Udnyttelse af allelopatiske egenskaber til bekæmpelse af ukrudt i kornproduktion -

1. Udnyttelse af allelopatiske egenskaber til bekæmpelse af ukrudt i kornproduktion - er det en miljømæssig fornuftig strategi? Inge S. Fomsgaard, Solvejg Mathiassen, Per Kudsk, Lars M. Hansen

2. 300 før Kristi fødsel, Theofrast: berettede om de hæmmende virkninger af kvinoa på lucerne 81 før Kristi fødsel, Plinius d. Yngre : beskrev allelopatiske virkninger fra valnøddetræer 1832, De Candolle: foreslog, at ekssudater fra planter kunne være årsag til jordtræthed Allelopatiens historie

3. 1881, Hoy og Stickney: berettede om valnøds skadelige virkninger på planter i nærheden 1907, Screiner og Reed: isolerede organiske syrer frigjort af planterødder, som undertrykte væksten af andre afgrøder Allelopatiens historie

4. 1937, Molisch: dannede ordet ”allelopati” fra græsk ”allelo” og ”pati”, der betyder ”indbyrdes” og ”lidelse” 1966, Muller: definerede forholdet plante-plante interaktion som ”interferens”, der involverer både konkurrence og allelopati Allelopatiens historie

5. 1996, Torres et al: Allelopati blev defineret som: En hvilken som helst proces der involverer sekundære metabolitter (allelokemikalier), der er produceret af planter, mikroorganismer, vira, alger og svampe, som påvirker væksten og udviklingen af landbrugsbiologiske systemer Allelopati - definition

6. sekundære plantemetabolitter alkaloider fenoler flavonoider terpenoider glucosinolater benzoxazinoner cyanogeniske forbindelser Allelokemikalier

7. Allelokemikalier Reigosa et al, 1999

8. Brug af pesticider i landbruget Udnyttelse af allelopatiske virkninger Syntetisk omdannelse af naturlige stoffer Isolerede naturlige stoffer Rent syntetiske produkter

9. Økologisk sædskifte til kornproduktion – et eksempel http://www.agrsci.dk/pvj/plant/croprot/indexuk.shtml

10. Hvede, rug og majs indeholder 4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-oner (hydroxamiske syrer) som glucosider Allelokemikalier i udvalgte kornsorter Hvede: DIMBOA, DIBOA Rug: DIBOA Majs: DIMBOA. DIM2BOA

11. Fra 1,4 til 10,9 mmol DIMBOA/kg frisk vægt i 52 chilenske sorter (unge frøplanter) Global monitering af 37 sorter: fra 0,99 til 8,07 mmol DIMBOA/kg frisk vægt Triticum speltoides: 16 mmol DIMBOA /kg frisk vægt (10 dage gamle frøplanter) Koncentrationer af DIMBOA i hvede

12. Biologisk aktivitet i4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-oner • Øger resistens i kornsorter mod insekter, svampe og bakterier • påvirker reproduktionen hos græsædende pattedyr • påvirker ukrudtsvæksten • er involveret i afgiftningen af pesticider • er mutagene stoffer

13. Biologisk aktivitet i4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-oner, eksempler • Øger resistensen i majs mod den europæiske kornborende insektlarve • øger resistensen i kornsorter mod bladlus • hæmmer væksten af rod og kimbladsskede i flyvehavre

14. Molekylestruktur i4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-oner

15. Mekanisme til nedbrydning af4-hydroxy-1,4-benzoxazin-3-oner til benzoxazolinoner, ex. DIBOA nedbrudt til BOA DIBOA BOA

16. Videre nedbrydning af benzoxazolinoner i jord Kumar et al, 1993: BOA  2-amino-3H-phenoxazin-3-on Nair et al, 1990: BOA  2,2´-oxo-1,1´-azobenzen (AZOB)

17. Videre nedbrydning af benzoxazolinoner i jord R = H DIBOA-glu BOA AZOB

18. Brug af rug som dækafgrøde eller grønt jorddækningsmateriale • Barnes & Putnam, 1986 • Barnes & Putnam, 1987 • Mwaja et al, 1995 • Chase et al, 1991 • nylige forsøg i økologisk sædskifte: • rug sås med en tæthed på 3 gange det normale, unge frøplanter pløjes ned og vintersæd sås efterfølgende

