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Inge S. Fomsgaard, Solvejg Mathiassen, Per Kudsk, Lars M. Hansen

¿Es el aprovechamiento de las propiedades alelopáticas para el control

de malas hierbas en cereales una estrategia adecuada desde el punto de

vista medioambiental?

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Historia de la alelopatia

• 300 aC, Theophrasto:– documenta los efectos inhibidores de Portulaca

oleracea sobre alfalfa

• 81 aC, Plinio Segundo : – describe efectos alelopaticos del nogal

• 1832, De Candolle:– propone que los exudados de las plantas pueden

ser la causa de la fatiga de los suelos

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Historia de la alelopatía

• 1881, Hoy and Stickney:– informaron de los efectos deletereos del

nogal sobre plantas vecinas.

• 1907, Screiner and Reed:– aislaron ácidos orgánicos liberados por las

raices de plantas que suprimian el crecimiento de otros cultivos.

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Historia de la alelopatía

• 1937, Molisch: – acuñó la palabra ”alelopatía” a partir del

griego ”alelo” y ”patia”, con el significado de ”mutuamente” y ”sufrimiento”

• 1966, Muller:– definió elfenómeno de interacción planta-

planta como ”interferencia, incluyendo tanto la competencia como la alelopatía.

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Alelopatía - definición

• 1996, Torres et al:– La alelopatía se definió como: cualquier

proceso que implique metabolitos secundarios (aleloquímicos) producidos por plantas, microorganismos, virus, algas y hongos que influyan el crecimiento y desarrollo de sistemas biológicos agrícolas

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Aleloquímicos

• Metabolitos secundarios de las plantas– alcaloides– fenólicos– flavonoides– terpenoides– glucosinolatos– benzoxazinonas– compuestos cianogénicos

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Aleloquímicos

Reigosa et al, 1999

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Uso de fitosanitarios en agricultura

Aprovechamiento de los efectos alelopáticos

Substancias naturales aisladas

Transformación de substancias naturales

Productos puros de sintesis

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Rotaciones orgánicas de cultivos para la producción de cereales: un ejemplo

http://www.agrsci.dk/pvj/plant/croprot/indexuk.shtml

Rotación 1 Rotación 2 Rotación 3 Rotación 4

Cebada P. Cebada P. Cebada P. Trigo H.

G - Trebol G - Trebol G - Trebol Avena

Avena P. Cereal H. Trigo H. Cebada P.

Guis - Ceb Altramuz Remolacha Altramuz

H Invierno, P Primavera, G Graminea, Guis Guisantes, Ceb Cebada

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Aleloquímicos en algunos cereales

• Trigo, centeno y maíz contienen 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-onas (ácidos hydroxamicos) como glucósidos

Trigo: DIMBOA, DIBOA

Centeno: DIBOA

Maize: DIMBOA. DIM2BOA

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Actividad biológica de las 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-onas

• Incrementa la resistencia de los cereales a insectos, hongos y bacterias

• Desencadena la reproducción en mamiferos que pastan gramineas

• Influye en el desarrollo de malas hierbas

• Estan involucradas en la detoxificación de fitosanitarios

• Son agentes mutagénicos

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• Incrementan la resistencia del maíz al taladro

• Incrementan la resistencia de los cereales a los pulgones

• Inhibe el desarrollo de raíces y coleóptilo de la avena loca

Actividad biológica de las 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-onas. Ejemplos

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Estructura molecular de las 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-onas

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Mecanismo de decomposición de 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-ones a benzoxazolinonas,

p.e.: DIBOA decompuesto a BOA

DIBOA

BOA

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Descomposición posterior de las benzoxazolinonas en el suelo

Kumar et al, 1993:

BOA 2-amino-3H-phenoxazin-3-ona

Nair et al, 1990:

BOA 2,2´-oxo-1,1´-azobenzeno (AZOB)

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R = H

DIBOA-glu

BOA

AZOB

Descomposición posterior de las benzoxazolinonas en el suelo

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Utilización del centeno como cubierta vegetal o acolchado verde

•Barnes & Putnam, 1986

•Barnes & Putnam, 1987

•Mwaja et al, 1995

•Chase et al, 1991

• Ensayos recientes en rotaciones de agricultura orgánica:

•El centeno se siembra a una densidad triple de la normal, se entierran las plántulas y, después, sen siembra un cultivo de invierno

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Niveles de concentración de DIMBOA en trigo

