III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ВЫТЯЖЕК ИЗ СЕМЯН УКРОПА И ПОЛЫНИ НА ПРОРАСТАНИЕ И РОСТ РАСТЕНИЙ
Мусина А.С.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение.

Каждый вид растений обладает своим, особым, свойственным только данному виду обменом веществ. Вещество, которое для одного вида безразлично и выделяется им в окружающую среду, может оказать сильное положительное или отрицательное действие на соседние растения другого вида. Такое химическое взаимодействие называют аллелопатией. [1]

Самарская область- это один из регионов Среднего Поволжья, который славится своими сельскохозяйственными угодьями. Одной из главных проблем, с которой сталкивается область, занимающаяся земледелием, является засоренность посевных площадей сорными растениями. Проблема потерь урожая от сорной растительности, несмотря на богатый арсенал химических и агротехнических мер, по-прежнему остается острой. В данное время ведется поиск источников аллелопатически активных веществ из растений флоры, определяется их активность, способность регулировать рост и развитие культурных и сорных растений. Все это обосновывает выбор темы работы и её актуальность.

Проблема: поиск аллелопатически активных веществ помогут решить вопрос регулирования роста и развития культурных и сорных растений.

Степень изученности проблемы:

Изучению роли растительных выделений во взаимодействии растений в сообществах посвящены работы, где рассмотрены химический состав растительных выделений, физико - химический механизм их образования и действия, установлены проявления аллелопатии в сообществах. В процессе роста и развития растение выделяет во внешнюю среду продукты своей жизнедеятельности (Гиляров, 1999). Они представлены веществами, в том числе обладающими аллелопатической активностью, к которым относят органические кислоты, аминокислоты, спирты, сахара, витамины, эфирные масла. Известно, что аллелопатическая активность многих культурных растений достаточно высока. В процессе роста и развития они выделяют биологические ингибиторы (колины), которые способны существенно угнетать рост и развитие последующих в севообороте растений (Гродзинский, 1991). Известны работы по аллелопатической активности лекарственных растений (Гродзинский, 1987), цветочно-декоративных культур (Прутенская, 1979) , сорняков, растений семейства сельдерейные (Дудченко, 1989).

Гипотеза: если провести исследования по влиянию аллелопатически активных веществ на культурные и сорные растения, то можно регулировать их рост и развитие

Цель работы: изучить аллелопатическую чувствительность семян, взрослых сорных и культурных растений к действию водных вытяжек полыни горькой и укропа пахучего.

Задачи:

1. Получить водорастворимые аллелопатически активные вещества из полыни горькой и укропа пахучего.

2. Изучить аллелопатическую чувствительность прорастания семян и роста сорных и культурных растений к действию водных вытяжек полыни горькой и укропа пахучего разных концентраций.

3. Составить рекомендации биологического контроля над сорной растительностью.

Теоретическая и практическая значимость работы: результаты наших исследований показывают, что поиск источников аллелопатически активных веществ из растений флоры, является необходимым фактором регулирования роста и развития культурных и сорных растений. Для биологического контроля над сорной растительностью можно использовать водные вытяжки из полыни горькой, обладающие наиболее высокой аллелопатической активностью и проявляющие ингибирующее действие.

Время проведения наблюдений и исследований: сентябрь – январь 2016-2017 г.

Методы исследования:

1. Наблюдение.

Использовалось для изучения скорости прорастания семян и роста сорных и культурных растений.

2.Экспериментальный.

Проводилось исследование прорастания семян и роста растений овсюга, пшеницы, томата к действию водных вытяжек полыни горькой и укропа пахучего разных концентраций.

3.Сравнительный.

Проводилось сравнение ингибирующего и стимулирующего действия водных вытяжек на интенсивность прорастания семян и рост растений.

4. Анализ.

Математическая обработка статистических данных.

Объекты исследования: аллелопатические вещества

Предмет исследования: влияние аллелопатически активных веществ

Обзор литературы.

