1. Wstęp

W ostatnich dekadach nastąpił rozwój dziedziny nauki nazwanej ekologią biochemiczną lub biochemią ekologiczną, która może przyczynić się do zmniejszenia skażenia biosfery.

Oddziaływania pomiędzy żywymi organizmami można podzielić na dwa typy.

1. Oddziaływania z udziałem substancji stanowiących dla otrzymujących je organizmów źródło energii lub składników strukturalnych.

2. Oddziaływania za pomocą związków chemicznych odgrywających głównie rolę nośników informacji lub regulatorów procesów ekologicznych. Związki te są wytwarzane i wydzielane przez żywe organizmy do środowiska w niewielkich ilościach, wiele z nich znanych jest biochemikom (np. antybiotyki) i zaliczanych jest do metabolitów wtórnych [42].

Głównym przedmiotem zainteresowania ekologii biochemicznej są substancje zwane metabolitami wtórnymi (lub metabolitami peryferyjnymi), które wydzielane są w znacznie mniejszych ilościach niż substancje wykorzystywane przez organizmy.

Metabolity wtórne (peryferyjne)- to substancje o różnorodnej budowie chemicznej wytwarzane podczas metabolizmu komórkowego i wydzielane przez żywe organizmy do środowiska w niewielkich ilościach, nie będące dla nich źródłem energii ani składnikiem strukturalnym, a odgrywające głównie rolę nośników informacji lub regulatorów procesów ekologicznych, w tym w oddziaływaniach pomiędzy żywymi organizmami.

Z punktu widzenia oddziaływań pomiędzy żywymi organizmami metabolity wtórne wydzielane poza komórkę (czyli egzometabolity) można podzielić na:

1. Semiometabolity - substancje informacyjne, sygnalne, które są nośnikiem określonej informacji (np.: feromony),

2. Allelometabolity - substancje czynne biologicznie w stosunku do obcych gatunków (np.: narzędzia walki i obrony),

3. Autometabolity - działają na gatunki, które je wytworzyły (np. autoinhibitory).

Funkcje omawianych substancji, to:

• obrona przed konsumentem,

• atak na organizmy będące obiektem konsumpcji,

• przeciwdziałanie konkurentom do określonych zasobów,

• przywabianie,

• regulacja oddziaływań w obrębie populacji, grupy lub rodziny,

• dostarczanie substancji stanowiących półprodukty (np.: prekursorów hormonów o feromonów)

• kształtowanie siedliska (środowiska życia zbiorowego) [42].

Substancje te są przedmiotem badań biochemicznych dotyczących ich struktury i metabolizmu. Działanie metabolitów wtórnych związane jest z przebiegiem reakcji enzymatycznych, które powodują aktywację tych związków. Jako przykład można wymienić substancje syntetyzowane przez rośliny i chroniące je przed działaniem grzybów chorobotwórczych (patogennych) lub fiofagów [33]. Związki te obejmują również regulatory i inhibitory wzrostu i rozwoju, a także środki wewnątrzgatunkowej i międzygatunkowej łączności biologicznej organizmów. Należą do nich feromony, kairomony, allomony, hormony, antyhormony i antyfidanty [26]. Zatem substancje metabolizmu wtórnego odgrywają znaczącą rolę w interakcjach pomiędzy zwierzętami, zwierzętami i roślinami lub pomiędzy roślinami w ich naturalnych siedliskach [11].

Stosowanie od dłuższego czasu do walki ze szkodnikami i chorobami roślin uprawnych różnego typu związków chemicznych jak np.: herbicydów czy insektycydów, ma niekorzystny wpływ na całe środowisko i człowieka. Środki te nie działające w sposób wybiórczy, a częste ich stosowanie powoduje uodpornienie się na nie szkodników czy ograniczenie liczebności organizmów pożytecznych. Zatem postęp nauk przyrodniczych, zwłaszcza rozwój ekologii biochemicznej wskazują na szerokie możliwości wykorzystania syntetycznych analogów związków chemicznych wytwarzanych przez organizmy w ochronie środowiska np.: metabolity wtórne produkowane przez owady i drzewa można stosować w ochronie lasu, gdzie szczególne znaczenie mają feromony i kairomony. Wówczas stosuje się różnego rodzaju pułapki fermonowe, które mają za zadanie np.: zwabić, odstraszyć lub zdezorientować.

Inną alternatywą zastosowania metabolitów wtórnych jest metoda oparta na możliwości bardzo efektywnego regulowania liczebności populacji stawonogów i ich aktywności troficznej. Poprzez wykorzystanie różnego typu związków wytwarzanych przez organizmy można ograniczyć zastosowanie pestycydów w gospodarce rolnej i leśnej. W związku z tym dąży się do wprowadzania i udoskonalania metod nie chemicznych lecz bardziej ekologicznych w walce ze szkodnikami.

3. Podstawowe pojęcia używane w pracy

Allelopatia - rodzaj roślinnej obronny przy użyciu broni jaką jest chemia, dotyczy chemicznej rywalizacji pomiędzy roślinami i zjawisko to można uważać za jedną z faz ekologii chemicznej, dotyczącą oddziaływania z środowisku naturalnym jednej rośliny wyższej na drugą, obejmuje zarówno wpływy szkodliwe jaki i korzystne [4].

Biomarkery - to mierzalne zmiany biochemiczne lub fizjologiczne zachodzące w organizmach w odpowiedzi na działanie toksycznych czynników. Dostarczają one informacji o ekspozycji organizmu na czynniki chemiczne i mogą być wykorzystywane do oceny środowiska [18].

Biocenoza - względnie trwały, naturalny lub sztuczny zespół populacji roślinnych i zwierzęcych, żyjących we wspólnym biotopie i powiązanych licznymi zależnościami [4].

Biosfera - trójwymiarowy obszar kuli ziemskiej, w którym występują istoty żywe [36].

Chityna - wielocukier zbliżony budową do celulozy: składnik pancerza, głównie stawonogów oraz błon komórkowych grzybów i bakterii [4].

Cykl Krebsa (cykl kwasów trójkarboksylowych) - cykl reakcji enzymatycznych przekształcających metabolity do CO₂ i przenoszących elektrony na NAD⁺ i inne nośniki [23].

Destruenci - są to organizmy odżywiające się martwą materią organiczną, budują z niej substancje organiczne własnych ciał, a przy tym część podłoża rozkładają do prostych związków organicznych czyli powodują destrukcje substancji organicznej.

Entomofagi - pasożyty, parazytoidy i drapieżce wpływające na liczebność populacji owadów [4].

Fitofagi - zwierzęta roślinożerne, często szkodniki odżywiające się żywymi częściami roślin np.: liśćmi [4].

Fotosynteza - synteza związków organicznych z nieorganicznych przy wykorzystaniu energii promieniowania świetlnego i w obecności barwników fotosyntetycznych [44].

Herbicydy - substancje stosowane do walki z chwastami.

Inhibitor - substancja, której obecność w układzie zmniejsza szybkość reakcji [4].

Insektycydy - (łac. insecta- owad, caedo- niszczę, zabijam) środki owadobójcze oparte na żywych organizmach [4].

Inhibitor wzrostu - substancja hamująca proces podziału lub wzrost elongacyjny (wydłużający) komórek: hamowanie wzrostu roślin może być wywołane przez substancje naturalne lub syntetyczne [4].

Konsumenci - w ekologii: zwierzęta, które uczestniczą w łańcuchu pokarmowym odżywiają się bezpośrednio (roślinożercy) lub pośrednio (drapieżce i pasożyty) biomasą wytworzoną przez producentów [4].

Kutikula (nabłonek, oskórek) - 1) bot. najbardziej zewnętrzna warstewka komórek skórki liści, łodyg, owoców, zbudowana z celulozy, wosku i kutyny. 2) zool. Warstwa ochronna o różnej budowie, pokrywająca ciało wielu bezkręgowców i niższych strunowców, będąca wytworem naskórka: u wielu zwierząt tak znacznie grubieje, że tworzy zewnętrzną pokrywę ciała (np.: pancerz chitynowy owadów) o specyficznej budowie (włoski, kloce, wyrostki, gruczoły skórne) [4].

Metamorfoza - przeobrażenie, gruntowna przebudowa całego organizmu owada, od postaci larwalnej do dorosłego osobnika [5].

Mikoryza - współżycie rośliny naczyniowej, głównie jej korzeni, z grzybem [36].

Mutagen - substancja lub czynnik powodujący zmiany genetyczne w żywych komórkach [4].

Mutacja - każda trwała zmiana sekwencji nukleotydów DNA genomu [23].

Metageneza - jest to rozwój, w którym zmienia się postać i sposób rozrodu [5].

Okres karencji - czas, który powinien upłynąć od dnia zastosowania środka ochrony roślin do dnia zbioru roślin lub produktów roślinnych przeznaczonych do konsumpcji [4].

Ontogeneza - cykl życiowy każdego organizmu roślinnego rozpoczyna się od pierwszego podziału, a kończy z jego śmiercią, jest to cykl rozwoju osobniczego [5].

Patogen - sprawca choroby infekcyjnej roślin, organiczny czynnik chorobotwórczy. Patogenami są np.: pasożytnicze bakterie, grzyby [4].

Parazytoidy - pasożyty, którego larwy odżywiają się pokarmem zwierzęcym, a dorosłe owady- roślinnym [4].

Pasożytnictwo - typ oddziaływania negatywnego, w którym dochodzi do zależności między ograniczenie żywiciela a pasożyta. Pasożyt działa na szkodę żywiciela jednocześnie nie mogąc bez niego żyć [4].

Pestycydy - (ang. pest- plaga, szkodnik łac. pestis- morowe powietrze, caedo- niszczę, zabijam) toksyczne substancje chemiczne pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, używane do zwalczania szkodliwych organizmów zwierzęcych (zoocydy), patogennów roślin i zwierząt (fungicydy i bakteriocydy) oraz chwastów (herbicydy) [4].

Populacja - ogół organizmów jednego gatunku wzajemnie na siebie oddziałujących i zamieszkujących dany teren. [44].

Repelenty - czynniki działające odpędzająco lub odstraszająco na szkodniki. Mogą tu być bodźce pochodzenia mechanicznego, np.: świetlne czy barwne lub określone związki chemiczne, które same nie mają właściwości zabijania szkodników [4].

Saprofit - organizm uzyskujący pożywienie z martwej i rozkładającej się substancji organicznej [4].

.

Saprotrofia - to odżywianie się związkami pochodzącymi z martwej materii organicznej [4].

Spermatogenneza - proces powstawania komórek plemnikowych [5].

Substancja czynna (substancja aktywna) - aktywna część środka ochrony roślin [4].

Zoocydy - środki ochrony roślin do zwalczania szkodników.

Związki allelopatyczne lub toksyny - są to typowe niskocząsteczkowe metabolity wtórne o relatywnej budowie chemicznej, większość z nich została zidentyfikowana jako lotne terpeny lub związki fenolowe [4].

4. Oddziaływania biochemiczno-ekologiczne przy pomocy metabolitów wtórnych

4.1. Oddziaływania biochemiczno-ekologiczne z udziałem roślin niższych

4.1.1. Oddziaływania roślin niższych i wyższych

Oddziaływania roślin wyższych i niższych przyjmują wiele form. Jest to zazwyczaj atak mikroorganizmu na roślinę wyższą co prowadzi do jej choroby. Rośliny wykazują odporność na atakujące je drobnoustroje, wytwarzając różnego typu związki. Wśród tego typu oddziaływani wyróżnia się także oddziaływania korzystne. Przykładem tu może być mikoryza.

Drugi typ korzystnego współżycia odkryto badając rajgas angielski Lolium perenne. Okazało się, że dzięki obecności w organizmie rośliny, współżyjącego z nią grzyba- endofitu Lolium, roślina uzyskała odporność na działanie szkodników rolniczych fitofagów Listonotus i szkodliwego motyla Grambus [11]. Jednak w głównej mierze są to oddziaływanie niekorzystne, w których organizm atakujący wytwarza środki ataku, a organizm atakowany środki obronny. Przykładem mogą tu być biochemiczne środki ataku grzybów na roślinę. Można tu wyróżnić np.: patotoksyny, hormony wzrostu czy enzymy.

Brak barwników fotosyntetycznych zmusza grzyby do pasożytnictwa lub saprotrofii. Większość grzybów to saprofity. Związki odżywcze czerpią z opadłych liści, martwych ciał roślin i zwierząt, drewna, trocin, odchodów itp. Przy rozkładzie tych związków główna rolę odgrywają grzyby, gdyż wydzielają one enzymy o dużej aktywności np.: amylolitycznej, pektynolitycznej, celulolitycznej i innych (przykłady enzymów wytwarzanych przez grzyby np.: pektynazy, celulazy, lipazy, chitynazy, proteinazy) [12]. Grzyby białej zgnilizny np.: Cgriolus, Pleorotus, Panus- rozkładające ligninę i celulozę.

Dominująca rolę spośród enzymów produkowanych przez grzyby entomopatogenne odgrywają proteinazy. Całkowita degradacja białek kutikuli owadziej wymaga działania licznych endo- i egzoproteazy. Tego typu enzymy wytwarzane są przez grzyba Metarhizium anisopliae [7]. Produkuje on endoproteinazy, metyloproteinazę, trypsynopodobne proteinazy serynowe i egzoproteinazy [27]. W penetracji kutikuli owadziej istotną rolę odgrywają także enzymy chitynolityczne. Również podstawowym czynnikiem w procesie infekcji i porażenia owada przez grzyby z rodzaju Zoophthora są enzymy produkowane przez ten grzyb, takie jak proteazy czy lipazy [46].

Hormony wzrostu są substancjami wytwarzanymi przez niektóre grzyby, zmieniają metabolizm i stymulują szybki wzrost wydłużeniowy traw. Roślina ulega osłabieniu i staje się bardziej podatna i dostępna dla grzybów saprofitowych [33]. Przykładem takiego patogenna jest grzyb Gilberella. Jedną z najgroźniejszych patotoksyn, która wywołuje w krajowych ekosystemach katastrofalne następstwa, jest wytwarzana przez grzyb Ceratocystis ulmi. To mieszanina glikoprotein i małocząsteczkowych substancji fenolowych.

Atakowana roślina wytwarza chemiczne środki obrony. Wyróżniamy tu dwie grupy substancji zapewniających odporność roślinie na działanie grzyba chorobotwórczego.

Pierwszą z nich są to związki przedzakaźne (preinfekcyjne), które stale obecne w roślinie wyższej niezależnie od tego czy została ona zaatakowana. W tej grupie wyróżniamy dwie grupy substancji.

Prohibityny- metabolity ograniczające lub całkowicie hamujące rozwój mikroorganizmów.

Inhibityny- metabolity, których stężenie wzrasta po infekcji, wtedy wykazują działanie toksyczne [33].

Przykładów tych związków jest dużo. Zaliczamy do nich min: terpenoidy, chinony, związki fenolowe wyizolowane w zdrewniałych tkankach drzew liściastych. Jedną z grup związków szczególnie związana z odpornością na infekcje grzybowe są hydroksystilbeny. Należy do nich pinosylwina występująca w rodzaju Pinus . Innym przykładem związków przedzakaźnych, zapewniających odporność na choroby w roślinie niedrzewiastej, jest antrakoza cebuli. Antocyjaniny pochodne cyjanidyny są potencjalnie toksyczne dla grzybów, Występują też inne związki oprócz fenoli, które mogą oddziaływać jak proinhibityny. Do takich związków należą glikozydy triterpenów pięcicyklicznych, których przedstawicielem jest awenacyna A1. Inny przykładem niefenolowej proinhibityny jest alkaloid berberyna. Wiele roślin po infekcji przez mikroorganizmy zaczyna prowadzić akumulację metabolitów, które osiągają poziom zapewniający odpowiedni potencjał toksyczny. Są to związki aromatyczne szczególnie pochodne kumaryn. Jednym z przykładów są dwa związki fenolowe- skopolina i kwas chlorogenowy, gromadzone są w bulwie przez ziemniaka w wyniku zakażenia go grzybem Phytophthora infestans. Kumaryny i kwasy fenolowe znane są z dużej toksyczności w stosunku do licznych mikroorganizmów. Wzrost skopoliny, skopoletyny, kwasu chlorogenowego występuje też w innych roślinach np.: tytoniu (Nicotiana tabacum) i w batatach (Ipomoea batatus). Również kwasy fenolowe uznawane są za inhibitory kiełkowania nasion [10].

Druga grupą chemicznych środków obrony roślin są związki pozakaźne (postinfekcyjne), które pojawiają się w roślinie po zakażeniu, w zdrowej i nie zaatakowanej roślinie nie występują. Dzielimy je na:

Postinhibityny- metabolity powstałe z istniejących nieaktywnych związków przez ich hydrolizę lub utlenienie, powstają związki toksyczne

Fitoaleksyny- metabolity syntetyzowane po inwazji przez derepresje genów lub aktywacje utajonego układu enzymatycznego [33].

