Kasvit elävät sijaintipaikkojensa olosuhteiden armoilla, mutta ne pyrkivät vaikuttamaan ympäristöönsä ja muihin eliöihin itselleen suotuisasti. Ilmiö nimeltä allelopatia tarkoittaa kasvien kemiallista vaikutusta toisiin kasveihin ja muihin eliöihin.
Allelopatian avulla kasvi kilpailee kasvutekijöistä ja puolustautuu tuholaisia sekä tauteja vastaan, tai hankkiutuu itselleen hyödylliseen vuorovaikutukseen muiden eliöiden kanssa. Tämä herättää kysymyksen esimerkiksi siitä, voiko kasveista eristettyjä puolustusyhdisteitä käyttää niiden rokottamiseen taudinaiheuttajia vastaan?
Lue lisää allelopatiasta tästä linkistä: Allelopatia – kasvien ja muiden eliöiden biokemiallinen vuorovaikutus
Kuva 20. Allelopatia on kasvien kemiallinen ominaisuus, jolla ne vaikuttavat toisiinsa ja muihin eliöihin. Vaikutus voi olla kasvua estävä tai edistävä. Kasvien muodostamat yhdisteet, allelokemikaalit, joutuvat ympäristöön huuhtoutumalla, haihtumalla, erittymällä juurista tai vapautumalla hajoavista kasvijätteistä. Maassa mikrobit voivat tuottaa, hajottaa ja muuntaa näitä kemikaaleja edelleen.
Allelopatian esiintymismuotoja:
Allelokemikaalit ovat kasvien tuottamia yhdisteitä, jotka saattavat estää toisten kasvilajien maassa olevien siementen itämistä ja taimien kehittymistä.
Kasvit tuottavat yhdisteitä, jotka voivat olla myrkyllisiä, haitata ruuansulatusta, tai häiritä muuten kasvinsyöjien solujen toimintaa. Nämä yhdisteet esimerkiksi estävät entsyymien toimintaa ja häiritsevät hormoneja. Tällä tavoin kasvit torjuvat syödyksi tulemista.
Kasvinsyöjien vahingoittamista lehdistä voi haihtua kemikaaleja, jotka taas houkuttelevat petoja syömään kirvoja ja hyönteisten toukkia.
Kasvit puolustautuvat mikrobien aiheuttamia tauteja vastaan käynnistämällä solutason puolustusreaktioita ja puolustusyhdisteiden tuoton. Tauteja aiheuttavat mikrobit ovat viruksia, bakteereja, sieniä tai munasieniä.
Juurista maahan erittyvät tai kasvijätteistä vapautuvat kemikaalit vaikuttavat myös maaperän pieneliöihin ja niiden hajotustoimintaan.
Kumppanuuskasvit tukevat toistensa kasvua. Vanha esimerkki on aurankukan vehnän kasvua edistävä vaikutus.
Myös kasvien lehdissä ja juuristossa elävät hyödylliset bakteerit ja sienet tuottavat vaikuttavia yhdisteitä, jotka voivat joko parantaa kasvin puolustusta tai edistää sen ravinteidenottoa.
Kukat ja kypsät hedelmät erittävät haihtuvia yhdisteitä, jotka houkuttelevat pölyttäjiä ja eläimiä levittämään kasvin siemeniä.
Allelopatian hyödyntäminen viljelyssä
Allelopatian mahdollisuuksia tutkitaan osana uudistavaa maanviljelyä, jossa pyritään vähentämään synteettisten torjunta-aineiden käyttöä ja alentamaan tuotantokustannuksia. Perinteisesti allelopatia on yhdistetty rikkakasvien torjuntaan, mutta yhä enemmän myös tuholaisten ja tautien hallintaan.
Kasvien erilaisilla kemiallisilla ominaisuuksilla voidaan vaikuttaa kilpaileviin rikkakasveihin ja maan mikrobeihin. Sadon määrä tai laatu voi heiketä, jos sama kasvilaji kasvaa vuodesta toiseen samalla lohkolla.
Ilmiöön voi vaikuttaa muun muassa autotoksisuus, joka tarkoittaa kasvin kemikaalien haitallisuutta saman lajin taimille. Viljelykasvivalikoiman ja kierron monipuolistamisesta on monia hyötyjä, joista allelopatia on yksi.
Hallituissa kasvihuone- ja laboratorio-oloissa on ollut helppo osoittaa kasvien juurieritteiden ja korjuutähteiden tai niistä tehtyjen uutteiden estävän siementen itämistä ja taimien kehittymistä. Allelopatian soveltaminen pellolla vaatii kuitenkin lisätutkimusta. Epäselvää on muun muassa se, miten allelopatian avulla voidaan saada haluttu vaikutus aikaiseksi. Tähän vaikuttaa sekä kasvien kehitysvaihe että siihen kytköksissä oleva allelokemikaalien muodostuminen. Myös maaperän ja mikrobien osuus yhdisteiden vaikuttavuuteen on vielä selvittämättä. Allelopatiaa hyödyntävän viljelytekniikan kehittäminen edellyttää kasvien ominaisuuksien nykyistä parempaa tuntemusta ja havainnointia kasvukaudella.