Глава 1: « Аллелопатическое взаимодействие растений»

Основа аллелопатии - выделение растениями в среду минеральных и органических веществ, которые можно разделить на газообразные (летучие) и жидкие (водорастворимые). По источникам выделений можно разделить их на прижизненные: листовые, корневые и стеблевые выделения, выделения плодов, цветков и семян, а так же образующиеся после разложения отмерших органов и поступающие в почву в виде опада. [2]. Химический состав таких веществ сложен и разнообразен. Все вещества, участвующие в химическом взаимодействии растений, можно разделить на три большие группы. К первой из них относятся вещества так называемого вторичного происхождения – органические кислоты, эфирные масла, алкалоиды, глюкозиды, флавоноиды, дубильные вещества и другие полифенолы, витамины, антибиотики и фитонциды. Вторая группа аллелопатически активных веществ образуется в результате гидролитического и автолитического распада растительных белков в ходе нормального, но чаще нарушенного метаболизма и отмирания тканей. При таком распаде образуются многочисленные осколки белковых молекул, часто «неправильного» строения: пептиды, аминокислоты, амиды кислот, амино- и иминопроизводные, индолпроизводные и пр. – и, наконец, аммиак. Эти вещества постоянно обнаруживаются в растительных выделениях, и, как показали биотесты, некото рые из них оказываются чрезвычайно токсичными для растений. К третьей группе веществ, имеющих очень большое фитоценотическое значение благодаря их высокой стабильности в природных условиях, относятся разнообразные продукты более или менее глубокой минерал изации и гумификации растительного материала, так называемые гуминовые кислоты и весь ряд их предшественников. [5]. Характер воздействия аллелопатически активных веществ носит специфический характер. При изучении влияния выделений одного растения на различные виды отмечено угнетение одних, и наоборот, стимуляция других видов. (рис.1).

Рис. 1. Влияние одного растения на другое (по А. М. Гродзинскому, 1965): 1 - миазмины; 2 - фитонцидные вещества; 3 - фитогенные вещества; 4 - активные прижизненные выделения; 5 - пассивные прижизненные выделения; 6 - посмертные выделения; 7 - переработка гетеротрофными организмами.

Взаимодействие растений в сообществах происходит через почвенную среду. Растение как источник физиологически активных веществ создает вокруг себя определенную биохимическую среду, существенно влияющую на другие виды, растущие по соседству. Направление обмена организмами зависит от доли участия вида в создании фитоценоза. Эффективность физиологически активных соединений в химическом взаимодействии растений определяется также количеством веществ и степенью их лабильности, химической природой и физиолого-биохимическим действием, способностью метаболизироваться микроорганизмами. [5] Важным источником физиологически активных веществ, поступающих в почву, являются растительные остатки не только культурных, но и сорных растений. Аллелопатически активные вещества, выделяемые органами растений в почву, оказывают значительное влияние на прорастание семян и развитие проростков: задерживают или ускоряют развитие семян, изменяют или преодолевают состояние их покоя, воздействуют на прорастание семян и формирование органов проростка. [2]

Глава2: «Морфологические и биологические особенности сорных и культурных растений»

Овсюг обыкновенный- однолетний яровой сорняк. Относится к семейству злаковых (мятликовых). Размножается семенами. Внешне похож на культурный овес. От овса отличается более сильным ростом, более светло-зеленой окраской, листья имеют язычок, но без ушек.

Распространен повсеместно в европейской части СНГ, особенно в средней полосе, на Кавказе, в Крыму, реже в Средней Азии, в Сибири. Занесен на Дальний Восток. Засоряет овес, а также другие яровые и озимые зерновые культуры. Встречается у дорог, на залежах, паровых полях, прежде всего на более тяжелых, глинистых и илистых почвах.

Корневая система мочковатая, хорошо развитая. Стебли высотой до 120 см и больше, прямые, голые. Листья линейные, до 30 см длиной, широкие, с влагалищем у основания, по краю реснитчатые. Соцветие - длинная раскидистая или сжатая метелка. Цветки в колосках прикрепляются при помощи сочленения. Колоски двух-трехцветковые. Одно растение может образовывать до 500 семян. Длина зерновки 12-18 мм, ширина до 2,5 мм. Осыпавшиеся зерновки с осени прорастают плохо. После перезимовки, при заглублении в почву осенью, овсюг хорошо прорастает. Обычно прорастают с глубины до 12 см.

