Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы по теме исследования 15
1.1. Аллелопатия и аллелохимикалии 15
1.2. Аллелопатический потенциал сорняков 17
1.3. Факторы, влияющие на биосинтез аллелохимикалий .19
1.4. Механизмы действия аллелохимикалий .23
1.5. Использование аллелопатии для борьбы с сорняками в агроэкосистемах 31
1.6. Применение аллелопатии в системах земледелия .34
1.7. Экологические изменения, вызываемые аллелохимикалиями .38
1.8. Аллеллопатический потенциал лекарственных и ароматических растений .40
1.9. Методы биотестов в исследованиях аллелопатии растительных видов .48
Глава 2 Объекты и методы исследований .50
2.1. Объекты исследований 50
2.2. Целевые растения, использованные в экспериментах 57
2.3. Главные требования, предъявляемые к биотестированию .61
2.3.1. Биотестирование водных вытяжек из семян лекарственных растений 62
2.3.2. Изучение влияния метаболитов, выделяемых семенами лекарственных и сорных растений, при совместном проращивании 64
2.3.3. Исследование влияния мульчи из надземных частей лекарственных растений на рост и развитие сорняков .65
2.4. Статистическая обработка данных и анализируемые параметры .66
Глава 3 Результаты исследований 68
3.1. Изучение влияния семян лекарственных растений на сорняки при совместном проращивании семян .68
3.2. Исследование влияния мульчи из надземных частей лекарственных растений на прорастание семян и рост сорняков .76
3.2.1. Формирование фотосинтетического аппарата проростков сорняков .83
3.3. Исследование эффекта вытяжек из семян лекарственных растений на прорастание семян сорняков 91
3.3.1. Биотестирование водных вытяжек из семян лекарственных растений на рост проростков сорняков 95
Заключение .101
Рекомендации для дальнейших исследований 103
Список литературы 105
- Факторы, влияющие на биосинтез аллелохимикалий
- Аллеллопатический потенциал лекарственных и ароматических растений
- Изучение влияния семян лекарственных растений на сорняки при совместном проращивании семян
- Биотестирование водных вытяжек из семян лекарственных растений на рост проростков сорняков
Факторы, влияющие на биосинтез аллелохимикалий
Количество химических веществ, образуемых в растении-доноре, является результатом взаимодействия генетических факторов растения и окружающей среды (Wink, 1999). Климатические факторы также оказывают большое влияние на биосинтез аллелохимикалий. На образование некоторых аллелохимических веществ влияют количество, интенсивность и продолжительность облучения светом (Коновалова И.О. и др., 2016). Наибольшее их количество образуются при воздействии ультрафиолета и длительного фотопериода (Aldrich, 1984). Накопление аллелохимикалий увеличивается в растениях, подвергшихся воздействию высоких температур окружающей среды. Влагообеспеченность растений также отражается на содержании в растениях аллелохимикалий. Так, было показано (Tang et al., 1995), что засуха усиливает ингибирующую активность тканевых экстрактов и корневых экссудатов Cyperus rotundus L., что объясняет возрастание ингибиторного действия С. rotundus на формирование урожая сахарной кукурузы в полевых условиях.
Состав и концентрация аллелохимикатов различаются в зависимости от возраста, органов и видов растений (Qasem and Foy, 2001). Среда обитания может оказывать значительное влияние на влияние аллелопатии. В природе аллелопатический потенциал растения может варьироваться в зависимости от места произрастания, климатических и эдафических условий. Проявление аллелопатии зависит от сезонных условий, таких как температура воздуха и почвы, а также влажность почвы. (Dolling et al. 1994) обнаружили, что аллопатическое торможение прорастания и роста семян осины (Populus tremula L.) было наиболее значительным в мае, июне и сентябре (Dolling et al., 1994).
