجمه لغوی و لفظ به لفظ آللوپاتی عبارت است از: “آسیب و زیان یکی علیه دیگری”. تعریف مولیش از آللوپاتی، به دو گروه از واکنش های بیوشیمیایی مفید و مضر در بین همه رده های گیاهی و میکروارگانیسم ها اشاره داشت. رایس (Rice,1984) آللوپاتی را، هر نوع تاثیر مفید یا مضر، مستقیم یا غیر مستقیم یک گیاه (بعلاوه میکروارگانیسم ها) بر روی گیاه دیگر، از طریق تولید ترکیبات شیمیایی و آزاد کردن آنها به محیط اطراف تعریف می کند. آللوپاتی علم نسبتا جوانی است و به شاخه ای از دانش بشر اطلاق می شود که در ارتباط با تولید مولکولهای زیستی و متابولیت های ثانویه (بطور مشخص تحت عنوان مواد آللوشیمیایی نام می برند) توسط یک گیاه یا میکروارگانیسم، واکنشهای شیمیایی گسترده و تاثیر مواد آللوشیمیایی بر روی فرآیندهای فیزیولوژیکی و نیز در سطح مولکولی به چگونگی تاثیر مواد آللوشیمیایی در جایگاههای ویژه عمل، به مطالعه و تحقیق می پردازد.
مفهوم آللوپاتی از دیرباز برای بشریت شناخته شده است، بطوریکه فیلسوف یونانی به نام Democritus در 300 سال قبل از میلاد، در نوشته های خود، استفاده از فرآورده های گیاهی را که در طبیعت تولید می شوند، به عنوان یک روش عملی برای کنترل علف های هرز معرفی کرده است و اشاره نموده است که تیمار ریشه های درختان با مخلوطی از گل های باقلای مصری خیسانده شده در عصاره شوکران کبیر، سبب از بین رفتن آنها می شود. عده ای نیز آللوپاتی را جنگ شیمیایی بین گیاهان تعریف کرده اند، البته ترکیبات آللوپاتیک ممکن است بازدارنده رشد یا تحریک کننده رشد یک گیاه باشند و در یک عرصه وسیعتر می توان گفت که تمام موجودات از طریق مواد شیمیایی نسبت به هم واکنش داشته و یکدیگر را تنظیم می کنند.
مواد آللوشیمیایی
گیاهان به عنوان منابع غذایی، توسط بسیاری از حشرات مصرف می شوند، به طوریکه از 792000 گونه حشره شناخته شده، 361000 گونه آن گیاهخوار هستند. بنابر این گیاهان با ایجاد فاکتورهای حفاظتی، موانع بسیاری را علیه گیاه خواران و از جمله حشرات گیاه خوار به وجود آورده اند، برخی از این موانع عبارتند از: تولید فراوان ماده زنده (بیومس)، ایجاد شکل های مورفولوژیکی خاص مثل خارها و تولید ترکیبات ثانویه گیاهی (مواد آللوشیمیایی). تا کنون بیش از 2000 گونه گیاهی با خاصیت حشره کشی یافت شده است، به عنوان مثال مواد آللوشیمیایی درخت چریش (Azadirachta indica A.juss) بر ضد بیش از 120 گونه از آفات حشره ای موثر می باشند. ترکیبات ثانویه در جانوران نیز یافت می شوند، لیکن بیش از 80% از کل فرآورده های طبیعی شناخته شده دارای منشاء گیاهی هستند. تاکنون ساختمان شیمیایی بیش 130000 ترکیب ثانویه گیاهی شناخته شده است، بطور مثال ترکیب شیمیایی بیش از 4500 ترپنوئید، 700 پلی کتید، 750 پلی استیلن، 500 فنیل پروپانوئید، 1200 فلاونوئید، 400 آمینو اسید غیر پروتئینی، 100 گلوکوزینولات، 50 گلیکوزید سیانوژنیک، 100 آمین و بیش از 400 آلکالوئید توصیف شده است. بسیاری از این ترکیبات به عنوان مواد دارویی، چاشنی ها، عطر ها و رایحه ها، تحریک کننده ها، مواد توهم زا، سموم، آفت کش ها و… توسط انسان ها مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین اغلب مواد آللوشیمیایی گیاهی