Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ МНОГОЛЕТНИХ ИНТРОДУКЦИОННЫХ НАСАЖДЕНИЙ HERACLEUM SOSNOWSKYI И HERACLEUM MOELLENDORFFII

Черняк Д.М. 1
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук
В статье изложены результаты опытов по изучению аллелопатической активности эдификатора Heracleum sosnowskyi и Heracleum moellendorffii. Показано влияние почвы H. sosnowskyi и H. moellendorffii на параметры посевных качеств семян тест-объекта. В ходе эксперимента, в условиях почвы под H. sosnowskyi и H. moellendorffii, выявили снижение энергии прорастания семян тест-объекта на 90,7% и 38,3% соответственно по сравнению с контролем. Всхожесть семян тест-объекта в условиях почвы H. sosnowskyi отставала от контроля на 87,3, а в условиях почвы H. moellendorffii на 26,7%. Сила роста тест-объекта в почве под H. sosnowskyi снизилась на 75,3%, а под H. moellendorffii снижение силы роста проявилось слабее - на 12,7% в сравнении с контролем. Аллелопатическую активность оценивали методом биотестирования по ингибированию роста проростка тест-объекта. Отставание общей длины проростка от показателей контроля составило 52,37%, а угнетение тканей стебля – 49,49%. Меньшую чувствительность к воздействию почвы растения-донора проявил рост семядолей тест-объекта, отставание длины которых от контроля составило 17,30%. Подавляющий эффект вторичных метаболитов также был оказан на рост корня, длина которого отставала от контроля на 37,04%. В начале роста тест-объекта в почве под H. moellendorffii средняя длина семядоли и стебля превышала контрольные значения на 1% и 22% соответственно. Наблюдения показали, что в условиях, создаваемых H. moellendorffii, средняя длина корня и проростка в меньшей степени отставали от контроля по сравнению с условиями, создаваемыми H. sosnowskyi, что составило 8,90%, 7,48% соответственно. Провели расчёт индекса аллелопатической активности (фитотоксичности) почвы по основным органам проростка.
Дальний Восток
heracleum sosnowskyi
heracleum moellendorffii
аллелопатия
фитотоксичность.
1. Гродзинский А.М. Аллелопатия растений и почвоутомление. - Киев: Наукова думка, 1991. - 430 с.
2. Зорикова О.Г., Раилко С.П., Янов А.В. Аллелопатические свойства почв многолетних популяций Patrinia scabiosifolia и Patrinia rupestris // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2015. - № 2. - С. 58-60.
3. Кондратьев М.Н., Ларикова Ю.С., Бударин С.Н. и др. Роль инвазивности растительных видов при внедрении в естественные и агрофитоценозы // Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Тобольск научный – 2013». – Тобольск, 2013. - С. 128-132.
4. Кондратьев М.Н., Ларикова Ю.С. Экофизиология семян. Формирование фитоценозов. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011. - 278 с.
5. Ларикова Ю.С., Бахитова А.Р., Кондратьев М.Н. Эффект корневых выделений козлятника восточного (Galega orientalis L.) на проростки культурных растений // Тезисы докладов VII Съезда физиологов растений России («Физиология растений – фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий»). - Н. Новгород, 2011. - Ч. 1. - С. 413-414.
6. Симагина Н.О., Лысякова Н.Ю. Динамика аллелопатической активности Bupleurum fruticosum L. в течение вегетации и онтогенеза // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. - 2011. - Т. 24 (63). - № 4. - С. 273–281.
7. Федоров А.А., Малогулова И.Ш. Экологическое состояние почв как одно из направлений аллелопатических исследований // Успехи современного естествознания. – 2013. - № 8. – С. 32-33.
8. Юрин П.В. Изучение роли свободных радикалов при физиологобиохимическом взаимодействии растений в агрофитоценозах // Материалы II Всесоюзного симпозиума «Летучие биологически активные вещества биогенного происхождения». – М., 1971. – С. 125-130.
9. Inderjit N., Weiner J. Plant allelochemical interference or soil chemicsl ecology // Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. - 2001. - Vol. 4. - № 1. - P. 3–12.
10. Namkeleja H.S., Tarimo M.N.C., Ndakidemi P.A. Allelopathic effects of Argemone mexicana to growth of native plant species // American journal of plant sciences. - 2014. - 5. - P. 1336-1344.

Интродукция лекарственных растений является одним из направлений ботанико-фармакогностических исследований. Организация и функционирование растительных сообществ при интродукции обусловлены разнообразными типами взаимодействия их компонентов, в частности корневыми выделениями, которые могут оказывать воздействие на другие виды в естественных и агрофитоценозах [8; 9]. Снижение видового разнообразия, прежде всего, связано с влиянием деятельности человека. Однако некоторые растительные виды исчезают вследствие естественного отбора, включая механизмы взаимодействия растений, такие как конкуренция и аллелопатия. В ходе эволюции конкуренция и аллелопатия играют важную роль в регулировании видового разнообразия растительных сообществ [7; 10]. Активные соединения могут выделяться корнями растений, поступать с опадом листьев и побегов в почву. Некоторые из этих соединений способны негативно воздействовать на всхожесть семян, замедлять рост проростков, оказывать повреждающее действие на корни и побеги, обусловливая даже их гибель [4].