Выделение и идентификацию химических веществ c биологической активностью из растений-доноров ещё не следует считать, что эти соединения будут проявлять аллелопатический эффект в пределах агробиоценозов (Inderjit and Weston, 2000). Сохранность, трансформация, транспорт аллелопатических химических веществ в почве, физико-химические и биологические компоненты почвы влияют на судьбу содержащихся в ней аллелопатически активных соединений (Inderjit, 2001; Inderjit, 2005). Физико-химические факторы влияют на количество и качество аллелопатических соединений, в частности, структура почвы существенно влияет на экспрессию аллелопатии в природных системах. По сравнению с мелкодисперсными почвами супесчаные почвы поглощают меньшее количество фенольных соединений. Биологические и химические характеристики почвы, такие как структура, содержание питательных веществ, наличие почвенной микрофлоры, органических веществ, влажность и рH влияют на проявление аллелопатии. То есть, названные факторы влияют на адсорбцию, транспорт и метаболизм аллелохимикалий в почве (Qasem and Hill, 1989; Duke et al., 2000b; Kobayashi, 2004). рН почвы играет важную роль в поглощении и иммобилизации неорганических ионов, в накоплении питательных веществ, при этом более высокие значения рН могут стимулировать микробную активность (Inderjit and Dakshini, 1994).
Химические характеристики почвы часто меняются после добавления растительного опада, корней или листьев, и такие изменения, как было показано, меняют действие аллопатических химических веществ (Blum et al., 1992). Аллелопатические взаимодействия в почвенной среде в значительной степени зависят от скорости мобильности аллохимических веществ в ризосфере и их взаимодействия с коллоидными частицами, органическим веществом и другими факторами, которые изменяют физико-химические и биотические характеристики почвы (Blum, 1995; Blum et al., 1999). Исследования, проведенные Блюмом и его лабораторией, показали, что текстура почвы, рН почвы, органический С, доступный N, также очень важны для влияния на поглощение аллелохимических веществ и их способность сохраняться в присутствии почвенных микроорганизмов (Blum et al., 1988). Усиленная эвапотранспирация и низкая влагообеспеченность почвы также приводят к снижению фитотоксичности аллелохимических веществ растений в почвенном растворе (Blum, 2002). Микроорганизмы почвы также играют важную роль в аллелопатии, потому что они имеют возможность повлиять на содержание аллелопатических соединений, усилить их токсические свойства или, усваивая их, выделять свои токсины (Inderjit, 2001). Они могут влиять на доступность питательных веществ, высвобождая элементы минерального питания, связанные с частицами почвы или воздействуя на почвенные минералы. Аллелопатические соединения могут присутствовать в свободных, обратимо связанных или необратимо связанных формах. Как правило, первые две формы считаются наиболее важными с точки зрения аллелопатии (Inderjit, 2005). Растения – доноры аллелохимикалий увеличивают производство фитотоксичных вторичных метаболитов при воздействии таких экологических стрессов, как дефицит элементов минерального питания, экстремальные температуры, засуха, экстремальные уровни освещенности, гербициды, фунгициды, инсектициды и регуляторы роста растений (Einhellig, 2002).
Аллелохимические вещества должны быть поглощены растением, чтобы оказывать прямой эффект (Willis, 1985). Растением-реципиентом они в основном поглощаются через корни через активный или пассивный транспорт, затем перемещаются по ксилеме с массовым потоком (Inderjit, 2005). После того как аллелохимикалии проникают в клетки растений, они начинают оказывать негативное воздействие на субклеточном и молекулярном уровнях на целый ряд биохимических реакций и физиологических процессов. Ответные реакции растений-реципиентов на воздействие аллелохимических соединений зависят как от вида вторичного соединения, так и его концентрации. Помимо этого, аллелохимические вещества, которые ингибируют рост некоторых видов растений в определенной концентрации, могут стимулировать рост тех же или других видов в иных концентрациях (Narwal, 1994). В этой связи, в программах по борьбе с сорняками необходимо определить концентрацию, при которой аллелохимикалий оказывает негативный эффект на сорное растение. Состав аллелопатически активных соединений, выделяемых из растения-донора, зависит от органа растения (Chon and Kim, 2002). Метаболиты, выщелачиваемые из растений, представлены химическими соединениями различных классов: минеральными элементами, углеводами, свободными аминокислотами и другими органическими соединениями. Эти вещества могут ингибировать, а иногда стимулировать рост растений в зависимости от концентрации, вида возраста растений-доноров и растений-реципиентов (целевых растений) (Weston et al., 1989). Morris et al. (2009) (Morris et al., 2009) показал, что сложные биохимические соединения могут быть не единственными веществами, которые используются растениями, чтобы взаимодействовать друг с другом. Было высказано предположение, что и неорганические элементы могут быть использованы в качестве аллелохимикалий. Такие элементы, как тяжелые металлы и их соли могут накапливаться в почве в результате гипераккумуляции и разложения подстилки, а также при изменении химического состава ризосферы.