W roślinach występuje wiele związków nieaktywnych, z których po inwazji patogena uwalniane są na drodze hydrolizy enzymatycznej lub utlenienia aktywne toksyny. Jednym z przykładów są glikozydy cyjanogenne, które podczas hydrolizy za pomocą odpowiedniej β-glukozydazy uwalniają toksyczny kwas pruski. HCN chroni roślinę przed dalszą inwazją patogena. Przykładem jest uwalnianie cyjanku w liściach komornicy (Lotus corniculatus) w wyniku ataku jej przez Stemphylium loti. Innym przykładem postinhibityn są glukozynolany występujące w gatunkach Cruciferae. Kolejnym przykładem postinhibityn wpływających na odporność na choroby są 1-tulipozydy A i B. Glukozynolany te występują w młodych cebulkach tulipanów. Tulipozydy A i B powszechnie występują w rodzinie Liliaceae, jak również głównie z rodzaju Tulipa, a także w wielu gatunkach Alstroemeria. Kolejnymi związkami, które mogą pełnić funkcje postinhibityn są fenole. Utlenienie 3,4-dihydroksyfenoli jest jednym z podstawowych mechanizmów zwiększenia odporności na choroby. Powstałe o-chinony są bardzo toksyczne, mogą ulegać kondensacji ze związkami aminowymi, włączając aminokwasy i wówczas powstają jeszcze bardziej toksyczne związki. Związkiem pierwotnie występującym w odmianach jabłoni jest floretyna, która ulega utlenieniu do chinonu, hamującego dalszy rozwój patogena [11]. Aminokwasy siarkowe są kolejnym przykładem postinhibityn. Występują w tkankach cebuli, które w wyniku działania enzymu lub podczas hydrolizy uwalniają ostre i łzawiące sulfidy. Jedną z takich toksyn jest disulfid diallilowy. Sulfidy pełnią w rodzaju Allium funkcje ochronne

Fitoaleksyny pełnią ogromna rolę w odporności rośliny na chorobę. Muler i Borger w 1941r. sformułowali teorię fitoaleksyn, której zasady brzmią następująco:

1. Fitoaleksyną nazywamy związek, który hamuje rozwój patogena we wrażliwych tkankach i powstaje lub jest aktywowany tylko wtedy, gdy roślina gospodarza wejdzie w kontakt z pasożytem.

2. Reakcje obronne zachodzą tylko w komórkach żywych.

3. Czynnik hamujący jest odosobnionym związkiem chemicznym, produktem komórki gospodarza.

4. Fitoaleksyna jest związkiem niespecyficznym w swoim toksycznym działaniu na grzyby, jednakże gatunki grzybów mogą wykazywać zróżnicowaną wrażliwość na ten związek.

5. Podstawowa reakcje komórek wrażliwych i odpornych jest taka sama; różnice pomiędzy gospodarzem wrażliwym i odpornym polegają na szybkości formowania fitoaleksyn.

6. Reakcja obronna ogranicza się do tkanek zaatakowanych i do ich najbliższego sąsiedztwa.

7. Odporność nie jest dziedziczona; wykształca się ona po próbie infekcji przez patogena. Wrażliwość komórek gospodarza określająca szybkość jego reakcji jest specyficzna i określona genotypowo [11].

Pierwszą odkrytą fitoaleksyną była pizatyna wytwarzana w strąkach Pisum sativum w skutek ataku go konidiami grzyba Monilinia fructicola.. Wykazano, że inne rośliny motylkowe szczególnie Phaseolus vulgaris wytwarzają pterokarpany np.: fazenolinę. Fitoaleksyny wyizolowano też z gatunków należących do rodzin Convolvulaceae i Orchidaceae. Odkryto, że niektóre grzyby mają zdolność do dalszego metabolizmu i detoksykacji fitoaleksyn. Fitoaleksyny syntetyzowane są w skutek ataku grzyba, ale mogą tez być wytwarzane w skutek infekcji bakteryjnej lub wirusowej. Mogą one też powstawać pod wpływem czynników abiotycznych np.: promieniowanie UV, szok temperaturowy, uszkodzenie mechaniczne.[11]

Najprostszą fitoaleksyną jest kwas benzoesowy, syntetyzowany w reakcji na zgniliznę jabłek (Nectria galligena) i na mączniaka występującego na Pinus radiata. Pozostała większość fitoaleksyn to izoflawonoidy (pizatyna) terpenioidy (ryzytyna) i pochodne kwasów tłuszczowych (safinol). Inną fitoaleksyną, zawierającą siarkę, występuje w Brassica juncea i Camalina sativa. Zaś dibenzenofuranów, w tym τ-pyrufuran występują w gruszekach Pyrus communis. Oprócz wytwarzanych izoflawonoidów występuje inna klasa fitoaleksyn- hydroksysystilbeny, zidentyfikowane w rodzajach Arachis i Trifolium.

Znanych jest około 200 struktur związków chemicznych będących fitoaleksynami, ale prawie połowa z nich została wyodrębniona z jednej rodziny Leguminosae.[Ingham,1981] Wykryto i scharakteryzowano filtoaleksyny w co najmniej 20 rodzinach roślin- jedno i dwuliścienne, drzew i roślin zielnych [11]. Bywa tak że główna fitoaleksyna występuje z kilkoma innymi związkami śladowymi np.: w fasoli funkcję fitoaleksyn pełni 25 związków izoflawonoidowych. Niektóre grzyby wytworzyły mechanizmy detoksykacji, inaktywujące czynnik antygrzybowy.

Grzyb indukuje w roślinie syntezę fitoaleksyn. Czynnikami pochodzenia grzybowego, które wywołują reakcję rośliny na inwazję, nazwano elicytorami (elistorami) Mają one naturę białkową, glikoproteinową i poliosacharydową. Związki te wykazują dużą aktywność i stymulują wytwarzanie fitoaleksyn. Stwierdzono elicytorowe działanie kompleksu lipoglikoptoteinowego i niektórych kwasów tłuszczowych- eikozapentenowego i arachidonowego, wydzielonych z komórek Phytphora infestans.[Diakow,1983] Właściwości elicytorów wykazują też substancje syntetyczne, sole metali ciężkich, pestycydy, detergenty, czynniki takie jak napromieniowanie nadfioletem [33]. Fitoaleksyny to związki wykazujące aktywność przeciwgrzybową, mogą być wytwarzane przez roślinę jako część ogólnego systemy naprawczego i obronnego, uruchamianego przez wiele czynników. Liczy się nie tylko zdolność syntezy fitoaleksyn a przede wszystkim syntezy ich dużych ilości w odpowiednim miejscu i czasie. Pełnią one funkcje czynnika odpornościowego na choroby roślin.

4.1.2. Oddziaływania między roślinami niższymi

Jednym z przykładów jest produkcja metaboliów wtórnych przez mikroglony glebowe np.: glon Scenadesmus obliquus. W przypadku oddziaływań grzybów z grzybami obserwujemy interesujący przypadek grzybów żyjących w asocjacji z innymi grzybami. Należy tu opisać przykład grzyba żyjącego w mikoryzie. Grzyb Leucopaxillus cerealis wydziela antybiotyk o działaniu przeciwgrzybowym, który uniemożliwia oplatanie korzeni roślin wyższych np. sosny przez inne grzyby. Dzięki temu odporność i czas trwania całej mikoryzy, która jest korzystna dla obu gatunków wzrasta.

Glony produkują fitochelatyny (PC), które są jednym z przykładów biomarkerów specyficznych dla grupy czynników stresowych. Są to peptydy wiążące metale, syntetyzowane przez komórki roślinne w odpowiedzi na wnikające do nich jony szeregu metali ciężkich i metaliodów (rtęć, miedź, cynk, srebro, cyna, arsen i inne). Są one produkowane przez enzym syntetazę fitochelatynową. Enzym ulega aktywacji przez wnikające do komórki jony metali ciężkich i metaloidy. Synteza fitochelatyn rozpoczyna się natychmiast po rozpoczęciu ekspozycji na metale ciężkie. Ustaje, gdy jony wewnątrzkomórkowego metalu zostaną związane. Synteza fitochelatyn wydaje się być wysoce specyficzna, nie wykazano jak dotąd, aby inne czynniki jak metale ciężkie wywoływały indukcję syntezy PC.

Do najsilniejszych induktorów syntez PC należy kadm. Indukcję syntezy pod wpływem kadmu stwierdzono u kilkunastu gatunków glonów należących do różnych grup systematycznych, głównie Chlorophyceae. U wszystkich badanych glonów wzrost stężenia zewnętrznego kadmu powodował wzrost jego stężenia wewnątrzkomórkowego. W większości przypadków skorelowane to było ze wzrostem poziomu fitochelatyn. Jednakże u bruzdnicy Heterocapsa pygmaea, wzrost pobierania kadmu nie powodował zwiększenia produkcji fitochelatyn. Ponieważ wzrost glonu nie był zahamowany, można było przypuszczać, że u Heterocapsa pygmaea istnieje dodatkowy mechanizm detoksykacji kadmu. Dlatego wybór gatunku, który mógłby być użyty jako organizm wskaźnikowy w środowisku lub wykorzystywany w testach toksyczności jest sprawą bardzo ważną. Wydaje się, że odpowiednim organizmem służącym do oceny biodostępności metali w środowisku wodnym może być szeroko rozpowszechniona zielenica Stichococcus bacillaris. Obecność tych peptydów stwierdzono również u nitkowatej zielenicy Stigeoclonium sp. rosnącej w wodzie kopalnianej. Poziom fitochelatyn zmieniał się w zależności od biodostępności metali. Fitochelatyny mogą być wskaźnikami biodostępności kadmu jak również dobrymi biomarkerami toksyczności [18].

4.1.3. Oddziaływania roślin niższych ze zwierzętami

W oddziaływaniach tych pośredniczą substancje toksyczne wytwarzane przez grzyby i glony. Toksyny grzybów- mykotoksyny służą do obrony przed zwierzętami- konsumentami i zabezpieczają owocniki przed przedwczesnym spożyciem. W tabeli nr.1 umieszczono przykłady mykotoksyn produkowanych przez grzyby pleśniowe. Metabolity te spotykane są również w produktach spożywczych i stanowią zagrożenie dla ludzi i zwierząt hodowlanych, ze względu na swoją toksyczność, np.: aflatoksyny są rakotwórcze. Toksyny grzybów uczestniczą w oddziaływaniach pomiędzy grzybami drapieżnymi a nicieniami. Z jednej strony, nicienie wydzielają substancje, które indukują wytwarzanie pułapek przez grzyby drapieżne. Substancje o takim działaniu nazwano neminą, wytwarzana jest przez nicienia Neoplectana glaseri. Z drugiej strony same grzyby drapieżne wydzielają atraktanty, przywabiające nicienie do pułapek. Tak działają lotne terpeny wytwarzane przez grzyby: Arthrobotrys oligospora i Candelabriella musiformis [33]. Przykładem innych toksycznych substancji wytwarzanych przez grzyby są np.: destruktyny. Stanowią liczną grupę cyklicznych depsipeptydów zbudowanych z pięciu aminokwasów [45]. Obecnie znanych jest 19 destruktyn, z czego 17 produkowanych jest przez Metarhizium anisppliae. Destruktyny wytwarzane są też przez przedstawicieli z rodzaju Aspergillus i Alternaria. Toksyczny efekt wywierany przez destruktyny na owady ujawnia się dopiero po wstrzyknięciu ich do jamy ciała zwierzęcia [7]. Grzyb Beaveria bassiana produkuje cykliczne depsipeptydy o nazwie beaverolidy, które stymulują odpowiedź immunologiczną po podaniu ich owadom [45].

Z grzybów należących do rodzaju Tolypocladium wyizolowano związki takie jak: tylopinę, dwie grupy toksycznych peptydów takich jak leucynostatyny i eferpeptyny [25]. Grzyby należące do rodzaju: Beaveria, Verticillium, Tylopocladium produkują cyklosporyny- cykliczne undekapeptydy. Najbardziej znana jest cyklosporyna A, wykazuje silne działanie toksyczne wobec larw komarów [39].

Tabela 1. Przykłady mykotoksyn produkowanych przez grzyby pleśniowe [7].

Aflatoksyna B1, B2, G1,G2 Aspergillus flavus Citrinina Penicillium citreoviride Destruktyna A Alternaria brassicae Destruktyna B Aspergillus orchaceus Destruktyna B2 Alternaria brassicae Kwas penicilinowy Penicillium aurantiovirenso Ochratoksyna A Aspergillus alliaceus Patulina Penicillium chrysogeus

Niektóre jednokomórkowe glony syntetyzują substancje silnie toksyczne dla zwierząt. W tabeli nr.2 ukazano przykłady toksyn glonów. Neurotoksyna wytwarzana przez Gonyaulax sp., jest jednym z najbardziej trujących związków dla zwierząt stałocieplnych. Inną trucizną jest saksytoksyna, znaleziona u małża Saxidomus giganteus.

Tabela 2. Przykłady toksyn glonów [33].

Glon	Toksyna
Anabeana flos-aquea	anatoksyna
Microcystis aeruginosa	miokrcystyna
Aphanizomenon flos-aquae	afantoksyna
Oscillatoria nigroviridlis	oscylatoksyna A

Także bakterie wytwarzają substancje toksyczne. Przykładem jest bakteria Bacillus thuringiensis, która wytwarza toksyny. Są to białka tzw. deltaendotoksyny. Wiele z tych substancji ma charakter protoksyn. Uwolnione toksyny białkowe i protoksyny ulegają przemianie do mniejszych jednostek białkowych-polipeptydów. Uaktywnione toksyny wchodzą w nieodwracalną interakcję z odpowiednimi receptorami białkowymi. Następuje zakłócenie równowagi osmotycznej i zaburzenie w przewodzeniu pierwiastków, co prowadzi do pęcznienia komórek i ich zaniku [28].

4.2. Allelpoatia czyli biochemiczno-ekologiczne oddziaływania roślin wyższych

Rośliny wyższe wykształciły różne sposoby konkurowania o dostępne zasobu środowiskowe. Dotyczy to zjawisk obserwowanych zarówno wewnątrz populacji, pomiędzy różnymi gatunkami roślin oraz w sytuacjach, gdy rośliny bronią się przed fiotofagami i fitopatogenami [22]. We wszystkich wymieniony przypadkach interakcji roślin z różnymi gatunkami zachodzą za pomocą związków chemicznych (metabolitów wtórnych). Allelopatia może występować niemal w każdym klimacie.

Ze zjawiskiem allelopatii rolnicy i ogrodnicy spotkali się przez wiele lat obserwując, że niektóre rośliny lubią rosną razem lub w pobliskim sąsiedztwie, a inne nie. Drzewem, które wywiera allelopatyczny wpływ na inne gatunki rosnące w jego pobliżu jest orzech (Jugalas nigra i Jugalas regia). Drzewo wywiera niekorzystny wpływ na różne rośliny np.: sosna, ziemniaki, zboża. Można znaleźć doniesienia, że toksyny tego drzewa mogą zabić nawet jabłonie, które rosną zbyt blisko. Pierwszym dowodem na to, że szkodliwy wpływ orzecha na inne rośliny jest spowodowany jego toksynami, były doświadczenia Masseya, w których posadził on pomidory i leucerynę na powierzchni koła o średnicy 27m od pnia drzewa i zaobserwował, że w tych warunkach wiele roślin obumarło. Obszar, w którym rośliny pomidorów ucierpiały z powodu allelopatii, pokrywał się z zasięgiem korzeni drzew. Massey wyciągnął wniosek, że rośliny zostały zabite przez wyciekające z korzeni toksyny. Związkiem wydzielanym przez orzech jest 4-glukozyd 1,4,5-trihydroksynaftalenu, który w wyniku hydrolizy i utlenienia przekształcany jest do naftochinonu o nazwie juglon, wyodrębniony z korzeni, liści i skorupy orzecha, jest on substancja silnie toksyczną [11].

W przypadku roślin pustynnych konkurencja między nimi zachodzi głównie o zasoby wodne np.: roślina Encelia farinosa ogranicza wzrost roślin jednorocznych zapewniając sobie dostępność wilgotności w promieniu jednego metra. Wyizolowano z liści toksynę, która działała szkodliwie na inne rośliny, substancją tą jest 3-acetylo-6-metoksybenzaldehyd. Wydzieliny korzeni kauczukodajnej rośliny Parthenium argantatum hamują wzrost roślin tego samego gatunku. Na plantacjach Parthenium zauważono, że rośliny znajdujące się na obrzeżu poletka rosły zawsze lepiej niż te, które były w środku. Korzenie roślin sąsiednich nie przerastają się lecz rosną oddzielnie. W wydzielinach korzeniowych Parrthenium występuje toksyna- kwas (E)-cynamonowy. Kwas jest toksyczny w stosunku do Parthenium przy stężeniu 0,0001%, natomiast na pomidora oddziałuje przy stężeniu 100 razy większym. Wytwarzanie tego związku spowodowało, że rośliny są rozrzucone daleko, nie obserwuje się wtedy wzajemnego hamowania wzrostu [11].

