Статья опубликована в №30 (февраль) 2016
Разделы: Биотехнологии
Размещена 16.02.2016. Последняя правка: 19.02.2016.
Просмотров - 2500

ВЛИЯНИЕ АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНОВ СОРГО НА САХАРНУЮ СВЕКЛУ

Сторожик Лариса Ивановна

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины

Заведующая сектором семеноводства биоэнергетических культур

Войтовская Виктория Ивановна, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая сектором семеноводства свитчграсса, Недяк Татьяна Николаевна, научный сотрудник отдела генетики Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины

УДК 573.6:581.143.6:635

Конструирование устойчивых высокопродуктивных агрофитоценозов - актуальная задача, решение которой является важным для развития сельского хозяйства страны. Для этого необходимо установить механизмы алелопатического действия различных культур в ценозах, выяснить закономирности взаимовлияния растений через выделение различных веществ в почву и исследовать их роль в развитии растениеводства.

Установлено, что каждое растение в ценозе выступает в роли продуцента, донора физиологически активных веществ и их потребителя, акцептора или реципиента. В соответствии с этим А.М. Гродзинский выделяет аллелопатичную активность, то есть способность создавать прямым или косвенным путем защитную биохимическую сферу и аллопатическую толерантность или комплексную выносливость растений к коленам (физиологически активных веществ, которые выделяются высшими растениями в среду и подавляют другие виды высших растений). Использование этих закономерностей способствует повышению производительности обеих культур [1,2].

На современном этапе аллелопатия - это взаимное химическое воздействие совместно существующих организмов, которые выделяют в окружающую среду продукты своей жизнедеятельности (фитоциды, колины, эфирные масла) [1,2].

Алелохимикаты существенно влияют на растительные сукцессии и их видовой состав. К тому же химические выделения могут влиять как положительно, так и отрицательно. Сегодня существует большой объем информации по ингибирующей способности растений одного вида относительно растений другого вида. Это позволило ученым сформулировать классические понятия, в частности, «алелопатическая активность» - способность растений накапливать вокруг себя токсические соединения, которые получили название колины (по другим названием антибиотики)  и «толерантность» - способность растений стойко переносить повышенные концентрации колинов или даже испытывать потребность в них [3,4].

В естественных условиях происходит постепенное накопление аллелопатически активных веществ до токсического уровня, при котором замедляется рост растений-доноров и соответственно выделение ими колины. Таким образом, в агрофитоценозе формируется определенный средний уровень колинов с отклонениями в тот или другую сторону.

Несмотря на высокую степень контроля человека над агрофитоценозами, аллелопатия играет не менее важную роль, чем в естественных группировках. В отличие от растительных природных группировок, состоящих из многокомпонентных более или менее сбалансированных видов, посев  состоит из одного, реже - из двух или трех компонентов. Поэтому здесь значительно больше опасность одностороннего накопления физиологически активных устойчивых метаболитов (фитоциды, колины, эфирные масла) [5,6].

Растения в составе своих клеток из которых состоят различные органы — корень, листья, стебель, цветки и семена, содержат разнообразнейшие органические и минеральное соединения. В процессе жизнедеятельности они выделяются в почву воздух и воду. К ним  могут быть отнесены эфирные масла, алкалоиды, кумарины, фенольные соединения.

Наиболее существенную роль в физиолого-биохимическом взаимодействия играют устойчивые фенольные ингибиторы типа тианина, хлорогеновая, елдаговая, оксибензольна и особенно паракумаринова кислоты.

Поэтому, целью нашей работы было: изучение влияния аллелопатически активных веществ, полученных из  вегетативных и генеративных органов сорго сахарного на тест-объект - сахарную свеклу invitro.

Материалы и методика исследований Исследования проводили в Институте биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной  академии аграрных наук Украины.

Получали экстракты из генеративных и вегетативных органов сорго сахарного гибрида  Медовый по методике Ермакова [7].

В качестве тест объекта были избраны клоны in vitro сахарной  свеклы гибрида Украинский МС 97.

Для клонирования  использовали агаризированную питательную среду по прописи Мурасиге и Скуга с модификациями [8,9].

Растения культивировали в термальных помещениях при температуре 24±2°С, освещении 3000-4000 лк, относительной влажности 65-70 % и 16 часовом фотопериоде.

Материалы и инструменты, посуду, питательные среды готовили по общепринятым  методикам [9,10,11,12,13].

Опыт 1. Влияние аллелопатически активных вещества сахарного сорго на сахарную свеклу in vitro  

1. Питательная среда без экстрактов (контроль);

2. Питательная среда с экстрактом семян;

3. Питательная среда с экстрактом листьев;

4. Питательная среда с экстрактом стебля;

5. Питательная среда с экстрактом корней.

Повторность опыта – 10 кратная, количество растений – 50 штук.

Для приготовления экстрактов измельчали генеративные и вегетативные части сорго сахарного (рис. 1).  

         

а)   измельченные семена                                                 б)измельченные листья

       

в)  измельченные стебли                                                                         г) измельченные  корни

Рис. 1.Измельченные генеративные и вегетативные органы сорго сахарного

Измельченные части сорго сахарного помещали в емкости и заливали дистиллированной водой  100 мл. Для получения экстрактов использовали методику Ермакова, но при измельчении семян использовали кофемолку, а не песок. Приготовленные емкости ставили на шейкер с водяною баней на 60 мин., а потом снимали и охлаждали (рис. 2.).