از نظر اقتصادی نیز مهم می باشند. تا مدتها اعتقاد بر این بود که این ترکیبات، برای گیاهان فرآورده های زائد و یا به عبارت دیگر مواد بی فایده ای هستند، اما سه یا چهار دهه است که این موضوع پذیرفته شده است که متابولیتهای ثانویه در بوم شناسی گیاهی نقش مهمی را ایفاء می کنند و بنابراین برای بقاء گیاهان باید باشند و ضروری هستند. به نظر می رسد عمل اصلی مواد آللوشیمیایی، دفاع شیمیایی در برابر میکروارگانیسم ها (ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها)، جانوران گیاهخوار (نماتدها، نرم تنان، حشرات و مهره داران) و گونه های گیاهی رقابت کننده باشد. علاوه بر این، برخی از این ترکیبات، جانوران گرده افشان یا حیوانات پراکنده کننده دانه ها را به خود جلب می کنند و یا برخی از اعمال متابولیکی را انجام میدهند. در اغلب موارد، به علت تعداد بسیار زیاد متابولیت های ثانویه، بوم شناسی شیمیایی مستتر در آنها که باید مورد تحقیق قرار بگیرند، بررسی نمی شوند، که برخی از آنها عبارتند از:
1- شیمی، بیوشیمی، فیزیولوژی و زیست شناسی مولکولی تولید این متابولیت ها توسط گیاه
2- تاثیرات بیوشیمیایی این متابولیت ها بر روی میکروارگانیسم های سازگار شده و تخصص نیافته، گیاهان یا گیاهخواران دیگر
3- متابولیسم این ترکیبات توسط ارگانیسم های تخصص یافته و تخصص نیافته
4- روابط بوم شناختی مابین یک گونه گیاهی ویژه و گیاهخوارهایش، میکروارگانیسم ها و گیاهان رقابت کننده با آن گیاه
اگر بخواهیم متابولیت های ثانویه را به عنوان آفت کش های طبیعی (علف کش ها، حشره کش ها، قارچ کش ها و…) مورد استفاده قرار دهیم یا اگر بخواهیم به جای استفاده هر چه بیشتر از مواد شیمیایی کشاورزی ساخته شده بدست بشر، مقاومت گیاهان و به ویژه گیاهانی که برای ما جنبه غذایی دارند را بر علیه عوامل بیماریزا و گیاهخواران افزایش دهیم، لازم است که اصول مستتر در این واکنش ها مورد پژوهش و بررسی قرار گیرد.
ساختار شیمیایی مواد آللوپاتی
با توجه به تعداد بسیار زیاد متابولیت های ثانویه، برای مطالعه آسانتر و بهتر، طبقه بندی آنها ضروری به نظر می رسد. اساس طبقه بندی دانشمندان مختلف نیز در این مورد متفاوت است. ویتاکر و فینی (Whittaker & Feeny 1971) این مواد را در 5 گروه اصلی زیر طبقه بندی کرده اند:
1- فنیل پروپان ها
2- استوژنین ها
3- ترپنوئید ها
4- استروئید ها
5- آلکالوئید ها
رایس (Rice,1984) مواد آللوشیمیایی تولید شده توسط گیاهان عالی و میکروارگانیسم ها را در 13 گروه اصلی بصورت زیر طبقه بندی می کند:
1-اسید های آلی ساده محلول در آب، الکل های با زنجیره خطی، کتون ها و آلدئیدهای چربی دار
2- نفتوکوئینون ها، آنتروکوئینون ها و کوئینون های کمپلکس شده
3- فنل های ساده، اسید بنزوئیک و مشتقات آنها
4- لاکتون های اشباع نشده ساده
5- پلی استیلن ها و اسید های چرب زنجیره بلند
6- اسید سینامیک و مشتقات آنها
7- آمینو اسید ها وپلی پپتید ها
8- فلاونوئید ها
9- تانن ها
10- ترپنوئید ها و استروئید ها
11- آلکالوئید ها و سیانوهیدرین ها
12- سولفید ها و گلوکوزید ها
13- پورین ها و نوکلئوتید ها
خصوصیات شیمیایی مواد آللوشیمیایی طبقه بندی شده فوق را می توان در کتابهای تخصصی و مرجع بررسی کرد.