Oddziaływania allelopatyczne występują również na terenach makii kalfornijskiej. Hamujący wpływ krzewów na otaczające rośliny spowodowany jest obecnością toksyn o strukturze terpenów. Związki te występują w dużych ilościach w liściach oraz w glebie wokół roślin i są w sposób ciągły wydzielane przez krzewy, hamując kiełkowanie i wzrost roślin. Najbardziej efektywnymi toksynami w bylicy Salvia leucophylla okazały się 1,8-cyneol i kamfora. Do innych lotnych terpenów należą artemizjoketon, α-tujon, izotujon. Lotne mono i sekwiterpeny występują w dużych ilościach w wielu roślinach okrytonasiennyvh takich jak Myrtaceae, Labiatae, Rutaceae, a także nagonasiennych. Doświadczenia przeprowadzone przez McPersona i Mullera (1969) wykazały, że substancje allelopatyczne są rozpuszczalna w wodzie. Liście Adenostoma i Arctostaphylos zawierają dużo rozpuszczalnych w wodzie związków fenolowych. Najsilniejszymi inhibitorami kiełkowania nasion traw i innych roślin zielnych są kwas hydroksybenzoesowy i hydroksycynamonowy. Z drzewa Quercus falcata wyodrębniono kwas salicylowy, który powodował hamowanie wegetacji roślin pod swymi konarami. Najbardziej pospolity chwast orlica pospolita Pteridium aquilinum wytwarza związki fenolowe, którymi głównymi składnikami są kwas kofeinowy i ferulowy, działają w sposób negatywny na inne rośliny. U tego gatunku występuje zjawisko autotoksyczności, ponieważ stare stanowiska orlicy degenerują się po kilku latach , przechodzą przez fazę spoczynkową, by ponownie rekolonizować poprzednio zajmowane obszary. Takie cykliczne zmiany występują w populacjach dość często i bardzo możliwe, że allelopatia i autotoksyczność odgrywają ważną rolę w obserwowanym zjawisku cofania się i ponownego wzrostu dominacji określonej rośliny w czasie. Innym związkiem aktywnym allelopatycznie jest kwas nordihydrogwajaretowy występujący w liściach Larrea tridentata [11].

W oddziaływaniach allelopatycznych mogą odgrywać role kwasy tłuszczowe występujące w chwastach Polygonum aviculare. W zbiorowisku roślinnym takim jak szuwary wykazano, że nadziemne części wielu gatunków pałki szerokolistnej, manny mielca, oczeretu jeziornego hamują kiełkowanie trzciny pospolitej. Szczególnie silne działanie wykazuje manna mielec. Wymyte z niej substancje są nie mniej aktywne niż znane herbicydy.

Innymi związkami allelopatycznymi są stymulatory kiełkowania. Pierwszym był sekwiterpen strigol, który wyodrębniono z wydzielin korzeniowych bawełny, nie będącej w naturze rośliną gospodarza, ale stymulującej kiełkowanie nasion Striga w szklarni. Związek tan może być wykorzystywany do niszczenia pasożyta przez wprowadzenie go do gleby przed wysianiem rośliny uprawnej. Z korzeni Sorghum bicolor wyodrębniono naturalny symulator kiełkowania, nazwano go sorgolaktonem. Jego struktura chemiczne jest bardzo podobna do strigolu [11].

Wiele fenoli ma działanie allelopatyczne np.: florydzyna. Związki te wydzielane do gleby hamują rozwój innych roślin w swym otoczeniu [21].

Aktywność allelopatyczną wykazuje także jedno z najbardziej popularnych warzyw- marchew jadalna. Wydziela ona aromatyczne olejki eteryczne przez korzenie, łodygi, liście, owocostany. Na rysunku 1 ukazane są substancje występujące w różnych częściach marchwi, wykazujące aktywność allelopatyczną.

muchówki

połyśnicy marchwianki

allelochemikalia występujące w ulistnieniu i owocostanach roślin marchwi α-azaron β-azaron trans-metyloizogenol β-kariofilen tlenek kariofilenu β-farnezen

patogeny mszyce

grzybowe

allelozwiązki występujące w nasionach, kiełkach korzeniach marchwi β-kariofilen karotol β-franezen trans-2-nonenal kwas trans-chlorogenowy

nicienie

larwy

połyśnicy marchwianki

Rys.1. Aktywność allelopatyczna substancji występujących w różnych częściach roślin marchwi [22].

W mieszaninie substancji tworzących olejki występuje wiele allelozwiązków są to: aldehydy, alkohole, terpeny, fenylopropenoidy. Do ostatniej grupy związków najczęściej wymieniane są izomery azaronu oraz trans-metyloizoeugenolu. Fenylopropenoidy wykazują właściwości fungicydowe.

Z epidermy korzeni marchwi wyizolowano aldehyd trans-2-nonelan i kwas chlorogenowy. Związki te posiadają działanie insektycydowe w stosunku do larw połśnicy marchwianki. Olej uzyskiwany z nasion marchwi stanowi mieszaninę mono- i seskwiterpenów. Większość tych substancji charakteryzuje się właściwościami allelopatycznymi. Sekwiterpeny o strukturze karotanów: karotol i daukol, są związkami roślin z rodzaju Daucus. Wymienione wcześniej substancje występują także u innych roślin. U tatarka pospolitego wyodrębniono azorany z liści i kłączy. Związki te hamują procesy fotosyntezy i oddychania u planktonicznych glonów, również wykazują właściwości nicieniobójcze, także uniemożliwiają rozwój niektórych gatunków owadów [8,9]. Roślina Rosa rugosa wytwarza sekwiterpeny o strukturze karotanów takie jak rugozal A i fulwoferuginina, które wykazują właściwości fungistatyczne i fungicydowe, ponadto lulwoferuginina jest substancją o działaniu przeciwbakteryjnym [8,9]. Rugozal jest antyfidantem gąsienic żerujących na liściach tytoniu zaś fulwoferuginina to substancja o działaniu przeciwbakteryjnym.

W allelopatycznych oddziaływaniach roślin mogą pośredniczyć zwierzęta. Liście eukaliptusa zawierające allelopatyczne substancje takie jak fenole, terpeny itp. wpływają na wzrost roślin warstwy przyziemnej. Metabolity wtórne wytwarzane przez Eucalyptus globulus mogą być przenoszone do roślin Trifolium repens, Sinapis alba, Festuca rubra var. falax i Themeda australis wraz z wydalinami chrząszcza Paropsis atomaria żywiącego się liśćmi eukaliptusa [33].

4.3. Oddziaływania biochemiczno-ekologiczne roślin wyższych i zwierząt

4.3.1. Ekologiczne regulatory troficznego zachowania się zwierząt-fitofagów

4.3.1.1. Toksyny roślin

Oddziaływania tego typu są różnorodne, można tu wyodrębnić dwie duże grupy:

1. regulacja troficznego zachowania zwierząt- fitofagów (zwłaszcza owadów) przez substancje chemiczne roślin

2. regulacja rozwoju i rozrodczości fitofagów przez wtórna metabolity roślin.

Związki zawarte w tkankach roślinnych oddziałują na zwierzęta w określony sposób: uniemożliwiające odżywianie - toksyny; odstraszające swoim smakiem lub zapachem- antyfidanty, repelenty, deterenty; i przeciwnie przywabiające- atraktanty [33].

Obrona chemiczna roślin zapewniona jest dzięki występowaniu u nich toksyn i substancji odstraszających. Toksyny spełniają rolę repelentów, ponieważ rośliny często sygnalizują ich obecność za pomocą sygnałów ostrzegawczych natury wizualnej lub zapachowej. Toksyny roślinne można podzielić na dwie duże grupy. Pierwszą grupa są toksyny zawierające azot (tabela 3), drugą nie zawierające azotu (tabela 4).

Wśród toksyn zawierających azot można wyróżnić siedem głównych grup:

1. aminokwasy niebiałkowe

Związki te głównie występują w nasionach roślin motylkowatych i chronią je przed wyjedzeniem. W gatunku Vicia występuje β-cyjanoalanina, zaś w nasionach fasoli Canavalia ensiformis i Dioclea megacarpa- kanawanina. Pierwsza substancja wykazuje toksyczność w stosunku do szczurów, druga zaś do mysz. Innym przykładem jest 3,4-dihydroksyfenyloalanina (DOPA), związek występujący w nasionach Mucuna. Relatywnie nietoksyczny dla ssaków, stosowany do leczenia choroby Parkinsona, zaś bardzo toksyczny dla owadów. Zakłóca aktywność enzymu tyrozynazy koniecznej do utworzenia kutykuli owadów.

2. glikozydy cyjanogene

Same nie są toksyczne lecz w wyniku enzymatycznego rozkładu tworzą kwas cyjanowodorowy HCN, hamuje on aktywność oksydazy cytochromowej, co może wywołać niedobór tlenu i śmierć. W zależności od rodzaju podstawnika R wyróżnia się glikozydy : gdy są to dwie grupy metylowe glikozyd nosi nazwę linamaryny (występuje w lnie), gdy jednym z podstawników jest grupa metylowa a drugim etylowa- lotaustraliny.

Tabela 3. Przykłady toksyn zawierających azot [11].

Klasa związku Przykład

Aminokwasy niebiałkowe l - DOPA w nasionach Mucuna β - cyjanolanina w nasionach Vicia Glikozydy cyjanogenne linamaryna i lotaustralina w Lotus corniculatus Glukozynolany synigryna w Brassic Alkaloidy senecionina w liściach starca Senecio jacobaea Atropina w jagodach Atropa Belladonna Peptydy amanityna w Amanita phalloides wiskotoksyna w jagodach Viscum album Białka abryna w Abrus precatorius fitochemaglutyniny w Phaseolus vulgaris

3. glukozynolany

Ich toksyczność związana z wydzieleniem izotiocyjanianów (olejków gorczycznych). Występują głównie w roślinach z rodzaju Brassica i są toksyczne dla owadów.

4. izobutyloamidy nienasyconych kwasów alimfatycznych

Wyodrębniono je z roślin rodziny złożonych i rutowatych. Przykładem jest pellitoryna z korzeni Anacyclus pyrethrum czy spilantol z łodygi Spilanthes oleracea.

Tabela 4. Przykłady toksyn bezazotowych [11].

Klasa związku Przykład

Iritoidy aukubina w liściach Aucuba japonica Laktony seskwiterpenów hymenowina w Hymenoxys odorata Glikozydy nasercowe ouabaina w Acokanthera ouabaio Saponiny kwas medikagenowy w liściach Medicago sativa Furanokumaryny ksantotoksyna z Pastinaca sativia Izaflawonoidy rotenon w korzeniach roślin z rodzaju Derris Chinonony hiperycyna w liściach Hypericum perforatum Poliacetyleny oenantetoksyna w korzeniach Oenanthe crocata Aflatoksyny aflatoksyna B1 w orzeszkach Aspergillus flavus

5. alkaloidy

Głównie charakteryzują się właściwościami toksycznymi. W tej chwili znamy około 10 000 alkaloidów. Te zasadowe związki występują powszechnie u roślin okrytonasiennych i są obecne u około 20% roślin wyższych. Jednym z przykładów jest konina piperydyna ze szczwołu plamistego. Innym alkaloidem jest solanina wyodrębniona z ziemniaka Solanum tuberosum czy α-tomatyna znaleziona w liściach i niedojrzałych owocach pomidora. Jedną z silnie toksycznych grup stanowią alkaloidy pirolizydowe, wytwarzane przez rośliny i gromadzone przez niektóre owady roślinożerne. Zostały zidentyfikowane w liściach żywostanu Symphythum officiale.

6. peptydy

Przykładem peptydów toksycznych może być wiskotoksyna z jemioły pospolitej Viscum album, a także niektóre toksyny grzybów.

7. białka

Głównie białka roślinne nie są toksyczne, jednak jest kilka, które są niebezpieczne dla ludzi i zwierząt. Jednym z przykładów jest abryna białko nasion Abrus precatorious. Innym toksycznym białkiem jest rycyna z nasion rącznika Ricinus communis. Zaś w nasionach soi Glycine max i innych roślinach motylkowatych znaleziono białka, które są inhibitorami proteaz. Toksyny białkowe chronią nasiona roślin okrytonasiennych przed całkowitym wyjedzeniem przez zwierzęta.

Toksyny roślinne nie zawierające azotu obejmują związki należące do różnych chemicznych klas substancji. Najprostszą toksyna bezazotową jest kwas monofluorooctowy występujący w roślinie Dichapetalum cymosum [11]. Związek tan hamuje przebieg cyklu Krebsa. Innym toksycznym kwasem organicznym, który wyodrębniono z rośliny rabarbar, jest kwas szczawiowy. Szczawian jest toksyczny wtedy, gdy tworzy sól z jonami potasowymi lub sodowymi. Inną toksyną o prostej budowie jest 2-tridekanon, którego pary są toksyczne dla mszyc Aphis gossypii i larw Manduca sexta. Znaleziono go w dzikim gatunku pomidora Lycopersicon hirustum [33]. Wśród związków terpenoidowych należy wymienić glikozydy nasercowe i saponiny. Przykładem saponiny jest kwas mediakgenowy z liści leuceryny siewnej Medicago sativa. Do glikozydów nasercowych należą związki o zbliżonej strukturze i działaniu kardiotonicznym. Ich przykłady to digitoksyna, strofantyna, oleandryna i wiele innych. Hamują one działanie adenozynotrifosfataz błonowych, wywierają silny wpływ na wymianę jonów K⁺, Na⁺, Ca⁺ oraz na wiele innych procesów fizjologicznych. Ponadto występują inne związki toksyczne takie jak diterpeny, które znajdują się w liściach i kwiatach Rhododendron czy laktony sekwiterpenów wyodrębnione z gatunku Compasitae. Niedawno wykryto nowe toksyczne estry diterpenowe w krzewie Pimelea prostrata. Rotenon z korzeni Derris, Tephroosia i Lonchocarpus, toksyczny dla owadów i ryb jest przedstawicielem flawonoidów.[33] Z pomidorów Lycopersicon esculentum wyodrębniono szereg toksycznych flawonoidów. Wiele z nich posiada także wielorakie właściwości lecznicze np.: korzenie Scutellaria baicalensis są stosowane w chińskiej medycynie [38].

Przedstawicielem chinonów jest hiperycyna z liści dziurawca zwyczajnego Hypericum perfotarum, zaś poliacetylenów- cykutotksyna z korzeni Cicuta virosa [33]. Inna grupa toksyn roślinnych są aflatoksyny pochodzenia mikrobiologicznego. Przykładem może być aflatoksyna B₁ wytwarzana przez grzyb Aspergilus niger, który rozwija się na orzechu zimnym Archis hypogea. Jeszcze jedna grupa toksyn, selektywnie toksycznych dla owadów są naturalne pyretoidy, które wyizolowano z kwiatów roślin Chrysanthemum cineriaefolium.

4.3.1.2. Deterenty pokarmowe

Kolejna grupą związków pochodzenia naturalnego są deterenty pokarmowe zwane inaczej antyfidantami. Są to substancje odstraszające głównie pochodzenia roślinnego częściowo lub całkowicie hamujące żerowanie owadów. Zazwyczaj są one nietoksyczne wobec owadów, bądź toksyczne w niewielkim stopniu. Oddziałują natomiast na ich narządy smaku, powodując zaprzestanie żeru i efekcie śmierć głodową. Charakterystyczną cechą antyfidantów jest selektywność działania. Są one aktywne wobec wąskiej grupy owadów, pozostając obojętne wobec innych [32].

Deterenty pokarmowe należą do różnych klas związków, począwszy od terpenoidów i alkaloidów aż do chinonów i flawonoidów. Ta ostatnia grupa metabolitów wtórnych stanowi najważniejszą barierę przeciwko żerowaniu owadów na roślinach okrytonasiennych. Są to taniny roślinne, występujące w liściach roślin drzewiastych [11]. To związki fenolowe. Ze względu na ich strukturę chemiczną dzieli się je na dwie grupy: taniny hydrolizujące i taniny skondensowane. Hydrolizowane taniny to pochodne kwasów fenolowych, takich jak kwas galusowy i jego dimer kwas heksahydroksydifenowy. Należą tutaj galotaniny i elagitaniny. Skondensowane taniny są to oligomery, powstając przez kondensacje dwóch lub więcej cząstek hydroksyflawanolu. Taniny pełnią rolę w regulacji zachowań pokarmowych min: piędzika przedzimiaka- jest to gąsienica żerująca na liściach dębu. Fitofag wgryza się w liście, w których taniny i białka są zlokalizowane w różnych częściach, mogą wchodzić w kontakt i wiązać się. W wyniku tego białka stają się trudniej przyswajalne i wartość odżywcza danego gatunku rośliny maleje. Takie działanie tanin prowadzi w lecie do zmniejszenia się liczby gatunków motyli, których gąsienice żywią się liśćmi dębu [33]. Bezpośrednią przyczyna zaprzestania żerowania jest wzrost zawartości tanin. Taniny determinują zachowanie także innych owadów takich jak mszyc Aphis craccivora, żerujących na roślinach orzeszków ziemnych Arachis hypogaea. Kolejna grupą deterentów pokarmowych są alkaloidy. Przykładem jest związek demissyna. To alkaloid sterydowy występujący w liściach jednego z dzikich gatunków ziemniaka Solanum demissum, który wykazuje odporność na działanie stonki ziemniaczanej Leptinotarsa decemlineata. Mimo, że demissyna jest bardzo blisko strukturalnie spokrewniona z solaniną, głównym alkaloidem ziemniaków uprawnych S.tuberosum, nie działa jednak na stonkę ziemniaczaną. Innym alkaloidem, który działa na stonkę jak repelent to tomatyna występująca w pomidorze. Najbardziej liczna grupą naturalnych antyfidantów stanowią laktony sekwiterpenowe izolowane z roślin z rodziny Compositae i Umbelliferae [6]. Dwa izomeryczne laktony, alantolakton i izoalantolaktonzostały, wyizolowane z Locophelea heterophylla. Znany z wysokiej aktywności w stosunku do szkodników zbożowych antyfinant bakkenolid został wykryty u Homogyne alpina.[29,30] Spośród diterpenowych związków najbardziej znanym deterentem pokarmowym jest wyizolowany z Ajuga remota rośliny z rodziny Lamiaceae ajugarin, który jest silnym antyfidantem w stosunku do larw motyla Plutella xylostella [32].