• Oscilan entre 1,4 a 10,9 mmol DIMBOA/kg de peso fresco en 52 cultivares Chilenos (plántulas jóvenes)

• Revisión mundial de 37 cultivares: de 0.99 a 8.07 mmol DIMBOA/kg de peso fresco

• Triticum speltoides: 16 mmol DIMBOA /kg de peso fresco (plántulas de10 días)

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Niveles teóricos de concentración de DIMBOA en el suelo

• 0.99-16 mmol/kg en plántulas jóvenes

• 400 plantas por m2

• peso de cada plántula 0.25 g

• 190-3078 g DIMBOA por hectárea

• 105-1701 g AZOB por hectárea

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Búsqueda bibliogáfica

DIMBOA or DIBOA or hydroxa* or benzoxaz* or (allelo* and (wheat or rye or maize)) •2159 citas desde 1972• 195 citas desde 1999

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Comportamiento y toxicidad de los aleloquímicos en

relación con el ambiente y el consumidor

Aislameno e identificación de aleloquímicos de plantasAislamento e identificación de meatobolitos de aleloquímos del suelo

• Cultivo de trigo en 2 países•Evaluación económica

• Quantificación de aleloquímicos en plantas+suelo•Evaluación entre laboratorios de los resultados analíticos

•Desarollo de métodos analíticos para aleloquímicos en plantas y suelo•Evaluación entre laboratorios de los resultados analíticos

Efectos herbicidas de plantas de trigo incorporadas al suelo

Efectos insecticidas de plantas de trigo enteras

Efectos herbicidas de aleloquímicos aislados

Efectos insecticidas de aleloquímicos aislados

Estudios de germinación con compuestos aleloquímicos

Estudios de degradación de aleloquímicos en suelo

Estudios de sorción de aleloquímicos en suelo

Modelos QSAR del destino de aleloquímicos

Ecotoxicología de aleloquímicos en organismos del suelo

Ecotoxicología de aleloquímicos en organismos aquaticos

Modelos QSAR de la ecotoxicología de aleloquímicos

Modelos QSAR de la toxicología al hombre de aleloquímicos

BT2

BT1

BT3

BT5

BT6

BT4

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Resultados previstos I:

SI

se identifican las variedades de trigo con propiedades alelopáticas bien descritas y eficientes contra una o más de las malas hierbas y/o plagas más importantes

y

los aleloquímicos tienen una toxicidad ambiental baja

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ENTONCES es posible la explotación comercial de aleloquímicos aislados

y/o es posible la explotación comercial de las variedades de trigo identificadas por los mejoradores vegetales para su uso tanto en agricultura orgánica como convencional

y/o es posible la explotación de los conocimientos adquiridos en ingeniería genética

y/o es posible la utilización por los agricultores utilizando las variedades conocidas por sus elevadas concentraciones (dependiendo de los costes de producción y/o de los rendimientos que se puedan obtener)

Resultados previstos I:

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SI

la evaluación de los riesgos para el ambiente y el hombre muestra que los alelopáticos tienen un riesgo igual o superior que los fitosanitarios de síntesis

Danish Institute of Agricultural Sciences, Sept 7-8, 2001

Resultados previstos II:

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ENTONCES

se deberán poner en práctica nuevos puntos de vista en la utilización de cultivos con propiedades alelopáticas

y / o

los mejoradores vegetales deberán buscar variedades con bajas concentraciones

y / o

las autoridades que regulan las normas para el medio ambiente y la salud humana deberán tener en cuenta a los aleloquímicos

y / o

deben ser discutidas las definiciones de ”agricultura orgánica”

Resultados previstos II:

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SI

ninguna de las variedades probadas tiene propiedades alelopáticas bien descritas y eficientes pero tiene algún efecto, aunque sea menor que el de los fitosanitarios de sintesis

y

el riesgo para el ambiente y el hombre es bajo

Resultados previstos III:

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ENTONCES

el cultivo de algunas de las variedades probadas con propiedades alelopáticas aún puede ser útil para la agricultura orgánica

y

el desarrollo por mejora de nuevas variedades para agricultura orgánica todavía es útil (dependiendo del balance económico)

Resultados previstos III:

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Conclusiones

Cheng, 1992

Tóxico?

Exposición de plantas no objetivo u otros organismos vivos?

Transporte a aguas subterráneas?

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Estudios en el futuro

¡Una aproximación holística!