Растения в процессе жизнедеятельности выделяют в среду химические соединения. В частности, выявлено, что аллелопатические взаимодействия высших растений в значительной степени определяются физико-химическими свойствами почвенного субстрата и активностью его микрофлоры [8]. Вещества аллелопатической природы при растворении в почве могут оказывать существенное влияние как на само растение, так и на другие соседствующие организмы [1]. При этом отмечен сложный характер взаимодействия, который может быть односторонним или обоюдным, положительным или отрицательным, или изменяться в процессе вегетации [2].

Цель исследования - аллелопатическая активность почвы опытного участка «ГТС» - филиала ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН под многолетними интродукционными насаждениями Heracleum sosnowskyi и Heracleum moellendorffii.

Материалы и методы. Исследования проводили в течение вегетационных периодов 2015-2017 гг. на опытном участке лаборатории лекарственных растений. Для эксперимента брали почву под растениями H. sosnowskyi, произрастающими на одном месте более 20 лет, и H. moellendorffii, произрастающими 5 лет (рис. 1, 2). Сроки отбора почвенных образцов приурочили к фазе плодоношения растений H. sosnowskyi и H. moellendorffii (конец июля). Отбор производили в ясную погоду, влажность почвы была близка к гигроскопической, тип почвы бурая подзолистая. На опытном участке выбирались, в фазе плодоношения генеративные растения-доноры H. sosnowskyi и H. moellendorffii. В пределах границ участка, в качестве контроля использовали почву под залежью. Пробы почв отбирали из пахотного слоя глубиной 0-20 см на расстоянии 0,5 проекции надземной части растения-донора. Для определения аллелопатической активности применяли метод биотестирования по ингибированию роста проростка. Для тестирования, в качестве объекта, использовали семена огурца сорт «Восток», предварительно дезинфицируемые стандартным методом. Семена тест-объекта проращивались в чашках Петри на почвенных субстратах H. sosnowskyi, H. moellendorffii и контроля (слой 1,0-1,5 см толщиной). Основное внимание обращалось на фазу прорастания семян и формирование проростков, поскольку наибольшая чувствительность растений к колинам проявляется на начальных фазах онтогенеза [5]. Брали в расчет следующие параметры посевных качеств семян: длина семядоли проростка, длина стебля проростка, длина корня проростка. В соответствии с ГОСТ 12088-84с на 5-е сутки исследования определяли энергию прорастания, на 7-е сутки – всхожесть семян. На 10-е сутки учитывали силу начального роста методом морфологической оценки проростков. С контрольными и опытными проростками проводили биометрические исследования. Длину корней и проростков выражали в процентах к длине контрольных, которые принимали за 100%.

Рис. 1. Посадки H. sosnowskyi на опытном участке

Рис. 2. Посадки H. moellendorffii на опытном участке

По средним данным исследуемых органов проростка (семядоля, стебель, корень) рассчитывали индекс аллелопатической активности (фитотоксичности) почвы (I) [3; 6].

I=(Lk – Lo):Lk,

где Lk – морфометрический показатель проростка тест-объекта в контроле,

Lo – морфометрический показатель проростка тест-объекта в опыте.

Статистическую обработку полученных данных проводили методом описательной статистики с вычислением средней арифметической и ее средней ошибки.

Результаты исследования и обсуждение

Прорастание семян является одним из самых важных и сложных этапов в онтогенезе растений. Этот период характеризуется особенно интенсивным обменом веществ, в результате которого запасные вещества превращаются в соединения, используемые проростком на новообразование тканей. В нормально прорастающем семени течение биохимических реакций строго координировано [5].

В ходе эксперимента, в условиях почвы под H. sosnowskyi и H. moellendorffii, прослеживалось снижение энергии прорастания семян тест-объекта на 90,7% и 38,3% соответственно по сравнению с контролем. Всхожесть семян тест-объекта в условиях почвы H. sosnowskyi отставала от контроля на 87,3, а в условиях почвы H. moellendorffii на 26,7%. Сила роста семян тест-объекта в почве под H. sosnowskyi снизилась на 75,3%, а под H. moellendorffii снижение силы роста проявилось слабее - на 12,7% в сравнении с контролем (табл. 1).