Najbardziej gorzkimi i niesmacznymi związkami terpenoidowimi w roślinach są prawdopodobnie kukurbitacyny, występujące w ogórkach i w innych gatunkach z rodziny Cucurbitaceae. Są one atraktantami dla owada z rodziny stonkowatych z rodzaju Diabrotica, a także repelentami dla innych owadów [11].

4.3.1.2. Atraktanty

Atraktanty- czynniki fizyczne lub chemiczne zwabiające zwierzęta [4]. Dla niektóry gatunków zwierząt atraktanty są związkami, które dla większości pozostałych gatunków są toksyczne lub stanowią repelenty, np.: kukurbitacyna.

W większości przypadków wzajemnego oddziaływania konkretnych gatunków roślin i zwierząt- fitofagów rolę atraktanta pokarmowego odgrywa jednocześnie kilka substancji. Na przykład w kształtowaniu preferencji pokarmowych niektórych gatunków motyli uczestniczy nie mniej niż piętnaście substancji [33]. Gąsienica jedwabnika Bombyx mori odżywia się wyłącznie liśćmi białej i czarnej morwy Morus nigra i M.alba. W specyficznym zachowaniu żywieniowym uczestniczy kilka związków chemicznych występujących w liściach. Związki te można podzielić na trzy grupy: atraktanty węchowe, czynniki zgryzania i czynniki połykania. Każda z tych grup odgrywa szczególną rolę w reakcjach żywieniowych owadów. Funkcją atraktantów zapachowych jest przyciągania larw do źródła pokarmu, wykorzystując ich zmysły powonienia. Spośród czynników gryzienia trzy substancje- sacharoza, inozytol i sitosterol- sąpodstawowymi składnikami diety i wszystkie działają jako stymulatory pokarmowe dla większości owadów. Dwa inne związki- moryna i izokwercytryna- mają udział w kształtowaniu specyficzności. Substancje należące do czynników połykania takie jak celuloza, składniki mineralne stymulują akt połykanie u owadów.

Jednym z przykładów jak toksyczne substancje repelentowe przekształcają się w atraktanty, jest troficzne zachowanie się owadów żywiących się roślinami krzyżowymi. Wymienić tu należy takie gatunki owadów jak: bielnika kapustnika Pieris brassicae i mszycę Brevicoryne brassicae, szkodniki roślin kapustnych rodziny Cruciferae. Związki, których rola została drastycznie zmieniona przez owady, są ostre zapachowo olejki gorczyczne, uwalniane przez te rośliny. Lotne olejki występują w roślinach w formie związanej i są uwalniane eznymatycznie, występując razem z glukozydami w liściach roślin krzyżowych. Przykładem może tu być rozkład synigryny z wydzieleniem izitiocyjanianu allilu, który jest repelentey dla większości zwierząt i toksyczny dla owadów. Dla bielnika kapustnika synigryna nie jest już repelenten lecz, przeciwnie atraktantem. Związek ten jest symulatorem dla motyli i mszyc żerujących na roślinach kapustnych, przywabia on owady do tych roślin. Dla dojrzałych samic bielnika stanowi także stymulator owipozycji (składanie jaj). Duża liczba owadów żerujących na roślinach krzyżowych jest stymulowana do pobierania pokarmu przez glukozynolany zawarte w ich tkankach [11].

Toksyczny alkaloid sparteina działa jako atraktant w odżywianiu się mszyc Acyrthrosiphon spartii rośliną Sarothamnus scoparius. Na troficzne zachowanie się zwierząt wpływają liczne terpenoidy. Na przykład w przywabianiu motyla Ceratomia catalpae do liści surmii Catalpa uczestniczy mieszanina 15 glikozydów. Ważną grupę substancji odkryto u chrząszczy korników, np.: kornika Scolytus multistriatus przywabiają do liści wiązu Ulmus europea dwa związki: flawanol i lupeilocerotynian. Flawanony stanowią także atraktanty dla innego kornika Scolytus mediterraneus, który żywi się kora drzew owocowych Prunus.

4.3.2. Ekologiczne chemoregulatory ontogenezy i rozrodczości owadów

Liczne metabolity wtórne roślin wykazują zdolność oddziaływania na układ hormonalny, rozwój i rozrodczość fiotofagów. Występują substancje roślinne zakłócające rozwój i normalne rozmnażanie się bezkręgowców czy oddziałują na rozmnażanie się, dziedziczność i ontogenezę kręgowców.

4.3.2.1. Oddziaływania substancji roślinnych na bezkręgowce

Wyodrębniamy tu następujące grupy chemoefektorów:

1. zawarte w roślinach hormony metamorfozy i inhibitory

1. linienia

2. substancje roślinne działające jako hormony juwenilne

3. chemosterylanty [33].

Ad.1) W procesie metamorfozy owadów niezbędne są odpowiednie hormony regulujące cykle rozwojowe od larwy do dorosłego osobnika [11]. Warunkiem prawidłowego rozwoju jest dokładna równowaga wytwarzania i nagromadzenia w organizmie dwóch hormonów: metamorfozy- HM i juwenilnego- HJ.[33] Podczas, gdy HJ jest niezbędny tylko w przekształceniach w stadium larwy, HM regulujący linienie zewnętrznej warstwy skóry we wszystkich stadiach rozwojowych jest konieczny od powstania larwy aż do dojrzałości. Duże ilości hormonu metamorfozy- ekdyzon znaleziono w liściach cisa pospolitego Taxus baccata i w kłączach paprotki zwyczajnej Polypodium vulgare. Ekdyzony występują regularnie w paprociach (w 22 z 44 badanych gatunków, głównie w rodzinie paprotkowatych- Polypodiaceae) i roślinach nagonasiennych (w 73 gatunkach z ośmiu rodzin, włączając to Taxaceae i Podocarpaceae) rzadko u okrytonasiennych [11] Fitoekdyzony cechuje duża aktywność hormonalna w porównaniu z zooekdyzonami. Zatem mogą mieć bardzo szkodliwy wpływ na rozwój owadów.

Rośliny niektórych gatunków zwierają substancje- inhibitory linienia. Jedną z nich wyodrębniono z podzwrotnikowej rośliny Plumbago capensis i nazwano plumbaginą. Uniemożliwia ona działanie syntetazy chitynowej. Inną substancją hamującą linienie owadów jest limonoid azadirachtyny, wyizolowany z owoców Melia nazedirach i owoców drzewa Azadirachta indica. Z liści i korzeni wschodnioafrykańskiej rośliny leczniczej Ajuga remota wyodrębniono cyjasteron i ekdysteron, które zakłócały linienie larwy nocyniówki Spodoptera frugiperda a także Pectinophora gossypiella [33].

Ad.2) Hormon juwenilny HJ u większości reprezentowany jest przez cztery substancje HJ 0, HJ I, HJ II , HJ III. Z papieru amerykańskiego wytwarzanego głównie z jodły balsamicznej Abies balsamea wyizolowano aktywny związek, który jest analogiem naturalnego hormonu owadów, nazwano go juwabinon. Wykazuje on aktywność w stosunku do jednej rodziny owadów Pyrrhocoridae. Hormony roślinne są raczej selektywne w swym działaniu. Dwoma innymi związkami, podobnymi do hormonów juwenilnych, wyizolowanymi z gatunków roślin okrytonasiennych są juwocimen 2 i juwadecen. Pierwszy występuje w liściach bazylii i wykazuje aktywność większa niż HJ I. Drugi znaleziono w korzeniach Macropiper exelsum i również wykazuje dużą aktywność hormonalną. U rośliny Ageratum houstoniatum występuje substancja anty- HJ o nazwie prekocen. Związek ten pływa na aktywność HJ, w taki sposób, że zachodzi przed wczesna metamorfoza [11].

Ad.3) Chemosterylanty są to metabolity wtórne roślin, występujące w określonych stężeniach, nie wywołujące śmierci owadów- fitofagów, lecz znacznie zmniejszające ich rozrodczość. Sterylantami są alkaloidy z liści rośliny Catharanthus roseus, wykazuja one sterylizujące działanie na pluskwiaka Dysdercus cingulatus. Chemosterylantem są również pary olejku roślin Acorus calamus, które wywołują bezpłodność samców muchy domowej Musca domestica, samic ryjkowca Callosobruchus chinensis, chrząszczy Tragoderma granarium, pluskwiaka Dysdercus koenigii [33].

4.3.2.2. Chemoregulatory działające na kręgowce

W roślinach znaleziono wiele substancji, które hamują spermatogenezę lub zmniejszają rozrodczość. Są też takie, które oddziałują na mutagenezę i kancerogezę. W nasionach, kwiatach i pyłkach roślin występują zarówno hormony żeńskie jak i męskie. U koniczyny Trifolium subterraneum znaleziono dwie substancje: genisteinę i formonoetynę, które doprowadziły do zmniejszenia rozrodczości owies żywiących się tą koniczyną. Izoflawony występujące u roślin motylkowatych, którymi żywią się ptaki- przepiórki , wywierały działanie estrogenowe i hamowły składanie jaj. Spośród substancji wykazujących działanie inhibitorów rozrodczości należy wymienić substancje konopi, występujące w marihuanie Wywołują one min: zmniejszenie rozrodczości mysz. Innym związkiem, który należy wymienić jest gassypol, wyodrębniony z nasion bawełny. Wykazuje właściwości antykoncepcyjne, u szczurów zakłóca spermatogenezę. Kolejnymi związkami są alkaloidy indolizydynowe znalezione u traganku Astragalus i ostrołódce Oxytropis. Substancje te powodowały u zwierząt poronienia i występowanie defektu potomstwa. Niektóre gatunki roślin zawierają substancje mutagenne dla zwierząt. Najbardziej rozpowszechnionymi mutagenami pochodzenia roślinnego są flawonoidy. Kwercetyna związek należący do tej grupy może wywołać mutacje w komórkach ssaków. Alkaloidy pirolizydynowe wykazują właściwości kancerogenne. Orlica pospolita Pteridium aquilinum zawiera mutagenną substancje zwana akwiliną.

W roślinach występują także związki wykazujące zdolność wyraźnego stymulowanie rozrodczości gryzoni. Przykładem jest kwas giberelinowy GA₃ czy 6-metoksybenzoksazolinon 6-MBOA.

4.3.2.3. Hormony roślin

U roślin zdolność syntezy hormonów wykazują tylko komórki. Pod względem chemicznym hormony roślinne są bardzo zróżnicowane i należą do kilku strukturalnie różnych typów, np.: purynowe (cytokininy), pochodne aminokwasów (auksyny) lub terpenoidowe (dorminy, gibereliny). Jednym z głównych roślinnych hormonów wzrostowych jest substancja gazowa- etylen, oddziałująca poprzez przestrzenie międzykomórkowe [11]. Synteza etylenu zachodzi w kilku miejscach: węzłach łodyg, dojrzewających owocach i jest symulowana wieloma czynnikami np.: stadiem rozwoju rośliny czy warunkami środowiskowymi. Jego naturalnym prekursorem jest metionina. Etylen odgrywa ważną rolę w procesie dojrzewania owoców. Dzięki tym właściwościom znalazł swe zastosowanie w stymulowaniu dojrzewania bananów. Innym działaniem etylenu, również związanym z procesem starzenia się jest opadanie liści, które jest uwarunkowane działaniem dwóch hormonów etylenu i auksyn [13].

Cytokininy są hormonami roślin. To pochodne purynowe oraz pochodne mocznikowe. Przykładam jest zeatyna. Cytokininy są czynnikami stymulującymi podziały komórkowe. Także oddziałują na wiele innych procesów związanych z rozwojem roślin. Opóźniają procesy starzenia oraz znoszenie dominacji wierzchołkowej w pędach, powodując wybijanie pąków bocznych [34].

4.3.3 Ekologiczne chemoregulatory pośredniczące w oddziaływaniach między roślinami a zwierzętami

Spośród substancji tego typu należy wymienić następujące:

1. antyowipozytanty

2. wtórne metabolity roślin gromadzone i

wykorzystywane przez zwierzęta

3. substancje, które przywabiają owady zapylające.

Ad.1) Związki pochodzenia roślinnego, hamujące składanie jaj przez owady. Można wyodrębnić takie grupy jak: kontaktowe, działające po zetknięciu się z owadem i lotne, działające w postaci par na odległość.

Ad.2) Fitofagi gromadzą metabolity wtórne roślin, wykorzystując je jako surowiec chemiczny lub gotową substancję, ważne dla komunikowania się zwierząt lub obrony przed konsumentami wyższych rzędów, np.: karetoniody roślin służą zwierzętom min: owadom jako substancje uczestniczące w sygnalizacji barwnej

Ad.3) Czynniki, które przywabiają owady zapylające do kwiatów nazywa się atraktantami. Należą do nich pyłek, nektar, olejek. W przywabieniu owadów maja znaczenie także sygnały zapachowe naniesione przez pary niektórych substancji roślinnych. Duże znaczenie odgrywa też barwa kwiatów, która związana jest z obecnością w nich różnych barwników.

4.4. Biochemiczne oddziaływania między zwierzętami

4.4.1.Oddziaływania wewnątrzgatunkowe.

Różnorodne struktury związków chemicznych biorą udział w porozumiewaniu chemicznym między zwierzętami. Feromony spośród związków infochemicznych zajmują szczególną pozycję. Służą do wywołania zakodowanej reakcji fizjologicznej lub pożądanego zachowania u odbiorcy tego samego gatunku w celu zdobycie pożywienia, obrony, reprodukcji [14]. Rozróżnia się dwie grupy feromonów : feromony relizery i feromony primery. Feromony relizery wywołują natychmiastowe efekty behawioralne u odbiorców. Przykłady tych fermonów to: feromony alarmu, śladu, znakowania terytorium. Feromony primery wywołują długotrwałe efekty fizjologiczne w odbierającym organizmie. Przykładem są substancje regulujące przynależność owadów do odpowiedniej klasy [33]. Feromony służą do porozumiewanie się wewnątrz gatunku, a allomony to substancje służące do porozumiewanie się pomiędzy gatunkami [11].

Hormony i feromony to ważne związki biologicznie czynne, różnica między nimi polega na ty, że hormony wytwarzane są przez gruczoły lub tkanki w procesie wydzielania wewnętrznego z przeznaczaniem dla organizmu wytwarzającego, a feromony wydzielane na zewnątrz organizmu i są adresowane dla innego odbiorcy. Stosowanie feromonów stwierdzono u 1500 gatunków zwierząt, głównie owadów 1100 gatunków, kilkudziesięciu roślin i szeregu bakterii i drożdży [14]. Na przykład u śluzowców Dictyostelium discoideum cykliczny AMP działa jako feromon skupianie się, zaś prosta chlorowcopochodna floroglucynolu indukuje zróżnicowanie. U roślin wyższych związki lotne odgrywają rolę w oddziaływaniach pomiędzy organizmami. W królestwie zwierząt występują sygnały chemiczne służące wielorakim celom [11.] Feromony wykorzystywane są do przekazywania informacji na duże odległości, w nocy i poprzez terenowe przeszkody. Pierwszym odkrytym feromonem był bombykol, związek wydzielany z gruczołów samicy jedwabnika , zdolny do zwabianie samców z odległości 11km [14]. Badania feromonów owadów maja praktyczne zastosowanie ponieważ ich identyfikacje dają możliwość regulacji populacji, a w przypadku szkodników roślin uprawnych możliwości ich zwalczania. Wiele feromonów należy do związków organicznych o stosunkowo prostej budowie i niskiej masie cząsteczkowej, rzędu 80 - 300D. Lotne feromony niskocząsteczkowe służą zwykle do szybkiego przekazywania informacji, ponieważ szybko ulegają rozproszeniu. Jeszcze krótszym czasem działania charakteryzują się cząsteczki feromonów zawierających nietrwałe grupy chemiczne, np. aldehydowe. Trwałe związki chemiczne, o większej masie cząsteczkowej, wykorzystywane są wówczas, gdy ich czas działania powinien być długi [14]. Interakcje feromonalne występujące pomiędzy ssakami obserwuje się na przykładzie ich życia płciowego, jednakże związki biorące w nim udział w większości są nieznane. Owady wydzielają feromony za pomocą gruczołów i związki te docierają do innych osobników w postaci lotnej. Są to pochodne węglowodorów o liczbie atomów węgla C₅ i C₂₀, które muszą mieć małą masę cząsteczkową. Feromony przenoszone w środowisku wodnym powinny rozpuszczać się w wodzie, zaś efektywność ich działania zależy od stopnia dyfuzji w wodzie, niektóre z nich mają naturę białkową, inne zaś naturę steroidową. Feromony owadów są prawdopodobnie syntetyzowane w organizmie zwierzęcia, inne zaś mogą być pozyskiwane z roślin używane bez zmian lub po modyfikacji biochemicznej [11].

4.4.1.1. Feromony bezkręgowców

Feromony podzielono na 30 grup w zależności od pełnionych funkcji. Do najbardziej znanych należą feromony płciowe, ścieżkowe, agregacyjne, rozpraszające, alarmujące, stymulujące składanie jaj, dyskryminujące, zniechęcające, wprowadzające w błąd, czy znaczące, feromony wielofunkcyjne, np. kwas mrówkowy, typowy feromon obronny, może pełnić funkcję substancji alarmującej.