В полевых условиях остатки аллелопатических растений могут оставаться на поверхности почвы. На фитотоксическую активность химических веществ остатков могут влиять абиотические и биотические факторы, такие как физико химические и микробиологические свойства почвы (Kobayashi, 2004; Batish et al., 2005; Popa et al., 2008). В связи с этим фитотоксическое соединение может быть инактивировано, активировано и/или преобразовано почвенными микроорганизмами в новые токсины. Состав и количество аллелохимикалий зависит от времени после внесения остатков (мульчи) в почву. Показано, что фитотоксический потенциал разлагающихся растительных остатков в большинстве случаев максимален на ранней стадии разложения (Xuan et al., 2005; Sampietro et al., 2007). По мере разложения фитотоксичность резко уменьшается или даже исчезает.
В целом, экологическая устойчивость аллелохимикалий - сложный вопрос, ответ на который определяется как растениями-донорами, так и целевыми растениями, а также факторами среды и другими процессами, влияющими на судьбу химических веществ в окружающей среде. Знания об изменениях этих факторов необходимы для использования аллелопатических взаимоотношений между растениями для содействия успешной борьбе с сорняками в агроэкосистемах.
Аллеллопатический потенциал лекарственных и ароматических растений
Очень немногое известно об аллелопатических эффектах лекарственных и ароматических растений в отношении прорастания семян и роста проростков сорняков и культурных растений (Qasem, 2002). Тем не менее, было предложено использовать лекарственные и ароматические растения, обладающие аллелопатической активностью, в качестве прижизненного варианта альтернативного контроля популяций сорняков в условиях устойчивого сельского хозяйства (Fujii, 2001; Hong et al., 2003; Singh et al., 2003a; Mekky, 2008). Вторичные метаболиты, высвобождаемые из остатков аллопатических и лекарственных растений, могут помочь уменьшить использование синтетических гербицидов для борьбы с сорняками и, следовательно, вызывать меньшее загрязнение окружающей среды, а сельскохозяйственные продукты будут более безопасны при употреблении их человеком (Singh et al., 2003a; Khanh et al., 2007). Однако описание исследований влияния лекарственных растений, используемых в качестве покровных культур, заделываемых в почву в виде зеленого удобрения или применяемых в виде мульчи, а также исследования ингибирующего действия экстрактов из лекарственных растений на прорастание сорняков в научной литературе ограничены.
В частности, было выявлено, что прорастание Amaranthus palmeri S. Wats. ингибировалось эфирными маслами базилика лимонного (Ocimum citriodorum), душицы обыкновенной (Organum vulgre) и майорана сладкого (Origanum majorana) (Dudai et al., 1999). Помимо этого, в лабораторном эксперименте было найдено, что эфирные масла из тимьяна красного (Thymus vulgaris), гвоздики (Syzgium aromaticum) и корицы (Cinnamomum zeylanicum) вызывали выход электролитов, что привело к гибели клеток одуванчика (Taraxacum officinale) (Tworkoski, 2002). Кроме того, установлено, что эфирные масла, извлеченные из четырех сортов базилика сладкого (Ocimum basilicum и шести популяций Organum vulgare или Origanum majorana уменьшали прорастание и рост корней Echinochloa crus-galli (L.) Beauv и Chenopodium album L. (Vasilakoglou et al., 2007). Эти результаты свидетельствуют о том, что ароматические и лекарственные растения, внесённые в почву в качестве зелёного удобрения или оставленные на поверхности почвы в виде мульчи и обладающие способностью вырабатывать фитотоксические эфирные масла, могут играть важную роль в подавлении сорняков в устойчивых системах сельского хозяйства (Dhima et al., 2009).