Таблица 1

Влияние почвы под H. sosnowskyi и H. moellendorffii на энергию прорастания, всхожесть семян и рост тест-объекта, %

Показатели

Почва, отобранная под

залежь (контроль)

H. sosnowskyi

H. moellendorffii

Энергия прорастания (5-е сутки)

100

9,3

61,3

Всхожесть семян (7-е сутки)

100

12,7

73,3

Сила роста (10-е сутки)

100

24,7

87,3

 

Полученные данные эксперимента свидетельствуют о наличии специфической формы биотических связей в почве под генеративными растениями-донорами H. sosnowskyi и H. moellendorffii, которые выражаются в воздействии физиологически активных фитолинов. Это подтверждается выраженным фитотоксическим эффектом почв из-под H. sosnowskyi, который значительно снизил посевные качества семян тест-объекта. Та же тенденция отмечена при изучении влияния почвы под H. sosnowskyi на ранние ростовые показатели тест-объекта, а именно на длину корешков и проростков.

Посевные качества семян тест-объекта в условиях почвы H. moellendorffii по сравнению с H. sosnowskyi имели незначительное ингибирующие действие к контролю.

В большей степени восприимчивы к воздействию фитолинов, находящихся в образце почвы H. sosnowskyi, оказались стебель и проросток тест-объекта. Общая длина проростка отставала от показателей контроля на 52,37%, а стеблевой рост на 49,49% соответственно. При росте семядолей тестируемого объекта наблюдалась меньшая сенсибилизация к воздействию почвы из-под H. sosnowskyi, длина которых отставала от контроля на 17,30%. Ростовые процессы корня тест-объекта, в результате подавляющего влияния фитолинов, снижались и составляли 37,04% от общей длины контрольного варианта.

Исходя из показателей индекса фитотоксичности, изменение которого колебалось в широких пределах, в условиях почвы интродукционного вида H. sosnowskyi можно утверждать о наличии выраженной аллелопатической активности.

В эксперименте определили присутствие в почве из-под H. sosnowskyi аллелопатически агрессивных веществ, что подтверждается угнетающим действием на тест-объект при прорастании семян и в процессе дальнейшего развития проростков (табл. 2, рис. 3).

Рис. 3. Индекс аллелопатической активности почв H. sosnowskyi и H. moellendorffii для органов проростков тест-культуры

Таблица 2

Морфометрические показатели проростков тест-объекта (М±m)

Почва

Длина, мм

Семядоли

Стебель

Корень

Проросток

Контроль

10,00±0,80

120,37±1,09

33,69±0,80

162,43±1,37

H. sosnowskyi

8,27±0,76*

60,80±1,04*

21,21±1,10*

77,37±1,06*

H. moellendorffii

10,10±0,82

146,93±0,99*

30,69±1,37

150,28±0,91*

*Разница с контролем статистически значима.

При анализе индекса фитотоксичности для проростка тест-объекта в условиях почвенных образцов из-под H. moellendorffii эффект угнетения был менее выражен, чем у почвенных образцов H. sosnowskyi (рис. 3).

В почвах из-под H. moellendorffii характер воздействия фитолинов, выделяемых растениями-донорами, имел разнонаправленный характер на тест-объект. В начале роста тест-объекта в почве под H. moellendorffii средняя длина семядоли и стебля превышала контрольные значения на 1% и 22% соответственно (табл. 2, рис. 3). Дальнейшие наблюдения показали, что в условиях, создаваемых H. moellendorffii, средняя длина корня и проростка в меньшей степени отставали от контроля по сравнению с условиями, создаваемыми H. sosnowskyi, что составило 8,90%, 7,48% соответственно. Таким образом, тест-объект проявил относительную толерантность к фитолинам H. moellendorffii.

Исследование влияния почвенных условий H. sosnowskyi на ранних этапах онтогенеза семян тест-объекта показало, что происходит торможение и угнетение ростового развития тест-объекта. Эффект действия фитолинов на растения очень динамичен и зависит от многих биологических и экологических факторов, в частности, аллелопатическое взаимодействие высших растений в значительной степени определяется физико-химическими свойствами почвенного субстрата и активностью его микрофлоры. По этим причинам выявить биохимическую связь растений в полевых условиях весьма затруднительно.

Следовательно, аллелопатически активные вещества H. sosnowskyi оказывают выраженное токсическое действие на все органы тест-объекта, тогда как фитолины, выделяемые в почву H. moellendorffii, стимулируют развитие стебля тест-объекта.

Выводы

Почвенные образцы из-под H. sosnowskyi проявляли выраженную аллелопатическую активность.

Содержащиеся в почве H. sosnowskyi физиологически активные фитолины оказывают выраженный фитотоксический эффект, снижая посевные качества семян и начальный рост корешков и проростков тест-объекта.

Фитолины в почве из-под H. moellendorffii по сравнению с H. sosnowskyi проявляли относительную толерантность и не оказали выраженного влияния на семена тест-объекта, а при росте стебля наблюдалось его стимулирование.


Библиографическая ссылка

Черняк Д.М. АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ МНОГОЛЕТНИХ ИНТРОДУКЦИОННЫХ НАСАЖДЕНИЙ HERACLEUM SOSNOWSKYI И HERACLEUM MOELLENDORFFII // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 5.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=26901 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252