Feromony płciowe niekiedy stosuje się podział na atraktanty i afrodyzjaki (w rzeczywistości ten termin odnosi się do środków farmaceutycznych wyzwalających pożądanie fizyczne u człowieka [11]) Atraktanty to substancje ułatwiające zbliżenie samca i samicy. Afrozyzjaki to związki chemiczne wydzielane przez zbliżających się do siebie potencjalnych partnerów płciowych i ułatwiającymi przygotowanie się osobników przeciwnej płci do kopulacji. Feromony samców owadów to często afrodyzjaki, niektóre działają jak atraktanty dla samic. Feromony samców mogą spełniać różne funkcje np.: zmniejszać aktywność ruchową samic, przerywać wydzielanie przez samice własnych hormonów, maskować feromony samic, tym samym zapobiegać nadlatywaniu innych samców [33]. Feromonami płciowymi mogą być różne związki chemiczne, w tym kwasy karboksylowe, ich estry, ketokwasy, aldehydy, fenole, alkohole, węglowodory, związki aromatyczne i alifatyczne [14]. W tabeli nr.5 przedstawiono kilka przykładów feromonów płci owadów.

Tabela nr.5 Przykłady niektórych charakterystycznych feromonów płci owadów [11].

Struktura i nazwa	organizm
CH3(CH2)3CO2H Kwas walerianowy CH3CO(CH2)5CH=CHCO2H Kwas (E)-9-keto-2-decenowy CH3(CH2)2CH=CH(CH2)7OAc Octan (Z)-8-dodecynylu CH3CH2CH=CH(CH2)10OAc Octan (Z)-11-tetradecenylu CH3(CH2)15OAc Octan heksadekanylu CH3(CH2)4CH=CH(CH2)10OAc Octan (Z)-11-oktadecenylu CH3(CH2)9CO(CH2)3CH=CH(CH2)4CH3 (Z)-6-heneikozen-11-on	Sygacz (Limonius californicus) pszczoła miodowa (Apis mellifera) motyl (Grapholitha molesta) (Archipis semiferantus) motyl (Lycorea ceres ceres) znamionówka daglezjówka (Orygia pseudotsugata)

Najprostszym atraktantem płciowym jest kwas walerianowy wydzialnany przez samiczkę pilniczka, zaś większość to długołańcuchowe nienasycone alkohole, octany lub kwasy karboksylowe, 77% gatunków Lepidoptera zawiera te typy feromonów. Inne zaś mają strukturę cykliczną np.: feromony korników sosny. Innym cykliczny związek to R-melleina, feromon wydzielany z gruczołów samców jednego z gatunku omacniowatych -ćmy (Aphomia sociella) żerującej na wosku trzmieli. Kolejnym feromonem owadów jest nepetalakton zindentyfikowany w wydzielinach kończyn samicy myszy Myoura viciae. Jest to przykład związku spełniającego niezależnie funkcje w królestwie roślin, owadów i ssaków. Generalnie każdy gatunek owada ma swój własny zestaw feromonów, ale czasem gatunki spokrewnione mogą je mieć podobne [11]. Samica ćmy Mamestra brassica wytwarza sygnały w postaci lotnych substancji feromonów, których rolą jest przywabianie samców. Feromony te są adsorbowane na dolnej powierzchni liści, gdzie samica składa jaja [37]. Nierzadko funkcje feromonu płciowego spełnia mieszanina kilku substancji. Przykładem może być tu wydzielina przez samce wschodniej muszki owocowej Dacus dosalis [33].

U much tse-tse (Glossina morsitans morsitans) występują feromony antyafrodyzjalne (nazwane abstinonami). Samiec umieszcza je na samicy podczas kopulacji, aby odstraszyć inne samce i zapobiec ponownemu zbliżeniu. Wszystkie feromony są syntetyzowane w organizmach owadów. Feromony wykryto też u 25 gatunków nicieni. Uczestniczą w mechanizmach izolacji reprodukcyjnej różnych ras jednego gatunku np.: uniemożliwiają kopulacje między osobnikami ras - bananowej i cytrusowej nicienia Radopholus similis. Feromony wykryto też u bezkręgowców wodnych. Feromony płciowe są bardzo istotne dla owadów, zwierząt wodnych, węży, a także ssaków. Rozmnażanie płciowe mikroorganizmów również zaczyna się od wydzielenia feromonów [14].

Feromonami znakowania są stosowane przez owady żyjące w społecznościach do pozastawiania zapachu na ścieżce, którą inne osobniki gatunku podążają z gniazda do źródła pokarmu tam i z powrotem [11]. Ścieżki takie prowadzą do źródła pożywienia lub miejsca złożenia koloni. Tego typu związki chemiczne stosowane są często przez termity, mrówki, czy pszczoły. Stwierdzono, że niektóre gatunki bezżądłowych pszczół stosują substancje chemiczne nawet do znakowania korytarzy powietrznych. Feromony znakowania mogą mieć różne struktury chemiczne. Ich skład zależy nie tylko od gatunku, ale również od rodzaju pożywienia, jego zasobów, a także od przynależności do rodziny, podrodziny, czy nawet kolonii [14]. Aktywna substancja 4-metylopirolo-2-karboksylan metylu wytwarzana jest przez mrówki (Atta texana) tnące liście. Mrówki oprócz wytwarzania feromonów znakowania, syntetyzują trzy substancje hormonalne, wykorzystywane do regulacji wzrostu koloni grzybowej. Jedna to kwas indolilooctowy, który służy wzmożeniu dynamiki wzrosty grzyba, drugi związek to myrmikacyna, zapobiega wzrostowi niepożądanych spor grzybowych, trzecia ostatnia to kwas fenyloocytowy, zapobiega zakażeniu hodowli przez bakterie. Innym feromonem znakowania jest 3-etylo-2,5-dimetylopirazyna zindentyfikowana u ośmiu gatunków mrówki czerwonej Myrmica. U niektóry larw gatunków Lepidopetra, takich jak gąsienice prządki Malacosoma americanum wytwarzanym feromonem jest 5β-cholestano-3,24-dion [11]. Feromony są produkowane przez różne gruczoły. Termity również używają substancji chemicznych do znakowania szlaku i funkcje taka u Reticulitermes virginicus spełnia 3,6,8-dodekatrienol. Pszczoła miodna swój feromon znakowania uzyskuje bezpośrednio z rośliny, jest nim monoterpen geraniolu. Innym związkiem pochodzenia roślinnego wykorzystywanym przez pszczoły za rodzaju Trigona, jest benzaldehyd, to feromon znakowania drogi do pokarmu.

Przykłady feromonów znakowania owadów:

CH₃(CH₂)₂(CH=CH)₂CH₂CH=CH(CH₂)₂OH (Z,Z,E)-3,6,8-dodekatrien-1-ol

Termity: Reticulitermes

CH₃CH₂CH(CH₃)=CH(CH₂)₂CH(CH₃)CH₂CH=CH(CHCH₃)₂CH₂CHO faranal

Mrówki faraona: Monomorium

Feromony alarmowe wydzielane z gruczołów żuchwowych lub odbytowych albo z aparatu żądlącego, często ich wytwarzanie jest skorelowane z substancjami obronnymi. Sygnał alarmowy jest przenoszony do innych osobników grupy poprzez dyfuzje par feromonu w powietrzu. Gruczoły wytwarzające trucizny produkują również związki alarmowe, które wydalane są razem z jadem. Ćmy z rodzaju Vespa rozpylają jad, który zawiera substancję alarmową, zaś pszczoły pozostawiają ślad octanu izopentylu i (Z)-11-eikosen-1-olu w miejscu żądlenia. U owadów ta sama substancja może służyć jako alarmowa, jak też obronna np.: kwas mrówkowy wytwarzany przez mrówki Formica. Przykładem feromonów u mszyc są bardziej złożone związki terpenoidowe np.: germakren A i (E)-β-farnezen [11]. Istnieją związki stanowiące jednocześnie substancje ochronne i feromony alarmu. Podwójną funkcje spełnia wiele metylocyklopentanów znalezionych u mrówek Azteca [33]. W wypadku zagrożenia kolonii, czy gniazda, feromony alarmowe wywołują całą gamę zachowań u odbiorcy.

Przykłady feromonów alarmu owadów:

HCO₂H kwas mrówkowy mrówki: Formica

CH₃(CH₂)₉CH₃ undekan mrówki: Formica

CH₃(CH₂)₂(CH₃)CHCOCH₂CH₃ 4-metylo-3-heptanon mrówki: Pogonomyrmex

CH₃COO(CH₂)₂CH(CH₃)₂ octan izopentenylu pszczoły: Apis

Feromony agregacji- powodują gromadzenie się osobników jednego gatunku w miejscu, w którym ten feromon został wydzielony przez przedstawiciela lub przedstawicieli tego samego gatunku w celu zwabienia partnerów seksualnych, przekazania informacji o znalezionym obfitym źródle żywności, czy też o odkryciu miejsca do założenia kolonii.[14] Najczęściej jest to mieszanina kilku substancji wzajemnie synergicznych.

Przykłady feromonów agregacji:

Ips confusus - połączenie trzech alkoholi terpenowych

Dendroctonus brevicomis - egzo-brewikamina; mircen

D. frontalis - werbenol; frotalina i inne

Mieszanina estrów etylowych kwasów : palmitynowego, lionolowego, oleinowego i stearynowego, jest przyczyną gromadzenia się chrząszczy Trogoderma sp. W przypadku ryjkowca feromon agregacji stanowi mieszanina czterech terpenoidów. Blisko spokrewnione gatunki mogą mieć wspólny feromon agregacji np.: u dwóch gatunków roztoczy Aponomma hydrosauri i Amblyomma limbatum [33]. Feromony te mają stosunkowo długą trwałość. Undekan, wydzielany przez robotnice jednego gatunku mrówek, zachowuje aktywność przez 12 godzin.

Feromony wielofunkcyjne przykładem ich wytwarzania jest matka pszczela, chemoregulatorem jest substancja królewska, kwas 9-keto-2-trans-decenowy. Spełnia ona następujące funkcje: przywabia pszczoły robotnice do matki, oblizując matkę robotnice pobierają substancję królewską - w rezultacie zostaje zahamowany rozwój ich jajników, substancje ta hamuje u mieszkańców ula dążność do budowania mateczników dla wykarmienia przyszłej matki, substancja królewska wraz z kwasem 9-hydroksy-2-trans-decenowym stanowi feromon płciowy, który przywabia samce do matki w okresie godowym.

Innym przykładem wytwarzania feromonu wielofunkcyjnego to wydzielina gruczołów żuwaczkowych trzmiela ziemnego Bombus terrestris. Substancja ta stanowi jednocześnie atraktant i znaczniki terytorium.

4.4.1.2. Feromony kręgowców

Swoistymi feromonami, które można nazwać także allelomonami, są substancje o silnym zapachu, wytwarzane przez niektóre zwierzęta atakowane, podlegające stresowi lub odczuwające niebezpieczeństwo [33]. Klasyczną reakcją na niebezpieczeństwo jest zachowanie się skunksa Mephitis mephitis, który przestraszony wydziela silną woń z gruczołów odbytowych. Wytworzony odór działa ostrzegawczo na inne skunksy jak również jest ważnym mechanizmem działającym przeciwko napastnikowi [11]. W warunkach stresu substancje o silnym zapachu wydzielane są także przez inne ssaki np: hienę Hyaena hyaena, Scuncs murinus i jelenia mulaka Odocoileus hemionus.

Rola substancji zapachowych i węchu w regulacji instynktu płciowego ssaków jest ogromna. U chomika znaleziono disulfid dimetylowy, który jest składnikiem kompleksu substancji atraktanta płciowego i stymulatora dla samców. Feromony samic naczelnych pobudzają samce. U mysz porozumiewanie się na drodze chemicznej odgrywa ważna rolę w zachowaniach reprodukcyjnych. Samice myszy mogą z moczem wydzielać substancje wpływające na dojrzewanie płciowe i aktywność rozrodczą innych samic.

Zaś w moczu samców wykryto substancje o działaniu sygnalizacyjnym lub regulacyjnym. U gryzoni znaleziono również inne feromony. Feromony samic mogą oddziaływać na zachowanie się samców jako atraktanty płciowe, stymulatory aktywności płciowej i regulatory agresywności [33].

Inną grupą feromonów ssaków są zapachy ostrzegawcze wydzielane przez napastnika w celu przestraszenia swojej ofiary. Przykładem są związki wytwarzane przez lisa, z których najbardziej aktywnymi okazały się tiozol i merkaptoketon. Znalazły ona zastosowanie jako związki odstraszające szczury.

Ważną grup feromonów kręgowców są substancje służące do znakowania terytorium. Spełniają one ważną rolę przyczyniając się do tego, że każde zwierze ma własny sektor, konieczny i wystarczający do zapewnienia odpowiednich zasobów pokarmowych. Przykładem tych fereomonów jest kwas fenylooctowy wytwarzany przez samce Meriones unguiculatus.

4.4.2.Oddziaływania między zwierzętami różnych gatunków

4.4.2.1.Allomony

Allomony to substancje zapewniające korzyść lub przewagę organizmom, które je wytwarzają. To przede wszystkim różne toksyny i substancje odstraszające. Allomony toksyczne mogą również służyć jako środki agresji (zwierząt drapieżnych np.: jadowitych węży) lub środki ochrony przed atakiem drapieżnych lub potencjalnie drapieżnych gatunków. Tym samym allomony spełniają ważną funkcję dla konkretnych poszczególnych gatunków i dla całego zbiorowiska. W tabeli 6 przedstawiono przykłady allomonów kręgowców, w tabeli 7 przykłady allomonów owadów.

Silnie toksycznym allomonem owadów jest diamfotoksyna wytwarzana przez chrząszcza Diamphidia nigro-ornata. Niedawno z jadu szerszenia Vespa orientalis została wyodrębniona nowa nerurotoksyna- białko nazwane orientotoksyną. Tetratoksyna wytwarzana nie tylko przez ryby z rodziny Tetraodontidae a także przez salamandry Triche torosa, żaby Ahelopus czy ośmiornicę Hapalochaena maculosa. Odgrywa wielką rolę w badaniach nad przenoszeniem jonów przez błony. Kolejnym allomonem są alkaloidy pirolizydynowe, które akumulowane są przez ćmę cynobrową żerujące na roślinach Senecio, stąd też jest ona wysoce toksyczna dla swoich drapieżników. Pobieranie w pokarmie roślinnym alkaloidów i glikozydów nasercowych jest szeroko wykorzystywanym mechanizmem obronnym wśród gatunków Lepidoptera, Hemiptera, Coleoptera i Orthoptera [11]. Wśród allomonów kręgowców należy wymienić toksyny węży, które w swym składzie złożone kompleksy substancji czynnych biologicznie. Do innej grupy allolomonów można zaliczyć grupę substancji wielofunkcyjnych, wydzielanych prze chrząszcze. Pełni ona dwie funkcje, pierwsza to przekazywanie sygnału dla chrząszczy tego samego gatunku, druga to zakłócenia sygnalizacji u chrząszczy gatunku konkurencyjnego. Chinony powstają w wyniku enzymatycznego utlenienia fenoli. Również są to związki toksyczne zabezpieczające w pewnym stopniu stawonogi przed drapieżnikami [33].

Tabela nr.6 Przykłady allomonów kręgowców [33].

Organizm allomony

-Ryby Tetraodontidae tetrodotoksyna Lentiginosus pachtytoksyna -Płazy Żaby południowo- alkaloidy amerykańskie steroidowe, pumili- toksyny A i C Ropuchy aminy biogenne, bufotoksyny Salamandry aminy biogenne, białka, alkaloidy -Gady Jaszczurki z rodziny hialuronidaza, Helodermatidae fosfolipaza A Węże neurotoksyny, cytotoksyny -Ssaki Szczerbaki, ryjówki neurotoksyny

Tabela nr.7 Przykłady allomonów owadów [33].

Substancje Owady

monoterpeny termity, mrówki, chrząszcze sekwi-, diterpeny chrząszcze, termity glikozydy nasercowe chrząszcze, motyle, mszyce kwasy: mrówkowy, motyle, mrówki octowy,propinowy chinony chrząszcze, termity laktony mrówki hiperycyna chrząszcze kwas 8-cis-dihydro- chrząszcze matrikarionowy pochodne piperydyny mrówki, chrząszcze pochodne pirazyny mrówki alkaloidy pirolizydowe motyle glikozydy cyjanogenne motyle glukozynolany motyle białka i paptydy błonkówki

4.4.2.2. Kairomony

Kairomony to związki zapewniające przewagę lub powodzenie organizmom, które są ich odbiorcami. Istnieje kilka typów takich substancji.

1. Substancje przywabiające do pokarmu

2. Induktory stymulujące adaptacje (np.: substancje wytwarzane przez drapieżne bezkręgowce i wywołujące powstawanie kloców u bezkręgowców- ofiar)

3. Sygnały wysyłane przez donora i uprzedzające recypienta o niebezpieczeństwie grożącym ze strony donora

4. Stymulatory (czynniki wzrostu)

Substancje, które zawarte są a organizmach larw Heliothis zea działają jak kairomony na samice Microptilis croceipes- gatunku, który jest ważnym parazytoidem Heliothis spp. Wykazano, że lotna substancje chemiczne wydzielane przez samice Heliothis zea zwiększają procent jaj tego motyla atakowanych przez pasożyta Trichogramma pretiosum. Feromony niektórych mogą prawdopodobnie odgrywać rolę kairomonów dla pasożytów tych owadów i drapieżników. Brewikomina, feromon płciowy korników jest wykorzystywana przez drapieżnego chrząszcza Thanasimus dubius do lokalizacji ofiar [33].