Sekaviljelyssä allelopaattiset kumppanuuskasvit voivat molemmat olla satokasveja tai toinen voi olla varsinaisesta satokasvista poikkeava aluskasvi. Satokasvin jälkeen talvehtiva allelopaattinen kasvi voidaan muokata maahan keväällä ennen uutta kylvöä.
Kuva 21. Sekaviljelyssä eri kasvilajit ovat suoraan tekemisissä toistensa kanssa, jolloin yhdisteitä tuottavan kasvin kasvavien juurien eritteet ja haihtuvat yhdisteet vaikuttavat kumppanikasviin. Tutkimuksella voidaan selvittää, onko kasvustosta jatkuvasti vapautuvalla pienellä allelokemikaalien määrällä toivottua vaikutusta. Kuvassa härkäpapu ja kaura Luonnonvarakeskuksen koeruudulla Jokioisilla. Kuva: Soja Sädeharju.
Viljelykierron edellisen kasvin korjuutähteistä vapautuvat yhdisteet voivat vaikuttaa maan pieneliöihin ja kierron seuraavan kasvin itämiseen ja kasvuun. Yhdisteiden vaikutusaika vaihtelee suuresti niiden olomuodon ja hajoamisherkkyyden mukaan. Hyvä maan rakenne edesauttaa yhdisteiden kulkeutumista ilmahuokosissa ja veden mukana. Kaasumaisten yhdisteiden vaikutus maassa voi kuitenkin laimentua jo parin päivän kuluessa. Kevytmuokkaus hidastaa kasvimateriaalin ja allelokemikaalien hajoamista. Se taas saattaa vaikuttaa kierron seuraavaan kasviin. Esimerkiksi viherkesanto kannattaa muokata maahan siinä vaiheessa, kun allelokemikaalien määrä on kasvin kehitysvaiheen mukaan huipussaan. Allelokemikaalien vaikutusta voidaan tehostaa myös tuomalla kasvimassaa pellolle muualta.
Allelopatian vaikutusta voi olla vaikea erottaa lannoitteiden ja torjunta-aineiden tuoman hyödyn takaa. Silti kasvien aktiivinen rooli ympäristössään kannattaa pyrkiä hyödyntämään monilajisessa viljelykierrossa.
Saman kasvilajin viljeleminen vuodesta toiseen samalla lohkolla voi laskea satotasoa. Yksi ilmiötä selittävä tekijä saattaa olla kasvua estävien allelokemikaalien kertyminen peltoon ja autotoksisuus, eli yhdisteiden haitallisuus saman lajin kasveille.
Viljelykasvien tuottamat yhdisteet ja vaikutukset
Tärkeiden viljelykasvien ja rikkakasvien vaikutuksista toisiinsa on raportoitu ainakin jo vuosisata. Kasvilajien luokitteleminen muun muassa kemiallisten ominaisuuksien mukaan saattaisi helpottaa kasvien sijoittamista viljelykiertoon ja sekaviljelyyn. Vaikutus on voimakkainta kasvun alussa. Nuoret kasvit ovat usein alttiimpia allelokemikaaleille, mikä näkyy heikkona itävyytenä, kasvun estymisenä tai taimien kalvakkuutena. Hyvin kasvuun päässyt satokasvi alkaa myös varjostaa kilpailijoitaan.
Esimerkkejä tutkimuksissa havaituista kasvienvälisistä vaikutuksista
Vehnä käyttää itsensä puolustamiseen fenolisia yhdisteitä, mutta niiden teho vaihtelee lajikkeittain.
Ruis voi elävänä katteena torjua leveälehtisiä, yksivuotisia rikkakasveja.
Ohran tuottamat emäksiset ja typpipitoiset alkaloidit voivat estää esimerkiksi pihatähtimön ja lutukan kasvua.
Tattarin juurieritteet heikentävät juolavehnän ja viherrevonhännän kasvua. Tattari on havaittu myös hyväksi esikasviksi vehnälle.
Ruokonadan solukoissa voi elää mikroskooppisen pieniä sieniä, jotka tuottavat alkaloideja. Liian suurina määrinä ne ovat myrkyllisiä karjalle, mutta sopivana määränä puolustavat heinää hyönteisiltä.
Peruna voi kasvaa huonosti keväällä maahan muokatun rapsin jälkeen. Riittävät varoajat kylvämiselle ristikukkaisten jälkeen on hyvä tietää, sillä pääsääntöisesti niillä on hyvä esikasvivaikutus(6). Tämä voi johtua osin siitä, että kasvien yhdisteet torjuvat viljojen tauteja ja lisäävät tautien kanssa kilpailevia maaperän mikrobeja.