Пшеница - одна из важнейших злаковых культур. Однолетние травянистые растения 40—150 см высотой. Стебли прямостоячие, полые. Влагалища почти до основания расщеплённые, на верхушке обычно с ланцетными ушками; язычки 0,5—2 (3) мм длиной, перепончатые, обычно голые. Листья 3—15 (20) мм шириной, обычно плоские, линейные или широколинейные, голые или волосистые, шероховатые. Корневая система мочковатая. Общее соцветие — сложный колос длиной от 3 до 15 см. Пшеница представлена большим разнообразием видов - их более 20. Однако практическое значение имеют два вида пшеницы - мягкая, или обыкновенная, и твердая. Плод-зерновка, на которой хорошо видна глубокая бороздка. Названия «мягкая»и«твердая» - это ботанические классификационные термины. Зерно мягкой пшеницы в зависимости от сортов и условий выращивания может иметь мучнистую, полустекловидную или полностью стекловидную консистенцию, а цвет поверхности - от белого до темно-красного. Виды мягкой пшеницы распространены озимые или яровые, реже полуозимые. На долю мягкой пшеницы в России приходится более 95% всех посевов этой культуры. Из мягкой пшеницы производят в основном продовольственную муку - хлебопекарную и общего назначения. Пшеницу подразделяют на типы по устойчивым природным признакам, характеризующим ее технологические, пищевые и товарныедостоинства, которые, в свою очередь, делят на подтипы по цвету и стекловидности. [3]

Так, 1 тип - пшеница мягкая яровая краснозерная. Она включает:1-й подтип - цвет темно-красный, стекловидность не менее 75%;2-й подтип - цвет красный, стекловидность не менее 60%;3-й подтип - цвет светло-красный, стекловидность не менее 40%;4-й подтип - цвет желтого оттенка с преобладанием желтых и желтобоких зерен, стекловидность не менее 40%.К 1 типу относится пшеница сортов: Алтайская 81, Альбидум 28, Воронежская 10, Курганская 1, Омская 9, Саратовская 29, Московская 35, Иртышанская 10, Люба, Симбирка, Тулунская 12 и др.

Томат - однолетнее или многолетнее травянистое растение, родиной которого является Южная Америка. Томат относится к группе растений с глубокой, сильно разветвленной корневой системой: она состоит из главного (стержневого) корня, ясно выраженного в первые фазы развития растения, и боковых придаточных корней. Стебель томата в молодом возрасте мягкий, сочный, покрытый эпидермисом, к концу же вегетации обычно опробковевающий. Число узлов на стеблях к концу вегетационного периода достигает несколько десятков. У растений, выращенных в открытом грунте, междоузлия всегда бывают короче, чем у тех же сортов, выращенных в теплице или парниках. Листья у томатов непарно-перисто-сложные.

Соцветие у томата кистевидный завиток, от простого малоцветкового до многосложного дважды или многократно разветвленного. Цветок пятичленный. Плод - сочная дву- или многогнездная ягода разнообразная по форме, окраске, размеру и внутреннему строению. Семена у томатов плоские, почковидные. У некоторых видов заметно опушенные. Томаты относятся к факультативным самоопылителям, они теплолюбивы и гибнут даже при слабых заморозках от 0 до -1°С. Продолжительность периода от всходов до начало плодоношения колеблется от 85-90 до 120-130 суток. Растение характеризуется высокой требовательностью к освещенности во все периоды жизни кроме фазы созревания.

Томат - растение влаголюбивое, хотя одновременно является и относительно засухоустойчивым. Растение требовательно к повышенному плодородию почвы, наиболее благоприятными для него являются легкие, хорошо аэрируемые и одновременно влагоемкие почвы.

Укроп пахучий или фенхель обыкновенный принадлежит к семейству зонтичных, является пряным растением. Это многолетнее травянистое растение, высотой около 1 метра, цветет в июле-августе, плодоносит в сентябре. Плоды – двураздельные зерновки (вислоплодник). На вкус сладкие, их запах напоминает анис, а эфирное фенхелевое масло, получаемое перегонкой плодов с водяным паром, содержат составную часть – анетол ( в состав также входят -анисовый альдегид, анисовая кислота, фенхон и др. терпеноиды).

Полынь горькая – многолетнее травянистое растение серебристого цвета, с сильным ароматным запахом и знаменитой полынной горечью; семейства Астровые (Asteraceae). Считается самым горьким растением российской флоры, известна как лекарственное, ароматическое и пряное растение. Высота растения 50—200 см, нередко растёт как полукустарник, со стержневым ветвистым корнем и прямостоячими побегами. Нижние листья длинночерешковые. Цветки все трубчатые, жёлтые; краевые — пестичные, срединные — обоеполые. Цветение в европейской части России в июне — июле. Плод — буроватая заострённая семянка около 1 мм длиной. Плоды созревают в августе — сентябре. Размножается семенами. Растение устойчиво к засухам и морозам.

Методика исследований.

Объектами исследования служили семена следующих растений:

1) сорное растение- овсюг обыкновенный из семейства мятликовых;

2) семена культурного растения, занимаемого основные посевные площади Самарской области- пшеница мягкая, сорт Саратовская 29;

3) семена культурного растения- томат обыкновенный, сорт « Фараон»-F1.