Фитотоксичность некоторых терпенов или эфирных масел, содержащих терпены, исследовалась на сорняках достаточно подробно. Так, было показано, что летучие масла, экстрагированные из листьев Eucalyptus globulus и Eucalyptus citriodora ингибировали прорастание семян сорняка Parthenium hysterophorus, уменьшали содержание хлорофилла и клеточное дыхание зрелых растений, существенно усиливали транспирацию, что приводило к полному увяданию растений (Kohli et al., 1998). В одном из сообщений указывалось, что в окрестностях кустарников, выделяющих ароматические вещества, таких как Artemisia californica или Salvia leucophylla, в радиусе 90 см вообще не произрастали однолетние травянистые растения, а в пределах 2-6 метров их присутствие было незначительным (Muller et al., 1964; Muller, 1965). Было установлено, что летучие ингредиенты в наибольшем количестве содержатся в листьях Artemisia и Salvia и именно эти соединения репрессируют рост травянистых видов растений (Friedman et al., 1977). Это экологическое явление обеспечивает конкурентное преимущество ароматическим растениям в их естественной среде. Эти отчеты предполагают, что аллелохимикалии могут быть использованы для контроля сорняков в земледелии.
Имеются данные, что многочисленные представители рода Artemisia подавляют рост сорняков в различных условиях произрастания посредством свойственной им аллелопатической активности. Листья и водные экстракты A. vulgaris, A. annua, A. campestris и A. herba-alba, помимо наличия лекарственных свойств, обусловливают мощное ингибирование роста проростков сорных растений (Barney et al., 2002). Почва, отобранная из-под этих растений или из мест, где они произрастали, также ингибировала прорастание семян и росту различных подопытных видов сорняков (Yun et al., 1997). Аллелопатические свойства Artemisia spp. были связаны с выделением летучих эфирных масел, богатых моно- и сесквитерпенами, помимо фенолов и нескольких флавоноидов, идентифицированных в водных экстрактах (Kong et al., 1999; Singh et al., 2003a).
При определении понятия аллелопатии мы указывали, что эффект аллелохимикалий может быть как отрицательным (ингибирующим), так и положительным (стимулирующим). Так, процент прорастания семян сорняков (Achyranthse japonica, Oenothera odorata, Plantago asiatica и Echinochloa crus-galli), рост проростков и их сухая масса были несколько выше, по сравнению с контролем, при использовании разбавленных водных вытяжек Artemisia princeps var. orientalis, тогда как показатели были существенно ниже при использовании более высоких концентраций на двух типах почв (Kil and Yun, 1992). С другой стороны, было показано, что сухие листья Artemisia annua, заделанные в почву, обеспечивали хороший контроль сорняков, но уровень гербицидной активности не зависел от концентрации артемизинина в почве (Lydon et al., 1997). Водные экстракты Artemisia herba alba оказывали ингибирующее действие на прорастание скарифицированных семян Helianthemum squamatum (Escudero et al., 2000). Водные экстракты, полученные из листьев и соцветий Artemisia monosperma, уменьшали прорастание семян в песчаной культуре Lasiurus scindicus, Pennisetum divisum, Scrophularia hypericifolia и Plantago boissieri. Помимо этого, мульчирование листьями A. monosperma поверхности почвы снижали относительную скорость роста (RGR) проростков и их жизнеспособность. Эффект был пропорционален количеству листьев, использованных при мульчировании (Assaeed, 2003).
Помимо терпенов, фенольные соединения, экстрагированные из плодов лекарственного растения Artemisia herba alba, проявляют некоторую потенциальную ингибирующую активность прорастания и роста проростков некоторых видов растений (Modallal and Al-Charchafchi, 2006), а водный экстракт из побегов Artemisia princeps var. orientalis оказывал фитотоксичное действие на прорастание семян и рост проростков Triticum aestivum в песчаной и илистой почве (Deef and AbdEL-Fattah, 2008). В целом аллелопатический эффект видов Artemisia варьировал в зависимости от концентрации испытуемых экстрактов. Содержание хлорофилла в растениях-реципиентах и накопление биомассы снижалось с увеличением концентрации экстрактов, взятых из почвенных образцов. Помимо водных экстрактов из растений-доноров аллелохимикалий, исследователи довольно часто использовали метанольные и водноацетоновые экстракты, которые по составу вторичных соединений несколько отличались от первых. Тем не менее, метанольные экстракты из листьев Artemisia annua, Eucalyptus globules, Ocimum basilicum ингибировали прорастание семян и рост проростков некоторых видов сорняков (Avena fatua, Phalaris minor, Rumex dentated, Amaranthus retroflexu). (Mekky, 2008). Это говорит о том, в органах растений-доноров аллелохимикалии преимущественно представлены гидрофильными соединениями. Важным является и то, что некоторые однолетние и многолетние виды лекарственных растений (Artemisia spp., Tribulus terrestris, Pluchea lanceolata, Lantana camara, Buchloe dactyloides, Achillea santolina и Eucalyptus spp.) выделяют ингибирующие рост других видов вещества из тканей, как живых, так и мертвых побегов и корней (Inderjit and Dakshini, 1994; El-Darier and Youssef, 2000; El-Darier, 2002).