Kitupellava vaikuttaa pellavan kasvuun sekaviljelmässä välillisesti. Maan bakteerit voivat muuttaa kitupellavan lehdiltä huuhtoutuvia, typpeä ja rikkiä sisältäviä glukosinolaatteja aineiksi, jotka ehkäisevät pellavan sirkkajuuren kehitystä.
Rikkakasveista puolestaan juolavehnä, jauhosavikka, hukkakaura, hierakat ja jotkut ohdakkeet sekä leinikit vaikuttavat ympäröiviin kasveihin niitä heikentävästi. Jauhosavikka voi ehkäistä maissin ja soijapavun kasvua.
Vaikutukset hyönteisiin ja muihin kasvinsyöjiin
Lehtien vioittaminen voi saada kasvin tuottamaan yhdisteitä, jotka maistuvat katkerilta ja haittaavat ruuansulatusta. Ristikukkaisten kasvien tuottamat glukosinolaatit vapautuvat vahingoittuneista kasvisoluista. Kasvisolut ja bakteerit muuttavat niitä tuholaisille myrkyllisiksi haihtuviksi yhdisteiksi, jotka voidaan tunnistaa kaalikasveille tyypillisenä rikinkatkuna. Samat tuoksut houkuttelevat kaalikasveihin erikoistuneita hyönteisiä.
Hyönteisten vahingoittamista lehdistä haihtuvat terpeenit houkuttelevat paikalle tuholaisten luontaisia saalistajia. Ilmiö on havaittu esimerkiksi maissilla, jonka lehtiä perhosentoukka vioittaa. Voisiko tällaisia tehokkaasti apua kutsuvia kasveja kasvattaa herkempien satokasvien rinnalla?
Allelopatian hyödyntämisellä on perinteitä vihannesten viljelyssä, jossa kumppanuuskasvien tuottamat yhdisteet ovat houkutelleet loispistiäisiä, kukkakärpäsiä ja muita petohyönteisiä syömään varsinaisten satokasvien tuholaisia.
Vaikutukset mikrobeihin
Glukosinolaattien hajoamistuotteet estävät bakteerien valmistaman ammoniumtypen hapettamista nitraatiksi maassa. Vaikutusta voidaan hyödyntää ehkäisemään nitraattitypen valumista vesistöön.
Ruis, keltasinappi, tattari ja auringonkukka ovat hyviä rivivälikasveja porkkanalle, koska ne tehostavat sienitauteja torjuvien bakteerien vaikutusta maassa.(13) Näiden kasvilajien juurieritteet ruokkivat hyödyllisiä bakteereja. Ristikukkaisten kasvien murskaaminen peltoon ennen seuraavan kasvin kylvöä voi torjua maassa olevia kasvintuhoojia.
Kuva 22. Kukkiva tattari houkuttelee kirvoja saalistavia kukkakärpäsiä. Kuva: Soja Sädeharju.
Palkokasvien juurieritteet eli flavonoidit ovat viestimolekyylejä ilmakehän typpeä sitoville Rhizobium-suvun juurinystyräbakteereille. Juurieritteet sekä kasvien kyky muodostaa yhteys keräsienijuurien kanssa ovat esimerkkejä kemiallisesta vuoropuhelusta eri eliöryhmien kesken. Tällöin kyseessä ei ole allelopatia vaan symbioosi. Rajat ovat liukuvia ja ihmisten määrittelemiä.
Taulukko 1. Esimerkki taulukosta, jollaiseen voi koota kasvien kemiallisia vuorovaikutuksia ja suunnitella sen hyödyntämistä. Agrometsätalouden harjoittaminen moninkertaistaa mahdollisten kasvien ja niiden ominaisuuksien ja vuorovaikutusten määrän.*(14)
Lue lisämateriaali: Hyönteistorjunnan pyretriinituotteet ovat allelojohdannaisia
Sign up to solve exercises
Tervetuloa jatkamaan keskustelua uudistavasta viljelystä Carbon Action Klubissa!
Katso luvussa 6 käytetyt lähteet.
Lukua 6 ovat olleet kirjoittamassa:
Iina Haikarainen, ProAgria Etelä-Savo
Erkki Vihonen, ProAgria Etelä-Pohjanmaa
Petri Leinonen, Elomestari Oy
Pirjo Yli-Hemminki, Luonnonvarakeskus
Soja Sädeharju, Eliisa Malin ja Veera Naukkarinen, BSAG
Luvun 6 asiantuntijatarkastus:
Erikoistutkija Hannu Känkänen, Luonnonvarakeskus (lukuun ottamatta Allelopatia-kappaletta)