Для извлечения физиологически активных веществ из семян укропа и растения полыни проводят экстрагирование по методике А.М. Гродзинского. Из растений полыни горькой и семян укропа пахучего готовили 24-часовые водные (в дистиллированной воде) 5%-ые (5г растений на 100 мл воды и 10%-ные (10 г растений на 100 мл воды)вытяжки. Испытуемые семена тест- культур раскладывают по 100 штук в чашки Петри на двух слоях увлажненной бумаги и проращивали при температуре(23°С). Подсчет проросших семян тест-объектов проводят каждые 24 часа в течение 8 дней, при необходимости увлажняют. В качестве контроля используют отстоянную водопроводную воду. После прорастания семян они были посажены в цветочные горшки. Далее, после входов, проводился полив части растений растворами вытяжек полыни горькой и укропа пахучего разных концентраций, а часть растений в контроле поливалась водой. Исследования проводились в лабораторных условиях, в школьном кабинете,при одинаковом солнечном освещении.

Степень аллелопатического воздействия пряных растений определяется по следующей градации: сильная - степень всхожесть составляет менее 50%, средняя от 50% до 75%, слабая от 75 % и выше (Стаценко, 1999).

Результаты и обсуждение.

При изучении аллелопатической чувствительности семян сорных растений к действию водных вытяжек полыни горькой и укропа пахучего двух концентраций мы получили следующие результаты: данные вытяжки, в первые дни прорастания, проявили угнетающее действие на всхожесть семян овсюга обыкновенного. На пятый день наибольшее подавляющее действие семена испытывают под действием водных вытяжек из полыни, что так же заметно и на восьмой день прорастания. Причем с увеличением концентрации вытяжки ингибирующий эффект увеличивается. Однаков опытах не наблюдается полного подавления прорастания семян.

Что же касается действия вытяжки укропа пахучего, здесь наблюдается обратный эффект. Под действием 5%-ой концентрации раствора укропа пахучего наблюдается стимулирование прорастания семян по отношению к контролю. Процент всхожести семян, под действием 5%-ой вытяжки укропа составляет 88%, что на 12% выше по отношению к контролю (таблица 1.).

Таблица 1. - Проценты всхожести семян овсюга обыкновенного

День роста

Всхожесть семян в контроле (%)

Всхожесть семян в растворах вытяжки (%)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий

5%

Укроп пахучий

10%

3

62

0

0

0

0

5

72

10

0

52

6

8

76

18

12

88

36

При изучении аллелопатической чувствительности семян культурного растения пшеницы мягкой сорта Саратовская 29 к действию водных вытяжек полыни и укропа пахучего двух концентраций мы получили следующие результаты: на третий день роста наибольшее ингибирующее действие на интенсивность прорастания семян, самого распространенного в нашем регионе культурного растения- пшеницы, оказала 10%-ая вытяжка из укропа пахучего, которая ингибировала всхожесть семян на 49% по сравнению с контролем. Уже на пятый день интенсивность прорастания семян выравнялась, и колебалась в пределах от 5 до 20% по сравнению с контролем. На восьмой день прорастания значительное ингибирующее действие по сравнению с контролем оказала 5% вытяжка полыни горькой. В целом же можно сказать, что особого ингибирующего действия на интенсивность прорастания семян пшеницы не оказывает ни один из аллелопатических агентов (таблица 2.).

Таблица 2 -Проценты всхожести семян пшеницы мягкой

День роста

Всхожесть семян в контроле (%)

Всхожесть семян в растворах вытяжки (%)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий 5%

Укроп пахучий 10%

3

94

58

88

94

46

5

100

78

94

96

80

8

100

88

94

96

96

Совсем иное действие оказывают данные концентрации на интенсивность прорастания семян второго культурного растения-томата обыкновенного. На третий день роста полное ингибирующее действие оказали 5% и 10%-ые вытяжки полыни. На восьмой день произошли небольшие изменения, 10%-ый раствор полыни горькой ингибировал всхожесть семян на 80%, а 5%-ый раствор полыни горькой – на 56% по сравнению с контролем (таблица 3.).