آزاد کردن مواد آللوشیمیایی توسط گیاهان
گیاهان ترکیبات آللوپاتیک را به طرق مختلف آزاد میکنند که برخی از آنها عبارتند از:
1- گیاهان زنده ممکن است بخاراتی از خود خارج کنند که برای سایر گیاهان بازدارنده رشد باشند. بطور مثال بخارات ناشی از علف هرزگونه ای مریم گلی (reflexa Salvia) که حاوی موادی از جمله پینن ها می باشد، تاثیرات سوئی بر روی جوانه زدن بذر و رشد گندم و گیاهچه چندین گیاه دیگر دارد.
2- راه دیگر آزاد کردن ترکیبات آللوپاتیک، تراوش آنها از ریشه ها است. برای مثال عصاره ریشه گیاهان سورگوم ومرغ (Cynodon dactylon) از تندش بذر گوجه فرنگی کاملا جلوگیری می کنند، همچنین عصاره ریشه گیاه مرغ از رشد ریشه چه و گیاهچه گوجه فرنگی ممانعت می کند.
3- ترکیبات شیمیایی مختلفی ممکن است بوسیله آب باران از سطح برگها و ساقه های گیاهان شسته شده و به خاک وارد شود، به عنوان مثال نشان داده اند که علف هرز گاو پنبه (Abutilon theophrasti) که در مزارع پنبه گرگان نیز گسترش دارد، از طریق کرک های موجود بر روی ساقه و دمبرگ های خود، ترکیبات بازدارنده رشد گیاهی (فیتو توکسین) خارج می کنند که بوسیله آب باران و مه گیری قابل شسته شدن می باشند.
4- بقایای گیاهان مرده نیز ممکن است منبع مهمی از ترکیبات آللوپاتیک باشند. برخی از این ترکیبات که به خوبی شناخته شده اند، گلیکوزیدهای حاوی سیانید هستند که تجزیه شده و سموم سیانید و بنزالدئید تولید می کنند. همچنین، تعدادی از ترکیبات فنولیکی از طریق تجزیه بقایای گیاهی آزاد می گردند که به نظر می رسد در شرایط مشخصی از خاک، این ترکیبات اثرات سمی دارند.
چگونگی تاثیر مواد آللوشیمیایی بطور کلی چگونگی تاثیر مواد آللوشیمیایی را به دو شکل اثرات مستقیم و اثرات غیر مستقیم می توان مورد بررسی قرار داد:
الف: اثرات مستقیم، که در مقایسه با اثرات غیر مستقیم بیشتر مورد توجه واقع شده و پژوهش های به نسبت خوبی در این زمینه انجام گرفته است، تاثیرات مواد آللوشیمیایی بر روی جنبه های گوناگون رشد و متابولیسم گیاهان را شامل می شود. در این زمینه برخی از فرآیندهای شناخته شده و مواضعی که توسط مواد آللوشیمیایی تحت تاثیر قرار می گیرند عبارتند از:
1- هورمون های گیاهی و تعادل آنها
2- غشاء و نفوذ پذیری آن
3- سلول شناختی و فراساختارها
4- جوانه زدن دانه های گرده و هاگ
5- جذب مواد معدنی
6- حرکت روزنه ای، فتوسنتز و ساختن رنگیزه
7- سنتز لگ هموگلوبین و تثبیت نیتروژن
8- تنفس
9- سنتز پروتئین ها
10- فعالیت آنزیم های ویژه
11- بافت هدایت کننده
12- روابط آبی گیاه
13- مواد ژنتیکیب
ب: اثرات غیر مستقیم، که کمتر مطالعه شده است، شامل تاثیرات مربوط به تغییر خاصیت خاک، کیفیت تغذیه ای خاک و فعالیت ارگانیسم های مفید و مضر مثل میکروارگانیسم ها، حشرات، نماتدها و … می باشد. با توجه به این مهم که آللوپاتی علم نسبتا جوانی است، بنابراین فعالیت های پژوهشی در تمام زمینه هایش باید ادامه یابد.
این زمینه ها عبارتند از: ایزوله کردن و تعیین ساختار مواد آللوشیمیایی، جابجایی و حرکات آنها و غلظت های آستانه در مورد سوبسترا (خاک، هوا یا آب)، عوامل مؤثر بر تولید مواد آللوشیمیایی و فعالیت آنها، اثر شدید مواد آللوشیمیایی بر بازده محصولات تحت عملیات زراعی مختلف و در نواحی با آب و هوای گوناگون، استفاده از آللوپاتی و مواد آللوشیمیایی در محافظت از گیاهان و…
