Las plantas pueden alterar el crecimiento y desarrollo de otras plantas vecinas mediante procesos complejos llevados a cabo a través de la liberación de diversas moléculas al medio a través de sus raíces al suelo o al aire a través de olores que producen las plantas. Aunque podríamos pensar que las plantas solo necesitan de agua y luz para sobrevivir, su crecimiento y desarrollo dependen de mucho más. Procesos fisiológicos como la fotosíntesis y el transporte de nutrientes y agua son maniobrados por compuestos químicos que las mismas plantas producen y almacenan en sus tejidos[1]. Sin embargo, las plantas también dependen de sus interacciones con otros organismos, lo que ha hecho que se especialicen en desarrollar diversos compuestos de defensa contra factores bióticos como insectos herbívoros o microorganismos patógenos capaces de enfermarlas[2]. Como un tipo de respuesta ante tales amenazas, muchas especies de plantas han perfeccionado estrategias que les permiten influir de manera negativa en procesos vitales de otros organismos como un mecanismo de defensa[3].
¿Cómo pueden las plantas influir en procesos vitales de otros seres vivos?
Esta no es una respuesta única y universal, los procesos internos de las plantas son complejos y sus interacciones con otras plantas u organismos pueden ser aún más difíciles de comprender pues cada molécula puede actuar de manera única. Sin embargo, el fenómeno mediante el cual una planta tiene un efecto en el crecimiento de otra a través de la liberación de compuestos químicos al medio ambiente es conocido como “alelopatía”.
Los primeros registros de este proceso fueron descritos por el científico DeCandolle que en 1832 sugirió que algunas plantas excretan, mediante sus raíces, sustancias benéficas o perjudiciales para otras plantas. Sus observaciones en plantas de cardo y avena lo llevaron a proponer que tales excreciones de las raíces podrían relacionarse con el agotamiento del suelo por parte de ciertas plantas y, por lo tanto, la necesidad de la rotación de cultivos.
Estos compuestos, conocidos como aleloquímicos son principalmente metabolitos secundarios y son liberados a través de la secreción de exudados radiculares, la dispersión de compuestos volátiles al ambiente y mediante la descomposición e incorporación de hojas y flores en el suelo (Figura 1).
Si bien este proceso es característico de las plantas, no son los únicos organismos capaces de llevarlo a cabo, también puede ocurrir en algunas especies de microorganismos, hongos, algas y corales. Las interacciones también pueden ocurrir entre planta-microorganismo y viceversa. Aun así, este fenómeno es más estudiado en plantas[4].
¿Qué efectos negativos ocasionan en otras plantas?
Los efectos de estos compuestos pueden ser drásticos y perjudiciales. Ocasionan la disminución del tamaño de las raíces, hojas y tallos, también afectan el porcentaje de germinación de las semillas y el contenido de clorofila, pigmento importante en la fotosíntesis [5]. Estos efectos pueden ser observados en condiciones de laboratorio como puede observarse en la figura 2, mediante el cultivo in vitro de dos especies de plantas: Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum (tabaco). La planta de tabaco libera compuestos que disminuyen la longitud de la raíz en A. thaliana en un 43% en comparación de la planta en un cultivo sin tabaco.
Autoalelopatía
Hasta ahora se ha hablado de cómo ocurre este proceso entre dos especies de plantas, sin embargo, no siempre ocurre así. Las plantas de la misma especie no siempre están a salvo del efecto de los aleloquímicos. La autotoxicidad o autoalelopatía suele ocurrir entre plantas de la misma especie, generalmente debido a densidades de siembra elevadas [6]. En otras palabras, a mayor número de plantas, menor crecimiento individual. En la Figura 3, las plantas de Arabidopsis thaliana ejemplifican este proceso. La disminución en la longitud de la raíz se observa desde el cultivo de tres plantas que tienen 20 % menos crecimiento en comparación con planta cultivada sola, y, en los cultivos con 10 plantas la disminución de la raíz es del 25%. Así como la formación de raíces laterales o secundarias.
¿Cómo podemos aplicar estos procesos naturales en nuestro día a día?
Las plantas bioactivas son aquellas que alteran el funcionamiento de otros seres vivos debido a la liberación sustancias al medio ambiente. Este particular proceso ha aumentado el interés en el estudio de los compuestos bioactivos provenientes de estas plantas. El sector agrícola puede verse beneficiado con el estudio de estas moléculas con el desarrollo de herbicidas, insecticidas, repelentes, fungicidas y bactericidas de fuentes naturales[7,8].
La diversidad de compuestos alelopáticos abre la puerta para su uso como alternativas de los agroquímicos y de esta manera frenar el deterioro medioambiental debido a la agricultura tradicional[9].
1Laboratorio de Microbiología Ambiental, 2Unidad de Microscopía Avanzada, Red de Estudios Moleculares Avanzados del INECOL.
Autor corresponsal: Dr. Randy Ortiz Castro
e-mail: randy.ortiz@inecol.mx
Referencias
- Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I. M., & Murphy, A. (2015). Plant physiology and Development.
- Mithöfer, A., & Boland, W. (2012). Plant defense against herbivores: chemical aspects. Annual review of plant biology, 63(1), 431-450.
- Inderjit, & Duke, S. O. (2003). Ecophysiological aspects of allelopathy. Planta, 217, 529-539.
- Rice, E. L. (1974). Allelopathy. Ed. Academy Press, New York. Physiological Ecology. pp. 354.
- Hussain, M. I., & Reigosa, M. J. (2011). Allelochemical stress inhibits growth, leaf water relations, PSII photochemistry, non-photochemical fluorescence quenching, and heat energy dissipation in three C3 perennial species. Journal of Experimental Botany, 62(13), 4533-4545.
- Miller, D. A. (1996). Allelopathy in forage crop systems. Agronomy Journal, 88(6), 854-859.
- Tlak Gajger, I., & Dar, S. A. (2021). Plant allelochemicals as sources of insecticides. Insects, 12(3), 189.
- Allelopathy for the sustainable management of agricultural pests: Appraisal of major allelochemicals and mechanisms underlying their actions
- Islam, A. M., Karim, S. M. R., Kheya, S. A., & Yeasmin, S. (2024). Unlocking the potential of bioherbicides for sustainable and environment friendly weed management. Heliyon.