Таблица 3. - Проценты всхожести семян томата обыкновенного

День роста

Всхожесть семян в контроле (%)

Всхожесть семян в растворах вытяжки (%)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий 5%

Укроп пахучий 10%

3

84

0

0

12

6

5

86

6

2

54

40

8

90

34

10

54

44

После получения вышеописанных результатов прорастания семян, эти же семена растений были нами посажены в горшки. Цель данного действия: изучить аллелопатическую чувствительность взрослых растений к действию водных вытяжек полыни горькой и укропа пахучего двух концентраций. Через две недели было отмечено, что наибольшую высоту достигают растения пшеницы, наименьшую растения овсюга обыкновенного. С повышением концентрации вытяжек из полыни горькой ингибирующее действие на растения возрастает. Вытяжки из укропа пахучего стимулируют рост экспериментальных растений. Результаты представлены в таблицах.

Таблица 4.- Интенсивность роста растений овсюга обыкновенного.

Неделя

роста

Рост растений в контроле (см)

Рост растения (см)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий 5%

Укроп пахучий 10%

2

1,5±1,44

1,3±0,98

1±0,75

1,5±0,67

1,3±0,78

3

2,8±1,56

2,2±0,85

2±0,78

2,6±1,45

2,4±1,34

4

3,5±1,45

2,8±0,65

2,6±0,75

2,9±1,25

2,6±1,54

Таблица5.- Интенсивность роста растений пшеницы мягкой.

Неделя

роста

Рост растений в контроле (см)

Рост растения (см)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий 5%

Укроп пахучий 10%

2

1,9±1,58

1,7±0,67

1,5±0,67

1,6±1,43

1,5±1,54

3

3±1,45

2,6±0,65

2,4±0,75

2,7±0,65

2,6±0,76

4

3,8±1,53

3,6±0,55

3.4±0,79

3,7±0,69

3,6±0,72

Таблица 6.- Интенсивность роста растений томата обыкновенного.

Неделя

роста

Рост растений в контроле (см)

Рост растения (см)

Полынь горькая 5%

Полынь горькая 10%

Укроп пахучий 5%

Укроп пахучий 10%

2

1,9±0,32

1,6±1,15

1,5±1, 14

1,7±1,12

1,5±0,96

3

3,2±1,21

3±0,48

2,9±1,24

2,7±0,38

2,4±0,67

4

3,6±0,38

3,4±0,51

3,2±0, 54

3,6±0,68

3,4±0,75

По результатам исследований мы пришли к следующим выводам:

  1. С повышением концентрации вытяжки из полыни горькой ингибирующее действие на прорастание и рост исследуемых растений возрастает.

  2. Вытяжки из полыни горькой оказывают ингибирующее действие на прорастание семян сорной растительности-овсюга обыкновенного, при этом культурное растение Самарской области– пшеница, испытывает наименьшее влияние под их действием.

  3. Также можно предположить, что в природных условиях если рядом с сорным растением будет прорастать полынь горькая, то возможно угнетение первого в результате выделения аллелопатически активных веществ полынью и проявление ими ингибирующего действия.

  4. Вытяжки из семян укропа пахучего оказывают стимулирующее действие на прорастание и рост исследуемых растений. Это связано видимо с тем, что вещества семян укропа (вероятнее, группы терпеноидов, входящих в состав эфирных масел) оказывают благоприятное аллелопатическое влияние на изучаемые растения.

Рекомендации:

- для биологического контроля над сорной растительностью можно использовать водные вытяжки из полыни горькой, обладающей наиболее высокой аллелопатической активностью.

- для стимулирования роста культурных растений можно использовать растворы, полученные из семян укропа пахучего.

- также мы можем рекомендовать размещение на своих приусадебных участках совместные посевы укропа и томата. Но при этом, необходимо своевременное удаление ранней зелени.

- вытяжку семян укропа можно использовать для ускорения прорастания семян изученных растений (практически в два раза быстрее, чем в контроле).

Летом мы планируем продолжить нашу работу и исследовать аллелопатическое влияние укропа на рост вегетативной массы растений.

Список литературы.

  1. Гродзинский, A.M. Аллелопатия в жизни растений и их сообществ. - Киев: Наукова думка, 1965. 9-24с.

  2. Иванов, В.П. Растительные выделения и их значение в жизни фитоценозов. - М.: Наука, 1973. 109-220 с.

  3. Райс, Э. Природные средства защиты растений от вредителей. Перевод с англ. Е.Е. Верещагиной под ред. Гродзинского. – М.: Мир. 1986. 184с.

  4. Гродзинский, А. М. Некоторые проблемы изучения аллелопатического взаимодействия растений / А. М. Гродзинский // Взаимодействие растений и микроорганизмов в фитоценозах. - Киев, 1977. - С. 3-12.

  5. Матвеев, Н. М. Аллелопатия как фактор экологической среды / Н. М. Матвеев. - Самара : Кн. изд-во, 1994. - 203 с.