Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ALLELOPATHIC PROPERTIES OF SOILS OF LONG-YEAR PLANTATIONS HERACLEUM SOSNOWSKYI AND HERACLEUM MOELLENDORFFII

Chernyak D.M. 1
1 Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
1002 KB
The article presents the results of experiments on the allelopathic activity of the Heracleum sosnowskyi and Heracleum moellendorffii edificators. The effect of soil H. sosnowskyi and H. moellendorffii on the parameters of the seed quality of the seeds of the test object is shown. During the experiment, under conditions of soil under H. sosnowskyi and H. moellendorffii, a decrease in the seed germination energy of the test object was found to be 90.7% and 38.3%, respectively, compared with the control. Timeline: problems associated with control at 87.3, and in soil conditions H. moellendorffii by 26.7%. The growth force of the test object in the soil under H. sosnowskyi decreased by 75.3%, and under H. moellendorffii the decrease in the growth force was manifested weaker - by 12.7% compared to the control. Allelopathic activity was assessed by the method of biotesting to inhibit the growth of the seedlings of the test object. The lag of the total length of the sprout from the control parameters was 52.37%, and the stenosis of the stalk was 49.49%. A lower sensitivity to the soil services of the donor plant showed an increase in the cotyledons of the test object, the lag in the length of which from the control was 17.30%. The suppressive effect of secondary metabolites was also on root growth, the length of which lagged behind the control by 37.04%. , Control values by 1% and 22%, respectively. Observations showed that under the conditions created by H. moellendorffii, the average root and sprout length was in accordance with the conditions created by H. sosnowskyi, which was 8.90%, 7.48%, respectively. Calculated the index of allelopathic activity (phytotoxicity) of soil on the main organs of the sprout.
Far East
heracleum sosnowskyi
heracleum moellendorffii
allelopathy
phytotoxicity.

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.