Водно-ацетоновый экстракт из побегов Melissa officinalis (мелисса лекарственная), ингибировал прорастание семян и рост проростков Amaranthus caudatus, Lepidium sativum, Digitaria sanguinalis, Phleum pratense, Lactuca sativа и Lolium multiflorum (Kato-Noguchi, 2001). Также сообщалось, что эффективность экстракта из корней была выше, чем из побегов испытуемых растений, и ингибирующий эффект был связан с концентрацией экстракта. Посредством биоанализа и в естественных условиях исследовалось ингибирующее влияние нима (Azadirachta indica), древесного вида из семейства Meliaceae, на прорастание и рост нескольких травянистых видов культурных растений: люцерны (Medicago sativa), фасоли (Vigna angularis), моркови (Daucus carota), редиса (Raphanus sativus), риса (Oryza sativa) и кунжута (Sesamum indicum) и сорняков: Echinochloa crus-galli, Monochoria vaginalis и Aeschynomene indica.
Изучение влияния семян лекарственных растений на сорняки при совместном проращивании семян
Сорные, лекарственные растения и полевые культуры могут расти совместно с момента прорастания семян, а их взаимодействие не ограничивается конкуренцией за воду, питание и пространство.
Прорастание семян – это начальный этап онтогенеза растений, процесс выхода семян из состояния покоя и переход к интенсивной жизнедеятельности, в результате чего трогается в рост зародыш и образуется проросток, из которого в последующем формируется взрослое растение. Своевременное прорастание семян сорных растений в агрофитоценозах является важным фактором выживания их всходов и последующего размножения и находится в значительной мере в соответствии с развитием засоряемых ими сельскохозяйственных культур (Кондратьев и Ларикова. 2011). Большое значение для покоя и прорастания семян имеет химическая стойкость, которую приобретает зрелая семенная кожура благодаря присутствию в ней различных веществ экскреторного происхождения. Разнообразные вторичные соединения, а также вещества типа кутина, суберина и т.п., пропитывая семенную кожуру или откладываясь в ней в форме характерных наслоений или утолщений, придают семенным покровам специфические химические свойства, которые проявляются в природных условиях, затрудняя проникновение воды и микроорганизмов внутрь семени. Наличие ингибиторов в семенных покровах не только предохраняет семена от воздействия патогенных микроорганизмов, но и служит орудием межвидовой борьбы за существование, снижая энергию прорастания семян других видов.
Схема опыта:
контроль (проращивание на воде);
соотношение лекарственных и сорных растений:
1:1 (100 семян лекарственных растений : 100 семян сорных растений);
1:3 (100 семян лекарственных растений : 300 семян сорных растений);
3:1 (300 семян лекарственных растений : 100 семян сорных растений).
По истечению 7 дней совместного проращивания в чашках Петри семян лекарственных растений: ромашки лекарственной (Matricaria chamomilla L.), полыни горькой (Artemisia absinthium L.), клещевины обыкновенной (Ricinus communis L.), пижмы обыкновенной – (Tanacetum vulgare L.) и сорняков: ярутки полевой (Thlaspi arvense), мари белой (Chenopodium album), щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus), звездчатки средней (Stellaria media) определялась энергия прорастания, морфофизиологические показатели роста корневой системы и надземной части проростков сорняков.
Взаимодействие между семенами лекарственных и сорных растений оценивалось по изменениям энергии прорастания последних (в % к контолю, семена сорняков, проросшие в воде). Наиболее сильным эффект ингибирования прорастания семян сорняков отмечался при их соотношении 3:1 для всех лекарственных растений, исключая клещевину (Рис. 13). Семена клещевины, обладают толстой семенной оболочкой, через которую водные растворы проходят крайне трудно. В её семенах, содержатся вторичные соединения, которые откладываются в эндосперме, внутри которого находятся семядоли, функционирующие впоследствии как зелёные листья проростка. Это не могло не отразиться на переходе вторичных метаболитов из гидрофобной фазы в гидрофильную. Поэтому эффект ингибирования энергии прорастания отмечался лишь для семян щирицы и ярутки полевой и только при соотношениях семян 1:1 и 3:1, а для семян звездчатки при соотношении 1:1.