5. Możliwości wykorzystania metabolitów wtórnych w ochronie środowiska

Poprzez wprowadzenie alternatywnych sposobów kontrolowania populacji stawonogów i innych organizmów można ograniczyć zastosowanie pestycydów w gospodarce rolniczej i leśnej. Metoda jest oparta na możliwości bardzo efektywnego regulowania liczebności populacji organizmów i ich aktywności troficznej przez zastosowanie ekologicznych chemoregulatorów np.: feromonów, atraktantów itp. Stosowanie metabolitów wtórnych wytwarzanych przez organizmy w ochronie środowiska może odegrać dużą rolę w ekologizacji gospodarki rolniczej i leśnej i przyczynić się do zmniejszenia ilości pestycydów wprowadzanych do biosfery.

5.1. Możliwości wykorzystania metabolitów roślin niższych

Coraz większym zainteresowaniem cieszą się insektycydy biologiczne. Alternatywą w stosunku do konwencjonalnych insektycydów są środki oparte na bakterii Bacillus thuringiensis. Bioinsektycydy oparte na tej bakterii zalicza się do najbardziej selektywnych spośród znanych obecnie środków owadobójczych i jednocześnie bezpiecznych dla człowieka i zwierząt. Nie przewiduje się dla nich okresu karencji, mogą być stosowane do dnia zbioru plonów. Zalecane są do kontroli owadów na terenach rekreacyjnych, w pobliżu zbiorników wodnych, w parkach narodowych. Również stosowane w ochronie upraw rolniczych, warzywniczych, sadowniczych, w ochronie lasu. Bakteria produkuje toksyny o działaniu owadobójczym, które oddziałują na naturalne środowisko. Daje nam to możliwość opracowania strategii kontroli owadów, które są efektywne i bezpieczne dla środowiska. Opracowywanie nowych strategii kontroli owadów za pomocą toksyn polegają na stosowaniu bioinsektycydów o zwiększonej aktywności owadobójczej (uzyskuje się je poprzez poszukiwanie nowych, bardziej aktywnych szczepów lub poprzez ulepszanie starych metodami min: inżynierii genetycznej) oraz na uprawie roślin transgenicznych produkujących toksyczne białka B.thurigiensis [28]. Mimo tak szerokiego wykorzystywania biopreparatów B.thurigiensis posiadają one pewne czynniki ograniczające ich użycie. Należą do nich: zbyt krótkotrwałe działanie na liściach opryskiwanych, brak odpowiednich szczepów działających na szkodliwe owady z innych rzędów niż Lepidoptera, Diptera, Coleoptera. Pomimo występowania tych czynników ograniczających użycie toksyn B.thurigiensis wzrasta, gdyż są to biopreparaty skuteczne i bezpieczne dla środowiska i zwierząt.

Rosnąca odporność owadów na klasyczne pestycydy zwróciła uwagę na grzyby entomopatogenne. Pasteur jako pierwszy zaproponował użycie tych mikroorganizmów do walki ze szkodnikami winorośli [7]. Do grzybów entomopatogennych należą takie rodzaje grzybów jak: Zoophthora i Paecilomyces. Pełnią one ważną rolę w naturalnej regulacji populacji owadów w poszczególnych ekosystemach. Grzyby z rodzaju Zoophthora nie atakują zazwyczaj owadów pożytecznych takich jak: biedronka czy pszczoły [46]. Porażenie owada przez grzyby entomopatogenne odbywa się w kilku etapach. Pierwszym etapem jest kontakt owada z forma patogenna a następnie przerwanie powłok ciała gospodarza przez min: strzępki grzyba. Ostatnim etapem jest destrukcja ciała owada poprzez uszkodzenie mechaniczne, produkcje i uwalnianie mykotoksyn bądź wyczerpanie rezerw pokarmowych żywiciela [7]. Grzyby produkują enzymy, z których dominującą rolę odgrywają proteazy, które głównie uczestniczą w degradacji białek kutikuli owadziej. W tym procesie biorą udział także enzymy jak chitynolityczne i lipazy, wytwarzane przez grzyby.

Grzyby patogenne obecnie stosowane są w niektórych krajach. Dostępne w handlu biopreparaty produkowane są na bazie B.bassiana, M.anisopliae, Verticillium lecanii, H.thompsonii. Na przykład w Dani i Wielkiej Brytanii produkowane są na bazie V.lecanii dwa preparaty do zwalczania mszyc i mączlika szklarniowago. Do walki z mącznikami, czerwcami, mszycami, roztoczami, kwieciakiem bawełnowcem, pędrakami stosowano z powodzeniem B.bassiana. Skuteczne wobec muchy domowej, szarańczy pustynnej i niektórych gatunków pieników okazał się M.anisopliae. Aschersonia aleyrodis użyta była do zwalczania białych muszek [7].

Grzyby owadobójcze B.bassiana, M.anisopliae i P.fumosoroseus oprócz zdolności porażania i uśmiercania owadów posiadają również właściwości repelentowe [1].

Do najczęściej spotykanych gatunków grzybów owadobójczych należą Paeciliomyces farinosus i Beauveria bassiana [2]. Grzyby te okazały się dominującymi gatunkami izolowanymi ze ściółki leśnej, gleby i owadów [3].

Biopreparaty oparte na grzybach entomopatogennych stwarzają możliwości stosowania ich jako regulatorów populacji szkodników. Przy opracowywanie nowej generacji bezpiecznych i skutecznych insektycydów pochodzenia grzybowego, należy zrezygnować z produkcji biopreparatów zwierających żywe komórki grzybów patogennych na rzecz izolacji toksycznych metabolitów. Metabolity musza być poddane badaniom toksykologicznym w celu wyselekcjonowanie związków o wysokiej skuteczności w zwalczaniu szkodników przy jednoczesnym braku negatywnych oddziaływań na inne organizmy [7].

Enzymy grzybów oprócz uczestniczenia w procesie infekcji i porażenia owada mają również olbrzymie znaczenie ekologiczne. Dzięki potężnemu aparatowi enzymatycznemu grzyby spełniają w biosferze zadanie reducentów rozkładających substancje organiczne. Tylko te enzymy zapewniają w ekosystemach rozkład trwałych polimerów typu celulozy. Enzymy przede wszystkim celulityczne, jak również rozkładające ligninę mają coraz większe znaczenie dla opracowywania metod biotechnologicznych utylizacji odpadów produkcji rolniczej i leśnej [12].

Metabolity wtórne roślin, które zapewniają jej odporność na choroby i atak mikroorganizmów umożliwią zmniejszenie użycia pestycydów w rolnictwie. Związki występujące w roślinach, mogące hamować kiełkowanie i/lub wzrost mikroorganizmów. Jednym z przykładów związków przedzakaźnych, zapewniających odporność na choroby w roślinie niedrzewiastej, jest antrakoza cebuli. Obumarłe zewnętrzne łuski odmian odpornych zawierają duże ilości kwasu prokatecholowego i katechiny. Wykazują silną toksyczność w stosunku do spor C.circinans. Ekstrakty z spor zmniejszają kiełkowanie spor do poziomu poniżej 2%, natomiast w przypadku obecności ekstraktów z cebuli wrażliwej, nie zawierających dużych ilości tych składników, stopień skiełkowania wynosi 90%. Antocyjaniny pochodne cyjanidyny są potencjalnie toksyczne dla grzybów, a same cyjanidyna hamuje kiełkowanie Gloeosporium perennans, grzyba powodującego gnicie jabłek. Inną grupą flawonoidów - metylowane flawony - są częściowo odpowiedzialne za odporność na choroby grzybowe liści cytrusów. Substancje takie jak nobiletyna wykazuje silną aktywność przeciwgrzybową i występują w liściach w stężeniu wystarczającym do przeciwdziałania infekcji [11]. Obecność glikozydów triterpenów pięcicyklicznych, których przedstawicielem jest awenacyna w korzeniach owsa Avena sativa daje mu odporność na chorobę podsuszkową Gaeumannomyces graminis. Przykładem niefenolowej proinhibityny jest alkaloid berberyna, który jest czynnikiem odpornościowym korzeni Mahonia trifoliata przeciw inwazji grzyba Phymatotrichum omnivorum. Lakton seskwiterpenu o nazwie partenolid, występujący w gruczołach na powierzchni liści i nasion Chrysanthemum parthenium. Pełni funkcję ochroną przed atakiem mikroorganizmów, toksyczny dla bakterii Gram-dodatnich i włóknistych grzybów. Podobną sytuację obserwujemy w przypadku sklareolu i izisklaeolu, dwóch diterpenów występujących w liściach Nicotiana glutinosa, hamujące wzrost grzyba. Kumaryny i kwasy fenolowe znane są z dużej toksyczności w stosunku do licznych mikroorganizmów. Kwasy fenolowe uznawane są za inhibitory kiełkowania nasion [10].

Po infekcji liści jabłoń przez Venturia inaequalis wzrasta zawartość pewnych związków jeszcze nie zidentyfikowanych. Prawdopodobnie są to pochodne kwasu hydroksycynamowego. Zastosowane tego typy związków do oprysku liści. Uzyskano wówczas wzrost odporności na ta chorobę. Glukozynolany występujące w gatunkach Cruciferae, są czynnikiem odpornościowym uprawnych gatunków Brassica na mączniaka Glukozydy wystepujące w młodych cebulkach tulipanów, dają im odporność na Fusarium oxysporum w czasie całego sezonu wzrostowego. Aminokwasy siarkowe występujące w tkankach cebuli ulegają hydrolizie tworząc sulfidy, które pełnia w rodzaju Alliun funkcje ochronne. Grzyb Sclerotium cepivotum uzależniony od sulfidów. Zatem poprzez wprowadzenie tych związków do gleby możemy skiełkować przetrwalniki grzyba. Grzyb przy braku gospodarza ginie, a pole jest oczyszczone i przygotowane pod uprawę zdrowiej cebuli [11].

Kolejnymi związkami wykazującymi aktywność przeciwgrzybową są fitoaleksyny. Mogą być wytwarzane przez roślinę jako część ogólnego systemy naprawczego i obronnego, uruchamianego przez wiele czynników. Liczy się nie tylko zdolność syntezy fitoaleksyn a przede wszystkim syntezy ich dużych ilości w odpowiednim miejscu i czasie. Pełnią one funkcje czynnika odpornościowego na choroby roślin. Substancje te stwarzają interesujące możliwości ochrony roślin uprawnych. Fitoaleksyny jednej rośliny np.: papryki mogą być efektywnym sposobem ochrony drugiej rośliny np.: pomidorów przed chorobami. Osiągnięto to w przypadku tytoniu, w którym za pomocą inżynierii genetycznej wbudowano gen syntezy stilbenu pochodzący z winorośli. Otrzymana roślina transgeniczna wytwarzała w wyniku infekcji fitoaleksynę stilbenową i wykazywała większą odporność na grzyb Botrytis cinerea. Inną drogą wykorzystania fitoaleksyn do ochrony roślin jest ich aktywacja w warunkach polowych za pomocą czynników abiotycznych. Można to uzyskać w roślinach ryżu: indukuje się syntezę olbrzymiej ilości fitoaleksyn zapewniając odporność na chorobę Pyricularia oryzae. Istnieje też możliwość wyprodukowania syntetycznych analogów fitoaleksyn i zastosowania ich jako fungicydy, które są trwalsze. Fitoaleksyny to związki przeciwgrzybowe i można je stosować jako fungicydy do zwalczania chorób [11].

Także metabolity wtórne wytwarzane przez mikroglony glebowe wykazują działanie przeciwgrzybowe. Okazało się że wprowadzenie do płynnego podłoża hodowli glonu Scenadesmus obliquus powoduje zniszczenie patogenna więdnięcia bawełny grzyba Verticillium dahliae [33].

Znalezienie najbogatszych roślin w związki przed i pozakaźne daje możliwość zastosowania ich w rolnictwie jako fungicydy bezpieczne ekologicznie i specyficzne w stosunku do określonych patogenów np.: fiotoaleksynę pieprzu zastosowano w walce z zarazą ziemniaczaną na pomidorze. Innym sposobem jest potraktowanie elistorami fitoaleksyn roślin. Wzrasta odporność dzięki zwiększeniu ich działanie grzybobójczego. Kolejnym obiecującym sposobem wykorzystania metabolitów wtórnych roślin jest zastosowanie sensybilizatorów, np.: z komórek grzyba zarazy ziemniaczanej wyodrębniono substancję, które zwiększa odporność ziemniaka na zakażenie przez niektóre grzyby.

Glony wykorzystywane są w monitoringu biologicznym wód jako organizmy wskaźnikowe, dostarczając ogólnych informacji ostanie jego środowiska. Ostatnio bada się możliwości wykorzystania fitochelatyn glonów jako biomarkerów toksyczności i wskaźników biodostępności metali ciężkich. Wymaga to jednak dokładnego określenia zależności pomiędzy stężeniem zewnętrznym i wewnątrzkomórkowym metali a poziomem fitochelatyn u wybranego organizmu wskaźnikowego, z uwzględnieniem licznych interakcji środowiskowych mogących wpływać zarówno na formy chemiczne metali, jak i na stan fizjologiczny komórek. Fitochelatyny posiadają cechy sugerujące, że mogą one być również dobrymi biomarkerami toksyczności i wskaźnikami biodostępności kadmu [18].

5.2. Znaczenie praktyczne allelopatii

Sytuacją ekologiczną, w której oddziaływania allelopatyczne są bardziej wyraźne niż na stałych użytkach zielonych, jest następstwo roślin, gdzie poprzez uprawę wyeliminowano naturalną florę i drastycznie zmieniono zawartość w glebie składników mineralnych i substancji organicznej. Na polu pozostawionym w ugorze obserwuje się kolejne inwazje określonych gatunków roślin. Allelopatia wpływa na sukcesje roślin. Chwasty rosnące pomiędzy roślinami uprawnymi oprócz konkurowania o pokarm czy światło mogą oddziaływać allelopatycznie poprzez wydzielanie toksyn. Przyorując ściernisko, zamiast je wypalać, wprowadzamy do gleby materiał roślinny, który rozkładając się uwalnia duże ilości kwasów fenolowych, mogących niekorzystnie wpływać na wzrost następczych roślin uprawnych [11]. Zatem ważna jest przeprowadzenie sprzętu plonów [33]. Inne substancje hamujące wzrost roślin, pochodzące z beztlenowego rozkładu celulozy zawartej w słomie, to kwasy organiczne takie jak octowy. Drzewa wytwarzają substancje toksyczne w korzeniach, wykazujące autotoksyczność w stosunku do siewek. W przypadku jabłoni florydzyna odpowiedzialna jest za autotoksyczność. Obecność alkaloidu purynowego kofeiny powoduje autotoksyczne wpływy na plantacjach kawy. Oprócz tego kofeina może hamować kiełkowanie nasion wielu gatunków chwastów np.: Amaranthus siponus, przy czym nie oddziałuje niekorzystnie na roślinę uprawną Vigna mungo [11].

Nasiona roślin uprawnych mogą hamować wzrost chwastów. Przykładem są nasiona buraka hamujące kiełkowanie nasion kąkolu Agrostemma githago czy nasiona jęczmienia, które hamują wzrost gorczycy polnej Sinapis arvensis. Niektóre rośliny uprawne rosnące razem np.: łubin i kukurydza hamują kiełkowanie chwastów takich jak: komosa biała Chenopodium album i szarłat szorstki Amaranthus retroflexus. Fenyloheptatriin substancja z liści uszczepu włochatego Bidens pilosa (pospolity chwast) jest silnym inhibitorem dla kiełków dwóch innych chwastów trojeści amerykańskiej Asclepias syriaca i komosu białego. Związki tego typu jak i inne np.: α-tertientyl z korzeni aksamitka Tagates mogą mieć praktyczne znaczenie w rolnictwie, zastępując syntetyczne herbicydy [33].

Aktywność allelopatyczna substancji dla określonych roślin, może stanowić wskazówkę co do poszukiwań nowych, biologicznie czynnych substancji. Związki tego rodzaju występują jako metabolity roślin, działając selektywnie na fitofagi i patogenny, mogą być brane pod uwagę jako substancje aktywne nowej generacji środków ochrony roślin [22].

Stosowanie roślin okrywowych w biologicznym ograniczaniu wzrostu chwastów jest związane ze zróżnicowanym zachwaszczeniem i innymi czynnikami takimi jak np.: warunki pogodowe i glebowe, gatunkami wprowadzanych roślin, terminy ich wysiewów. Badania nad zastosowaniem roślin okrywowych w ochronie upraw przeprowadzono w latach 2001-2003 na 9 powierzchniach doświadczalnych w nadleśnictwach Czarna Białostocka i Drygały.W zróżnicowanych warunkach pogodowych najbardziej przydatne okazały się łubin trwały (Lupinus polyphyllus) i żyto zwyczajne (Secale cerelae). Łubin uzyskał lepsze wyniki w uprawach dębowych, zaś żyto w uprawach sosnowych i świerkowych. Dzięki dobremu krzewieniu się łubinu trwałego i samosiewnemu odnawianiu się żyta w następnych latach, wystarcza jednorazowy siew do uzyskanie trwałej okrywy. Wprowadzanie innych roślin konkurencyjnych jak: gryki zwyczajnej (Fagopyrum esculentum), łubinu żółtego (Lupinus luteus), owsa zwyczajnego (Avena sativa), czy prosa zwyczajnego (Panicum miliaceum) wymaga corocznego siewu przez okres 2-3 lat, gdyż wymienione gatunki nie odnawiają się samosiewnie. Tabela nr.8 przedstawia gatunki roślin okrywowych stosowanych w ograniczaniu chwastów w uprawach leśnych (A- w okresie jednoletnim, B- w okresie wieloletnim). Zastosowanie roślin konkurencyjnych wobec chwastów nie spowodowało wyraźnego pozytywnego wpływu na przyrost sadzonek, ale wpływało korzystnie na ich ogólną kondycję (długość igieł i zawartość składników pokarmowych). Rośliny okrywowe ograniczały wzrost i rozwój występujących na powierzchniach badawczych chwastów m.in. z rodzajów: Carex, Poa, Deschampsia, Lamium, Rumex, Erigeron, Urtica, a nawet Agropyron i Molinia [15].