19. Koncentrationer af DIMBOA i hvede • Fra 1,4 til 10,9 mmol DIMBOA/kg frisk vægt i 52 chilenske sorter (unge frøplanter) • Global monitering af 37 sorter: fra 0,99 til 8,07 mmol DIMBOA/kg frisk vægt • Triticum speltoides: 16 mmol DIMBOA /kg frisk vægt (10 dage gamle frøplanter)

20. Teoretiske koncentrationer af DIMBOA i jord • 0,99-16 mmol/kg i unge frøplanter • 400 planter pr m2 • vægt af hver frøplanter 0,25g • 190-3078 g DIMBOA pr hektar • 105-1701 g AZOB pr hektar

21. Literatursøgning • DIMBOA or DIBOA or hydroxa* or benzoxaz* or (allelo* and (wheat or rye or maize)) • 2159 poster siden 1972 • 195 poster siden 1999

22. FATEALLCHEM Allelokemiske stoffers skæbne og giftighed i forhold til miljø og forbruger

23. WP2 • Dyrkning af hvede i 2 lande • Økonomisk evaluering Isolering og identifikation af allelokemiske stoffer fra planter Isolering og identifikation af jord metabolitter fra allelokemiiske stoffer • Kvantificering af allelokemikíske stoffer i planter+jord • Interlaboratorie evauering af analyseresultater WP1 Udvikling af analysemetode for allelokemiiske stoffer i planter og jord Interlaboratorie evaluering af analyseresultater WP3 Nedbrydnings-studier af allelokemiske stoffer i jord Herbicideffekt af jordblandet hvedeplantemateriale Insekticideffekt af hele hvedeplanter Allelokemiske stoffers miljøtoksikologi for jord organismer Allelokemiske stoffers miljøtoksikologi for vandorganismer Insekticidvirkning af isolerede allelokemiske stoffer Herbicidvirkninger af isolerede allelokemiske stoffer Sorptionsstudier af allelokemiske stoffer i jord QSAR modellering af allelokemiske stoffers miljøtoksikologi Spiringsstudier med allelokemiske forbindelser QSAR modellering af allelokemiske stoffers skæbne WP5 QSAR modellering af allelokemiske stoffers human toksikologi WP4 WP6

24. Forventede resultater I: HVIS Hvedesorter med velbeskrevne og effektive allelopatiske egenskaber mod en eller flere af de vigtigste ukrudtsarter og/eller skadedyr bliver identificeret og De allelokemiske stoffer har lav miljøgiftighed

25. Expected achievements I: SÅ er kommerciel udnyttelse af isolerede allelokemiske mulig og/eller planteavleres udnyttelse af de identificerede hvedesorter til produktion af nye sorter til brug i både konventionelt og økologisk landbrug er mulig og/eller udnyttelse af den opnåede viden i genteknologi er mulig og/eller landmænds udnyttelse er mulig ved brug af kendte sorter med høje koncentrationer (afhængig af produktionsomkostninger og/eller opnåelige udbytter)

26. Forventede resultater II: HVIS vurderingen af miljømæssige og menneskelige risici viser, at de allelokemiske stoffer har en risiko, der er lig med eller højere end syntetiske pesticider Danish Institute of Agricultural Sciences, Sept 7-8, 2001

27. Forventede resultater II: SÅ må der anlægges nye betragtninger vedr. udnyttelsen af allelokemiske afgrøder og/eller planteavlere må se sig om efter sorter med lave koncentrationer og/eller offentlige myndigheder, der lovgiver vedr. miljø- og helbredsstandarder, må fokusere på allelokemiske stoffer og/eller definitioner af ”økologisk landbrug” må diskuteres

28. Forventede resultater III: HVIS ingen af de afprøvede sorter har velbeskrevne og effektive allelopatiske egenskaber men nogen allelopatisk effekt, der er mindre end de syntetiske pesticiders effekt og risikoen over for miljø og mennesker er lav

29. Forventede resultater III: SÅ kan dyrkning af sorter med de ”højeste” allelopatiske egenskaber stadig være nyttig for økologiske landmænd og udvikling gennem avl af nye sorter til brug i økologisk landbrug er stadig nyttig (afhængig af økonomi)

30. Konklusion Toxicity? Transport to ground water? Exposure of non-target plants and other living organisms? Cheng, 1992

31. Den holistiske fremgangsmåde! Fremtidige studier