Наиболее сильный ингибирующий эффект при совместном проращивании, на ярутку оказывали семена ромашки лекарственной: на марь белую – семена пижмы. По силе ингибирования энергии прорастания семян сорняков семена лекарственных растений составили ряд: полынь горькая ромашка лекарственная пижма обыкновенная клещевина обыкновенная.
Сила ингибрования энергии прорастания семян сорных растений метаболитами семян лекарственных видов зависела:
от вида как сорного, так и лекарственного растения;
структуры и химического состава семян лекарственных растений;
восприимчивости к водным компонентам из семян лекрственных растений на сорняки;
исходного соотношения семян лекарственных растений и сорняков.
Всхожесть и начальный период роста проростков
Метаболические изменения на самых ранних этапах прорастания семени регулируются механизмами, которые сформировались и присутствуют в покоящихся семенах или быстро образуются во время набухания. То есть характер биохимических явлений в начале прорастания можно рассматривать как прямое проявление деятельности регуляторных систем, присутствующих в покоящихся семенах. В живых семенах с момента начала набухания постепенно включаются следующие процессы:
возрастает скорость дыхания;
активируется деятельность ферментов;
увеличивается пул АТФ;
возрастает количество нуклеиновых кислот;
происходит гидролиз запасных веществ и осуществляется транспорт метаболитов к зародышу, где синтезируются клеточные компоненты;
возрастает скорость деления и растяжения клеток;
происходит дифференциация клеток, образование тканей и новых органов (Кондратьев и Ларикова. 2011).
Усиление гидратации связано с делением и растяжением клеток в точках роста, так же как и с освобождением гормонов-активаторов, которые стимулируют образование ферментов и их активность, а также ингибиторов. При набухании сырой вес семени возрастает, а сухая масса, вследствие окисления субстратов и некоторой их утечки из семени в окружающую среду, -уменьшается. В дальнейшем, когда появляются зародышевые корни и начинается процесс поглощения элементов минерального питания, а части побега становятся фотосинтетически активными, сухая масса проростка возрастает, достигает исходного уровня, а затем начинает превосходить первоначальный вес семени.
Активная жизнеспособность семян сорных растений определяется процентом всхожих семян при оптимальной температуре. Пассивная (скрытая, потенциальная) жизнедеятельность семян выражается процентом семян, не взошедших при оптимальной температуре среды проращивания.
Для роста необходимо непрерывное снабжение развивающегося организма водой и метаболитами (гетеротрофный период развития). То есть, прежде чем зародыш станет автотрофным проростком, он использует запасные вещества эндосперма и собственные запасы питательных веществ. Этот этап развития организма связан с характерными ультраструктурными изменениями, к числу которых относятся:
начало делений и дифференциации клеток;
изменение структуры мембран;
изменение числа и структуры органелл.
В нашем исследовании негативный эффект, оказанный семенами лекарственных растений на энергию прорастания семян сорняков, в дальнейшем отразился на ростовых показателях 7-дневных проростков сорных растений (Рис. 14).
Биотестирование водных вытяжек из семян лекарственных растений на рост проростков сорняков
Энергия прорастания характеризует дружность и быстроту прорастания семян, примерно, в течение 3-5 суток. Под лабораторной всхожестью семян понимается количество (в %) нормально проросших семян в течение 7-10 дней в пробе, взятой для анализа. Этот показатель даёт представление о реальной возможности появления всходов сорняков в полевых условиях. Своевременное прорастание семян сорных растений в агрофитоценозах является важным фактором выживания их всходов и последующего размножения и находится в значительной мере в соответствии с развитием засоряемых ими сельскохозяйственных культур.
В прорастающем семени выделяют две основные зоны активности: область запасных веществ (эндосперм, семядоли) и область роста (зародыш). Первая зона характеризуется преимущественно процессами диссимиляции (катаболизма), главным образом реакциями гидролиза
Образовавшиеся в результате гидролиза метаболиты переносятся затем в зоны роста зародыша. Сахара, жирные кислоты и глицерол могут служить субстратами дыхания как в зоне запасных веществ, так и в области роста, а энергия (АТФ) и «восстановительная сила» (НАД Н + Н+, ФАДН2), а также ацетил КоА могут быть использованы и в реакциях синтеза (анаболизма). Отсюда, представлялось весьма важным исследовать эффект втроичных метаболитов лекарственных растений на этапы обмена веществ в гетеротрофный период формирования органов проростков сорных растений (Рис. 24 и 25).