Tabela nr.8 Przydatność roślin okrywowych w ograniczaniu chwastów w uprawach leśnych [15].

Rośliny okrywowe	Przydatność w uprawach
	dębu	sosny	świerka
Gryka zwyczajna (Fogopyrum esculentum)	++A	++A	++A
Jęczmień uprawny (Hordeum sativum)	+A	+A
Koniczyna biała (Trifolium repens)	++B	-	-
Koniczyna czerwona (Trifolium pratense)	++B	-	-
Lucerna siewna (Medicago sativa)	+B
Łubin trwały (Lupinus polyphyllus)	+++B	+++B	+++B
Łubin żółty (Lupinus luteus)	+++A	+++A	+++A
Owies zwyczajny (Avena sativa)	++A	++A	++A
Proso zwyczajne (Panicum miliaceum)	+++A	+++A	+++A
Saradela pastewna (Ornithopus sativus)	+A	+A
Żyto zwyczajne (Secale cereale)	+++B	+++B	+++B

Przydatność w uprawach: +mała, ++średnia, +++duża

5.3. Możliwości wykorzystania metabolitów wtórnych, które uczestniczą w oddziaływaniach roślin wyższych i zwierząt.

Metabolity wtórne wytwarzane przez rośliny ułatwiają im odparcie ataku fitofagów różnymi sposobami: stwierdzono możliwość odstraszania ich przez repelenty pokarmowe, zatrucia toksynami, zwiększenia śmiertelności poczwarek i osobników dojrzałych, zakłócenia ontogenezy i zahamowanie rozrodczości [33]. Związki te są aktywne w stosunku do owadów min: powodując ograniczenie ich populacji. Jedna z grup insektycydów, która wywodzi się ze źródeł naturalnych są pyretoidy z roślin Chrysanthemum cineriaefolium, wykazują one efekt knock down- przywabić i zabić- na latające owady. Takie działanie, przy jednoczesnym braku toksyczności w stosunku do ciepłokrwistych zwierząt, czynią z nich atrakcyjne insektycydy [20]. Związki te cechuje wybiórczość działania, duża aktywność insektobójcza i mała toksyczność dla ludzi i zwierząt [17].

Substancje z wielu gatunków roślin stosuje się do odstraszania lub trucia wielu niepożądanych owadów i innych zwierząt. W rolnictwie wykorzystuje się substancje wyodrębnione z roślin np.: proszek perski i niektóre inne. Wiele substancji roślinnych stanowi podstawę syntezy i produkcji przez przemysł chemiczny określonych rodzajów pestycydów. Ogólna liczba roślin wykorzystywanych do odstraszania albo zmniejszania liczebności zwierząt jest bardzo duża. Największa liczbę obejmuje rodzina motylkowatych, w Indiach produkcja olejku z drzewa Azadirachta indica stosowanego jako insektycyd osiągnęła dużą ilość [33]. Niektóre substancje toksyczne takie jak α-tertienyl z roślin złożonych uważane są za możliwe nowe pestycydy lub prototypy nowych pestycydów.

Kolejna grupą związków pochodzenia naturalnego, które wykorzystuje się do ograniczenia populacji szkodliwych gatunków owadów są deterenty pokarmowe [32].

Z miodli indyjskiej Azardirachata indica wyizolowano azadirachatyny triterpenoidu. Związek okazał się być odpowiedzialny za to, że szarańcza wędrowna, która żerowała na wszystkim co zielone, pozostawiała to drzewo w spokoju. Azadirachata działa antyfidantnie na tego szkodnika i na 100 innych gatunków owadów [20]. Wysoką aktywność deterenta pokarmowego, helenaliny, obserwowano w stosunku do stonki ziemniaczanej [32]. Wiele izolowanych z roślin laktonów wykazuje obok cech antyfidantów inne właściwości biologiczne. Na przykład gaigarinin charakteryzuje się wysoką aktywnością grzybobójczą [31]. Naturalne deterenty pokarmowe wykazują selektywność działania. Z reguły są one aktywne na określoną grupę owadów, pozostając obojętne wobec innych. Można więc wyselekcjonować również takie, które będą aktywne wobec szkodników i nieaktywne wobec owadów pożytecznych [20].

Stosowanie antyfidantów jako środki ochrony roślin na szersza skalę jest ograniczone, gdyż występują one w roślinach w niewielkich ilościach i pozyskiwanie ich na skalę przemysłową jest trudne ze względów technicznych [32]. Większe szanse na praktyczne zastosowanie deterentów pokarmowych mają mniej lub bardziej wierne analogi strukturalne naturalnych antyfidantów.

Atraktanty pokarmowe można wykorzystywać do konstruowania pułapek umożliwiających szybkie określenie liczebności owadów, a także do zwalczania niepożądanych gatunków owadów. Na przykład synigrynę, która jest atraktantem dla bielnika kapustnika można wykorzystać do określenia populacji tego owada jak również do walki z nim.

Interesująca metoda wykorzystania atraktantów do walki z fitofagami glebowymi została opracowana i zastosowana przez specjalistów Instytutu Naukowo-Badawczego Biologii Uniwersytetu w Rostowie. Atraktanty oparte na różnych aminokwasach nanoszono na powierzchnię lub wprowadzono do granulek nawozów kompleksowych, którymi zasilano glebę, obok wysianych nasion roślin okopowych (Ponomarenko i in., 1983). Podczas rozpuszczania granulek aminokwasy wydzielały się do gleby i działały jako atraktanty na przemieszczające się fitofagi- larwy chrząszczy stonkowatych, próchnicożernych, gąsienice nocniówki. Fitofagi gromadzą się w strefie, gdzie do gleby wydzielane są aminokwasy i poszukują tam pokarmu, omijając tam posiane nasiona i kiełki. Dzięki temu rośliny mogą przetrwać najbardziej wrażliwe stadium swego rozwoju. Kiedy atraktant przestaje działać fitofagi rozszerzają strefę poszukiwań pokarmu, lecz obiektami konsumpcji staja się kiełkujące chwasty [33]. Substancje wonne produkowane przez sąsiednie rośliny, znajdujące się w pobliżu rośliny- żywiciela, mogą utrudnić atakowanie jej przez fitofagi. Zatem odpowiednio dobrane siewy dwóch lub kilku gatunków roślin mogą przyczynić się do osłabienia szkodliwego działania owadów. Można to wykorzystać poprzez wprowadzenie do agroekosystemów odorantów i repelentów, dezorientujących owady i utrudniających poszukiwanie im odpowiednich roślin pokarmowych.

Atraktanty korników mogą okazać się pomocne w regulowaniu rozmieszczenia na obszarach leśnych np.: kornika drukarza. Powoduje to zmniejszenia liczby ognisk infekcji i strat ekonomicznych powodowanych przez tego chrząszcza. Wprowadzenie feromonów do istniejących ognisk owadów przeciwdziała rozlatywaniu się chrząszcza i zapobiega tworzeniu się nowych ognisk w innych miejscach [33].

Określone substancje tego typu można celowo wprowadzić do agroekosystemów lub wykorzystywać w skład produktów roślinnych. Umożliwiłoby to zmniejszenie atrakcyjności i wartości pokarmowej danych roślin dla różnych fitofagów. Takie zastosowanie naturalnych substancji jest analogiczne do stosowania pestycydów, jednak korzystniejsze ekologicznie, gdyż umożliwia zmniejszenia środowiska naturalnego [33].

Innym pomysłem zwalczania szkodliwych gatunków owadów polega na ograniczeniu ich populacji poprzez zaburzenie metamorfozy. Związki wykazujące aktywność hormonów juwenilnych występują w roślinach i efektywnie ograniczają rozwój embrionalny owadów, powodując czasem ich śmierć. Podanie podczas ostatniego przeobrażenia larwy egzogennego hormonu juwenilnego lub jego analogu strukturalnego hamuje albo zakłóca metamorfozę.

Powstają wówczas formy pośrednie owada zwane adultoidami, które są niezdolne do życia i reprodukcji. Głównym ograniczeniem tej metody jest to, że trzeba ją stosować podczas ostatniego przeobrażenia, a więc w ściśle określonym stadium rozwojowym owada. Nadaje się głównie do stosowania przeciwko owadom rozwijającym się synchronicznie, np.: komary [20].

Alternatywnym pomysłem na opracowanie skutecznego insektycydu było znalezienie czynnika, który hamowałby biosyntezę hormonów juwenilnych. Z rośliny Ageratum hostonianum wyizolowano pochodne chromenu zwane prekocenami I i II, które powodowały przedwczesną metamorfozę. Substancje wytwarzane przez rośliny, które zmniejszają rozrodczość, zakłócają normalną ontogenezę i układ hormonalny zwierząt mają praktyczne zastosowanie jako selektywne środki ograniczające liczebność niepożądanych gatunków owadów.

Kolejna grupą związków pochodzenia naturalnego są polioksyny, wytwarzane przez promieniowce Streptomyces cacoi var. Przede wszystkim hamują one biosyntezę chityny, dlatego też nazwane zastały inhibitorami biosyntezy chityny- IBCh. Również wykazują one szerokie spektrum działanie przeciwgrzybowego. Zwalczają tak uciążliwe grzyby jak Botrytis, Alternaria, Rhizoctonia, a przy czym są praktycznie nieszkodliwe dla człowieka i środowiska. Charakteryzują się niską toksycznością dla kręgowców, dżdżownic, glonów wodnych i większości entomofauny pożytecznej. Przy czym posiadają krótki okres zalegania w glebie, wysoką aktywność przeciwko larwom szkodliwych stawonogów oraz długi okres zalegania na opryskanych roślinach. Działają wyłącznie na młodociane stadia rozwojowe, nie wpływając na osobniki dorosłe. Powyższe właściwości powodują, że IBCh odznaczają się wysoką selektywnością, działając toksycznie głównie na roślinożerne owady i roztocza. Pewnym ich ograniczenie jest mała trwałość w roztworach wodnych. W Polsce nie są zarejestrowane jako środki ochrony roślin. A szkoda [16].

5.4. Możliwości wykorzystania feromonów, kajromonów i allomonów zwierząt.

Odkrycie feromonów przyniosło nowe możliwości zwalczania szkodników. W praktyce jednym z ważniejszych użytecznych zastosowań feromonów jest ich wykorzystanie do monitoringu owadów [35]. Za pomocą pułapek feromonowych odbywa się kontrola stanu populacji określonych gatunków owadów. Ponadto umożliwiają one: stwierdzenie obecności danego gatunku szkodnika, ocenę nasilenia jego występowania oraz wyznaczenie właściwego terminu ewentualnego zabiegu [35]. Nasycenie powietrza feromonami może powodować dezorientację samców stawonogów i zmniejszać skuteczność poszukiwania przez nie samic, co prowadzi do osłabienia reprodukcji populacji [33]. Samce nie są w stanie zlokalizować gdzie znajduje się samica. Metoda to jest przyjazna środowisku i może zastępować zabiegi syntetycznymi insektycydami [35]. Zatem feromony zwabiają owady do urządzeń uniemożliwiając ich opuszczenie lub powodując fizyczne zniszczenie za pomocą środków toksycznych albo mechanicznych, np.: taśm klejących. Stężenia feromonów w pułapkach są na ogół większe niż w naturze, co powoduje zagłuszenie źródeł naturalnych, dezorientację odbiorców i kierowanie ich do pułapek.

Właściwe dozowanie feromonów prze pułapkę decyduje o jej skuteczności. Urządzenie dozujące- dyspenser powinno zapewniać określone, stałe stężenie feromonów pobliżu pułapki oraz długi czas jej działania [14]. W celu zwiększenia efektywności pułapek można wykorzystywać nie tylko bodźce chemiczne, ale także barwę i kształt pułapki oraz odpowiednie ich rozmieszczenie w terenie [26]. Skład feromonów zależy nie tylko od gatunku, ale zmienia się w odrębie tego samego gatunku w zależności od rodzaju przekazywanej informacji, pory roku, dnia, miejsca występowania gatunku, diety, przynależności do określonej koloni, a nawet wieku osobnika. Kupując w USA pułapki feromonowe na mrówki faraona, okazuje się, że są one nieaktywne w odniesieniu do mrówek faraona w Polsce [14]. Feromony płci szczególnie wykorzystywane są do zwalczania szkodników. Robi się to dwoma sposobami. Pierwszy polega na ustawieniu pułapek uwalniające feromony żeńskie i chwytające samce, zapobiega to kopulacji. Drugim sposobem jest uwalnianie mało specyficznych związków lotnych maskujących działanie feromonów zakłócających odbiór sygnałów chemicznych [11].

Jedna z najnowszych idei wykorzystania feromonów polega na łączeniu w jednej substancji dwóch elementów, przywabiającego i zabijającego (attract and kill) Zastosowanie tej metody dało bardzo dobre efekty, np.: ograniczeni porażenia owoców przez owocówkę jabłkóweczkę w sadzie hodowlanym uzyskano przy aplikacji 2-3 kropel preparatu na drzewo [35].

W Polsce pierwsze próby zastosowania feromonów seksualnych w leśnictwie rozpoczęto w Zakładzie Ochrony Lasu Instytutu Badawczego Leśnictwa w Warszawie w 1974r.,

wykorzystując feromon płciowy(octan-trans-9-dodecynylu) zwójki sosnóweczki (Rhyacionia buoliana) uzyskany ze Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej. Przeprowadzone badania dają możliwości stosowania feromonów do prognozowania pojawów zwójki sosnóweczki, a przez masowe odłowy samców i zakłócenia przebiegu rójki dają możliwość obniżenia liczebności poniżej progu gospodarczej szkodliwości. Na powierzchniach doświadczalnych uzyskano 2-4 krotne zmniejszenie populacji owada, poprzez odłowy motyli i zakłócenie rójki. W 1975 r. zaczęto prowadzić badania nad wykorzystaniem feromonów brudnicy mniszki (Lymantria monacha L.) do prognozowania występowania i zwalczania tego najgroźniejszego szkodnika liściożernego drzewostanów sosnowych. W wyniku wstępnych doświadczeń stwierdzono, że disparlur jest feromonem seksualnym wabiącym zarówno samce brudnicy mniszki, jak i brudnicy nieparki przez okres 6 tygodni. Innym feromonem płciowym, który można wykorzystać w ochronie lasu to feromon strzygni choinówki (Panolis flammea)- badania zaczęto prowadzić w 1979r. Uzyskane rezultaty odłowu samców owada podczas przeprowadzonych badań wskazywały na realna możliwość prognozowania zagrożenia prze ten gatunek przy zastosowaniu pułapek z feromonem. Z uwagi na niską liczebność tego szkodnika w Polsce przerwano badania w tym zakresie [26].

Innym przykładem zastosowania feromonów płciowych do zmniejszenia liczebności niepożądanych szkodników to feromony owadów Helothis zea i H.virescens. Nasycenie atmosfery tymi związkami prowadzi do tego, że samce jednego gatunku (H.zea) omyłkowo kopulują z samicami innego gatunku (H.virescens). W końcu oba gatunki giną, gdyż ich narządy płciowe nie są zgodne morfologicznie [33].

Feromony płci znalazły największe zastosowanie przy łapaniu owadów w celu oszacowania zniszczeń i rozmiaru populacji. Informacja ta następnie jest wykorzystywana do określenia sposobów zwalczania. Jednym z przykładów bezpośredniego użycia feromonów do zwalczania szkodników jest zastosowanie syntetycznego gossypluru do zwalczania skośnika bawełnowego (Pectinophora gossypiella) atakującego uprawy bawełny. Związek ten przerywa feromonalne porozumiewanie się osobników dojrzałych. Inna substancją jest multirul, zastosowany w pułapkach do ochrony przed atakiem i rozprzestrzenianiem się europejskiego ogłodka wiązowego (Scolytus multistriatus) [11].

Często zachodzi konieczność walki nie z jednym gatunkiem, lecz z kompleksem gatunków fitofagów. W sytuacjach takich celowe jest stosowanie substancji lub mieszaniny substancji o działaniu kompleksowym, zdolnych do zakłócenia kopulacji kilku gatunków. W sadach pigwowych, gruszkowych, jabłoniowych, morelowych, śliwkowych przeprowadzono badania dotyczące ochrony roślin z zastosowaniem mieszaniny zwanej acenol, która stosowana jest jako syntetyczny feromon dla wschodniej muszki owocówki. Okazało się ,że daje ona duży efekt dezorientacji w stosunku do wielu owocówek. Zastosowanie acenolu pozwoliło uniknąć stosowania chemicznej ochrony przed owocówkami.