По истечении 7 дней (этап всхожести) после пребывания семян сорных растений в растворах, полученных путём экстракции водой интактных семян лекарственных растений, негативный эффект содержащихся в них вторичных соединений существенно отразился на удлинении зародышевых корней (Рис. 24). По силе воздействия на рост корней проростков семян сорняков лекарственные растения составили ряд: ромашка лекарственная пижма обыкновенная полынь горькая клещевина обыкновенная. Наиболее восприимчивыми к действию экстрактов из семян ромашки оказались корни проростков мари белой, звездчатки средней и щирицы запрокинутой; из семян пижмы - корни проростков мари белой, щирицы запрокинутой; из семян полыни горькой - корни проростков звездчатки средней, щирицы запрокинутой; из семян клещевины - щирицы запрокинутой.
При рассмотрении эффектов разбавлений исходной вытяжки выявилось, что ингибирующее действие на рост корней проростков сорных растений (по сравнению с контролем) при разбавлении 1:1 для ромашки лекарственной находится в интервале от 53,2 до 83,3%, для пижмы обыкновенной – от 45 до 74,3%, для полыни горькой – от 28,6 до 65,1%. Стимулирующий эффект под действием аллелохимикалий (явление, обнаруженное еще в 60 годы прошлого века), встречается и обсуждается реже, чем ингибирование. В нашем исследовании компоненты водной вытяжки из семян клещевины при разбавлении маточного раствора 1:2, 1:4 и 1:8 существенно активировали рост корней проростков звездчатки средней и ярутки полевой (Рис. 24).
Ингибирующее действие водных вытяжек из семян лекарственных растений на удлинении гипокотилей проростков сорняков проявилось несколько слабее, чем на удлинение зародышевых корней (Рис. 24). По-видимому, это связано с медленным перемещением поглощённых вторичных метаболитов из корней в надземную часть.
Виды сорных растений существенно различались по силе ответных реакций на действие ингибиторов лекарственных растений. Так, вторичные компоненты водной вытяжки из семян ромашки лекарственной особенно негативно отражались на удлинении гипокотилей проростков ярутки полевой и в несколько меньшей степени на гипокотилях других видов сорняков. Ингибиторы водных вытяжек из семян пижмы обыкновенной существенно подавляли рост гипокотиля проростков звездчатки средней и ярутки полевой; ингибиторы, содержащиеся в вытяжке из семян полыни обыкновенной уменьшали длину гипокотилей мари белой при разбавлении маточного раствора 1:1 – в 6 раз, а при разбавлении 1:8 – в 2 раза (Рис. 25). Ингибиторы водной вытяжки из семян клещевины негативно отражались на росте гипокотилей проростков ярутки полевой и звездчатки средней.
Таким образом, выявленная нами ингибиторная (аллелопатическая) активность водных растворов из семян лекарственных растений - это лишь очень незначительная часть эффектов тех соединений, которые содержатся в лекарственных растениях и извлекаются жёсткими методами, такими, как экстракция гидрофобными растворителями (бензолом, петролейным эфиром, ксилолом, хлороформом), гидрофильными растворителями (метанолом, этанолом, ацетоном), кипячением растительного материала в воде, экстракцией в аппарате Сокслета, азеотропной перегонкой под вакуумом и т.д. В этой связи, выявленная нами ингибиторная активность вторичных соединений, содержащихся в водных растворах и испытанных приближённо к естественным условиям прорастания семян и роста проростков видов сорных растений может объясняться действием преимущественно растворимыми в воде химическими компонентами фенолкарбоновых кислот (каприловой, изовалериановой, хлорогеновой, кофейной и др.), таннинов, гликозидов флавоноидов, некоторых терпеноидов и кумаринов, солями алкалоидов, слизями.
Основываясь на выше отмеченном, представлялось целесообразным выявить ингибиторную способность надземной массы сорняков, заделанную в почву и подвергшейся разложению микроорганизмами, на прорастание семян и рост растений сорняков.