Do walki ze szkodnikami można wykorzystywać feromony alarmu. Zastosowanie ich prowadzi do wzrostu aktywności lokomotorycznej stawonogów (np.: mszyc) co zapewnia zwiększenia kontaktu z insektycydem. W rezultacie do zniszczenia szkodliwych stawonogów potrzeba mniejszej dawki insektycydu. Również do walki z niepożądanymi owadami można stosować nie tylko feromony, lecz też ich syntetyczne analogi. Poprzez syntezę aktywnych analogów monoterpenów szeregu α- i β-pinenu, otrzymuje się mieszaninę substancji, która silnie przywabia korniki [33]. Wyizolowanie feromonu agregacyjnego owada Cosmopolites sordidus daje nadzieję na opracowanie skutecznych metod ograniczenia populacji głównego szkodnika bananowców. Jego larwy żywią się kłączami tych roślin. Istotnym składnikiem tego feromonu jest (+)-sordydyna [14].

W 1982r. rozpoczęto badania nad wabiącymi właściwościami lineatyny feromonu drwalnika paskowanego (Xyloterus lineatus) i możliwościami jego wykorzystania w ochronie lasu. Sama linearytyna okazała się mało atrakcyjna dla chrząszczy. Rolę pierwotnych atraktantów dla samic drwalnika pełni etanol i α-pinen. Obecność alkoholu jest sygnałem informującym o osłabieniu drzewa, natomiast α-pinen potęguje efekt zwabiania alkoholem. Po zasiedleniu drzewa samice wydzielają feromon agregacyjny- lineatynę, zwabiające osobniki obu płci, co w efekcie prowadzi do masowego ataku. Po osiągnięciu określonego poziomu zasiedlenia drzewa samice pod wpływem dźwięków stridulacyjnych wytwarzanych przez samce ograniczają wydzielanie lineatyny, co zabezpiecza przed przegęszczaniem żerowisk [26].

W uprawach sadowniczych najpowszechniej stosowane są pułapki fermonowe dla owocówki jabłkóweczki i owocówki śliwkóweczki. Pułapki umożliwiają odnotowanie wylotu pierwszych motyli w danym sezonie wegetacyjnym, ocenę stabilizacji lotu oraz jego dynamikę [35].

Owady wydzielają również feromony znaczące, np.: w celu zabezpieczenia jaj. W Szwajcarii stwierdzono, że nasionica trześniówki po złożeniu jaj w dojrzewające czereśnie wydziela substancję chemiczną informującą inne samice tego samego gatunku, że ten owoc jest już zajęty i nie należy składać w niego innych jaj bo to groziłoby, że ich wylęgnięte larwy nie będą mogły zakończyć swojego rozwoju. Substancję tą udało się zidentyfikować i wyprodukować. Na drzewach opryskanych tą substancją tuż przed lotem nasionicy samice nie składały jaj. Znacznik ten działał więc jako pewnego rodzaju pożyteczny repelent, nie szkodliwy dla środowiska i fauny [38].

Kolejną metodą selektywnego zwalczania szkodliwych owadów przy pomocy feromonów polega na tym, że do pułapek feromonowych dodawane są preparaty wirusowe. Samce przylatujące do nich zostają zarażone i rozprowadzają wirus wśród innych osobników własnej populacji.

Wyłoniła się jeszcze jedna interesująca możliwość. Wykryto substancje chemiczne mające zdolność sterylizowania owadów bez ich zabijania. Jak stwierdzono substancje te mają bardzo silne działanie, dużo silniejsze od wielu stosowanych środków owadobójczych, a przy tym nie muszą być one rozpylane wszędzie, jak to ma miejsce w przypadku insektycydów. Gdy do tych środków wprowadzi się, np.: wabik seksualny, owady zostaną zwabione do pułapek, a po uwolnieniu nawet gdy spotkają samiczkę nie będą w stanie jej zapłodnić. Metoda ta nie tylko bardziej skuteczna ale i bezpieczna dla środowiska [43].

Do substancji wydzielanych przez kręgowce do środowiska zewnętrznego i mających duże znaczenie ekologiczne należą egzometabolity zwierząt żyjących w środowisku wodnym (ryby i płazy) Wykazano, że niektóre egzometabolity działają jako inhibitory wzrostu i rozwoju przy zwiększonej ilości populacji. Tym samym substancje te odgrywają role regulatorów, doprowadzających gęstość populacji do zgodności z ekologiczną pojemnością siedliska. Podobne egzometabolity ryb maja znaczenie praktyczne dla kultur wodnych, gdyż ich obecność w wodzie może ograniczyć produkcje ryb w zbiorniku sztucznym [33]. Chemosygnały kręgowców można wykorzystać do walki z niepożądanymi gatunkami gryzoni, poprzez stosowanie atraktantów przywabiających gryzonie do pułapek.

Allomony zwierząt mogą być wykorzystywane w rolnictwie. Niektóre analogi toksyn morskich bezkręgowców- nereistoksyny- są skutecznymi insektycydami. Należą tu dwa preparaty- ewisekt i bankol. Oba są toksyczne dla fiotofaga- stonki ziemniaczanej, przy czym działają ona również na rasy stonki odporne na pestycydy fosfoorganiczne. Odoranty wywołujące stres mogą spełniać funkcje allomonów dla odbierających je zwierząt- potencjalnych ofiar. Substancje te można wykorzystywać jako repelenty do walki z gryzoniami, zwłaszcza ze szczurami, np.: w kale lisów znajduje się związek wywołujący stres u szczurów [33].

W praktyce nanoszenie określonych kajromonów na zasiewy rolnicze można stosować jako środek symulujący aktywność entomofagów, pasożytów, parazytoidów na danym terenie. Tym samym ulega wzmocnieniu ochrona plonów przed stawonogami fitofagami.

6. Podsumowanie

Substancje metabolizmu wtórnego takie jak alkaloidy, taniny, terpenoidy, odgrywają znacząca rolę w interakcjach pomiędzy zwierzętami, zwierzętami i roślinami lub pomiędzy roślinami w ich naturalnych siedliskach [11]. Związki te mogą zwiększać trwałość zbiorowisk osobników i czasową stabilność populacji zwierząt z małym zagęszczeniu. Chemoregulatory ekologiczne typu feromonów i atraktantów ułatwiają kontakty między osobnikami i znajdowanie partnerów do rozmnażania płciowego. Ponadto ułatwiają korzystanie z zasobów przez populacje różnych konsunentów. Na przykład łączność feromonowa korników ułatwia poszukiwanie zasobów pokarmowych i regulowanie liczebności osobników powstających w pobliżu konkretnych zasobów. Również znakowanie przez samicę owadów swoich jaj ,lub roślin, na których są składane, zapobiega powtórnemu składaniu jaj i reguluje gęstość populacji konsumentów w następnym pokoleniu. Wszystko to chroni populacje przed wymieraniem związanym z nadmierną eksploatacją zasobów [33]. Sygnały chemiczne regulują znaczną część fizjologii i zachowań owadów [41]. Mają one olbrzymie znaczenie w życiu wszystkich organizmów.

Stosowanie chemicznych środków ochrony roślin przed agrofagami (chwastami, patogenami, szkodnikami) wiąże się z potencjalnym zagrożeniem zdrowia społeczeństwa. Masowe ich stosowanie pociągnęło za sobą poważne następstwa w środowisku [24].

Pestycydy same stają się czynnikiem destabilizacji biocenoz, niejednokrotnie na terenach bardzo odległych od miejsca ich stosowania. Przez szkodliwe oddziaływanie środków ochrony roślin na środowisko zaczęto poszukiwać nowych substancji, coraz mniej toksycznych w stosunku do organizmów nie będących celem zabiegu, a wysoce toksycznych dla gatunków zwalczanych [17].

Do jednej z grup insektycydów pochodzenia naturalnego należą zoocydy. Budzą one największe kontrowersje ze względu na obiekt zwalczania. Obecnie obejmują preparaty oparte na substancjach działających na układ nerwowy (neurotoksyny). Pewną alternatywą w zwalczaniu roślinożernych owadów i roztoczy są inhibitory biosyntez chityny, odgrywają coraz to większą rolę w ochronie roślin. Istnieją również antybiotyki z grupy polioksyn, hamujące biosyntezę chityny u grzybów i stosowane są min: w Japonii jako fungicydy przeciwko chorobom roślin. Zalicza się tu także substancje, które nie są typowymi toksynami, lecz wpływają na zachowanie się i rozwój owadów. Należą do nich: allomony, repelenty, antyfidanty, kairomony, hormony, feromony, antyhormony. Na przykład feromony znalazły zastosowanie jako pułapki fermonowe, które służą do wykrywania owadów znajdujących się na liście kwarantannowej. Stosuje się je min: do odłowu korników, co pozwala na ocenę gęstości populacji i stopnia zagrożenia drzewostanów. Do pułapek fermonowych, oprócz korników, zwabiane są również owady pożyteczne i drapieżne. Porównując w różnych drzewostanach liczbę szkodników z liczbą wrogów naturalnych można określić w jakim stopniu nastąpiła redukcja populacji danego szkodnika w najbliższym czasie oraz ustalić optymalny termin jego zwalczania przy użyciu insektycydów, zapewniających ochronę fauny pożytecznej [26]. Wiedza na temat feromonów i kairomonów pozwala na różnorakie ich wykorzystanie w ochronie lasów.

Liczne związki o charakterze insektycydalnym wytwarzane są przez bakterie, rośliny grzyby. Klasyczny przykład to pyretroidy z kwiatów chryzantem [4].

Badania biochemiczno-ekologicznych oddziaływań między organizmami i wykorzystanie chemoregulatorów ekologicznych jest przydatne, gdy chodzi o aspekty ekologizacji wykorzystania zasobów biosfery, min: dla rolnictwa, a w szczególności dla rozwoju polikultur i oligokultur (wysiewy mieszane itp.), do walki z patogenami. W rolnictwie wysunął się zintegrowany system ochrony roślin. Istotą tego systemu jest ekologiczne spojrzenie na pole lub sad. Zaś głównym zadaniem jest regulowanie liczebności szkodliwych organizmów w granicach ekonomicznie uzasadnionych. Nieodzowna część tego systemu stanowią metabolity wtórne wytwarzane przez organizmy [33].

Uzyskanie odpowiedniego surowca roślinnego w dostatecznych ilościach nie jest zawsze łatwe. Trudności może powodować powolny wzrost roślin, ograniczenie wegetacji w określonych strefach klimatycznych lub niska zawartość substancji czynnych. Jedną z możliwości uzyskania wartościowej biomasy w dostatecznych ilościach jest kultura in vitro korzeni transgenicznych. Powstają one w wyniku zakażenia komórek roślinnych bakteriami Agrobacterium rhizogenes. Korzenie transformowane mogą wytwarzać metabolity wtórne o składzie jakościowym i ilościowym porównywalnym z rośliną macierzystą i są stabilna genetycznie. Dotychczas otrzymano kultury transgenicznych korzeni wielu roślin dwuliściennych oraz kilku gatunków roślin nagozalążkowych [19].

Metabolity wtórne roślin stały się alternatywnym i bezpiecznym sposobem ograniczenia bądź wyniszczenia roślinożerców. Rozwój wiedzy na ich temat stwarza wiele możliwości wykorzystania ich w ochronie środowiska. Obecnie nagromadzono dużo informacji na ich temat, jednak należy podkreślić, że badania tych substancji wiążą się z trudnościami metodycznymi.

6. Literatura:

1. Bajan C. „Od badań szczegółowych do preparatu grzybowego”, Biotechnologia 3 (50) 2000

2. Bajan C., Kmitowa K., (1968) Biul. Branż. Hod. Rośl. Nas., 5, 49-54

3. Bajan C., Kmitowa K., Mierzejewska E., Popowska- Nowak E., Miętkiewski R., Górski R., Miętkawska Z., (1997) IOB wprs. Bulletin 19(9), 208-211

4. Banaszkiewicz T. „Chemiczne środki ochrony roślin” Wyd. Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn 2003

5. „Biologia” Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1989, 26,337,319

6. Błoszczyk E., Dudek A., Kostrukiewicz Z., Rychlewska U., Daniewski W., Gumułka M., Nawrot J., Budesiński M., Vasickovas Z., Halub M., (1998) Collect. Czech. Cem. Commun. 54 1903-1918

7. Boguś J.M., „Grzyby patogene jako źródło insektycydów” Biotechnologia 2 (37) 2000

8. Fraga B.M., (1989) Studies in Natural Prod Chem 5, 721-741

9. Ghisalberti E.L., (1994) Phytohem., 37, 597-623

10. Hanckock C.R., Barlow H. W.W.B., Lacey H.J., (1961) J.Exp.Bot.,12, 401-408

11. Harborne J.B., „Ekologia biochemiczna” Wyd. PWN 1997, 7-15, 102-180, 242-296, 309-330

12. Internet http:// danucha40.webpark.pl/fun.htm „Grzyby pełnią w ekosystemie niezastąpiona rolę destruentów“

13. Internet etylen. gazowy hormon.htm „Etylen- warto wiedzieć”

14. Internet http:// www.pg.gola.pl/ PismoPG/ nr.5 98 „Feromony”

15. Internet http:// www.ibles.waw.pl/działalosc/dział n2htm „ Ograniczenie konkurencji chwastów”

16. Internet http:// znik.ebc.lublin.pl/ChemFan/Publikacje/IBCH.html „Pestycydy”

17. Internet http:// www.wsip.com.pl/serwis/czaschem/artykuly/arto3.html Romuald Hessa „Pestycydy- dobro czy zło”

18. Internet http:// www.pan-d.lublin.pl/bul 4/art. 414.htm „Produkcja fitochelatyn u glonów jako reakcja na pobieranie kadmu”

19. Internet http:// www.farm.amwaw.edu-pl/axzimni/02panele.html „Substancje lecznicze z roślin transgenicznych”

20. Internet http:// www.ar.wroc.pl/polnish/aktualnosci/2002/10/wykład.html Wykład inauguracyjny Wawrzeńczyk Cz. „Chemia dla rolnictwa”

21. Jankiewicz L.S. (1997) „Regulatory wzrostu i rozwoju roślin” PWN Warszawa, t.II 249-270

22. Jasicha-Misiak I., Lipok J., „Allelochemia marchwi” Biotechnologia 3 (50) 2000

23. Jerznionowski A., Staroń K., „Biologia z higieną i ochroną środowiska” Warszawa 1998, 380-385

24. Katedra etnologii Stosowanej SGGW Redakcja „Wieś Jutra” „Środki ochrony roślin a ochrona środowiska w świetle integracji Polski z UE” Warszawa 2003

25. Khachatourians G.G., (1996) „The mycota VI: Human and Animal Relationships” Springer, Verlag, Berlin Heidelberg, 331-362

26. Kolk A., :Feromony i kairomony wybranych owadów fitofagicznych sosny pospolitej (Pinus sylvestris L.) oraz możliwości ich wykorzystania w ochronie lasu” Warszawa 2002, 5-17, 113-114

27. Leger R.J., (1995) Can.J., Batany, 73 (Suppl.1) 1199-1125

28. Malinowski H., “Wykorzystanie Bacillus thuringensis w ochronie roślin: perspektywy i ograniczenia” Biotechnologia 3 (50) 2000

29. Mori K., Matsushima Y., „Sythesis“ 844-850

30. Nawrot J., Harmatha J., Novathy L., (1984) Bioch. Syst. Ecol., 12, 99-101

31. Okada K., Kobayashi A., Mori K., (1983) Agric. Bilo. Chem., 47, 1071-1074

32. Olejniczak T., Grabarczyk M., Nawrot J., Wawrzeńczyk Cz., „Lakton 10. Hydroksy- i acetoksylalaktony terpenoidowe- syntetyczne deterenty pokarmowe owadów” Biotechnologia 3 (50) 2000

33. Ostroumow S.A., „Wprowadzenia do ekologii biochemicznej” PWN 1992, 15-56, 65-87, 106-194

34. Pasternak O., Sikorski M., „Cytokininy w mechanizmach obronnych roślin” Biotechnologia 2002

35. Pułciennik Z., Tworowska U., „Zastosowanie feromonów w ochronie roślin sadowniczych” Skierniewice 1999, 3-11

36. Pobielkowska M., Pobielkowski Z., „Biologia z higiena i ochroną środowiska” Watszawa 1996, 340-346

37. Pojańska T., Grabda-Kazibska B., „Ekologia i ewolucja pasożytnictwa”, 237

38. Seńczuk W., „Toksykologia” Warszawa 1990

39. Skrzypczak-Pietraszek E., Grzybek J., „Metabolity wtórne kultur tkankowych gatunków roślin z rodziny Lamiaceae” Biotechnologia 2 (37) 1997

40. Weiser J., Matha V., (1998) J. Invertebrate Pathol., 51, 92-93

41. Wojtasek H., „Molekularne mechanizmy chemicznego porozumiewania się owadów: od biosyntezy do percepcji i degradacji feromonów“ Opole 2002, 107

42. Wykłady prof. Trzmiela

43. Wright R.H., „Nauka o zapachu” PWN Warszawa 1972

44. Umiński T., „Ekologia Środowiska Przyroda” Warszawa 1996, 39

45. Vilcinskas A., Gotz P., (1999) „Advences in Perasitology“ vol.43, 267-313

46. Zabża A., Greb-Markiewicz B., „Etomopatogene grzyby z rodzaju Zoopthora i Paecilliomyces” Biotechnologia 2 (37) 2000

21

---