Рис. 2. Приготовление экстрактов (после шейкера) из регенативных и вегетативных частей сахарного сорго.

Далее проводили фильтрацию экстрактов (рис.3).

Рис. 3. Экстракты после фильтрации для введения в питательные среды.

Результаты исследований. Установлено, чтовещества ингибирующего действия локализуються в большей части в семенах и листьях, а незначительная их часть – в корнях и стеблях сорго сахарного.

Экстракты приготовленные из генеративных и вегетативных органов сорго это продукт, который содержит биологически активные компоненты растительного происхождения (алкалоиды, гликозиды, эфирные масла, дубильные вещества и др.). Вместе с действующими веществами, экстракты всегда содержат и сопутствующие компоненты (сахара, крахмал и др.), которые могут быть как фармакологически индифферентными, так и побочно брать активное участие в процессе ускорения или замедления всасывания компонентов, а иногда и быть причиной нежеланного побочного эффекта. Следует отметить, что сопутствующих веществ в процентном соотношении было мало и значительного влияния на тест объект они не имели (табл.1.).

Исследователями установлено, что фенольные соединения, которые содержатся в различных растениях в виде гликозидов или в свободном состоянии соответствуют количеству от 0,1 до 7 %.

Нами установлено, что наибольшее количество гликозидов сорго содержится в семенах -35 %, а дубильных  веществ, всего 5,7 %. Почти равное  количество - 15 и 20 % гликозидов содержится в листьях и стеблях, а также  в них содержится и 15 и 35 % сахара, в корнях сорго содержится 3 % гликозидов, а дубильных веществ - 5 %.

Полученные экстракты из различных органов сорго сахарного вводили в агаризированную питательную среду по прописи Мурасиге и Скуга с модификациями. В последующем на приготовленную среду согласно опыта 1, который описан в методике, высаживали клоны in vitro  тест-объекта (рис.4).  

Рис. 4. Тест-объект, высажен на питательную среду с экстрактами из генеративных и вегетативных органов сорго сахарногоinvitro

Для изучения аллелопатической активности экстрактов из генеративных и вегетативных органов сорго сахарного invitro были сняты биометрические показатели сорго на 7; 14 и 21 день после посадки тест-объекта (табл.2).

Общее состояние растений было оценено в  баллах по условной пяти-  бальной шкале:

5,0 - растения зеленые с  вновь образованными почками;

4,0 - пожелтение нижних листьев, незначительное почкообразование;

3,0 - частичное изменение окраски всего растения и отсутствие  почкообразования; 

2,0 -  изменение окраски растения и частичный некроз;

1,0- некроз 95 % растения.

Результаты исследований показывают, что на 7 день количество вновь образованных почек, как на контроле, так и на исследуемых вариантах варьировало от 1 до 2 штук. Количество листьев и высота растений тест-объекта по вариантам особо не отличались и составляли от 3-5 шт. и 1,6 – 2,0 см соответственно. Общее состояние растений тест-объекта соответствовало от 4,0 до 5,0 баллов, что указывает, что на 7 день алелопатически активные вещества экстрактов не влияют на растение. На 14 день после посадки тест-объекта замечено уменьшение количества (1 шт.) образованных почек на вариантах с экстрактами из семян и корней, по отношению к контрольному варианту, где данный показатель составлял - 2-3 штуки. Данное изменение было также отмечено по количеству листьев и высоте растений. Так, в контрольном варианте данный показатель был- 5-6 шт. и 3,5 см, а на экстрактах из семян - 3 шт. и 1,6 см соответственно и стеблей - 4шт. и 2,0 см. На экстрактах из листьев и стеблей особых изменений не отмечено, но общее состояние растений снизилось с 4,5 до 4,0 баллов. А вот на экстрактах из семян и корней этот показатель снизился с 3,5 до 3,0 балла.

Данные таблицы 2 на 21 день показывают, что на контрольном варианте без экстрактов  количество вновь образованных почек и листьев тест-объкта составляло 4  и 7-8 штук соответственно, высота растений - 5,0 см, а общее состояние - 5,0 балов. На экстрактах из семян и корней данные биометрические показатели соответствовали - 1 и 1 штуки; листья – 3 и 4 штуки; высота – 1,6 и 2,0 см; общее состояние  - 1,0 и 2,0 балла. Влияние экстрактов из листьев и стебля было почти одинаковым (табл. 2).   

Исследования по влиянию экстрактов из генеративных и вегетативных органов  сорго сахарного на 21 день после посадки  тест-объекта показали, что аллелопатически активные вещества приводят к постепенному угнетению тест-объекта, а  в дальнейшем и его гибели. (рис. 5).

       

а) 14 день;                                   б) 21 день.                              

Рис. 5. Постепенное угнетение и гибель тест-объекта на питательной среде с экстрактом из корней сорго сахарного.

Выводы

1. В генеративных и вегетативных органах сорго сахарного содержится достаточное количество аллелопатически активных веществ, которые способны воздействовать на тест-объект.

2. Установлено, что наибольшее количество гликозидов сорго содержится в семенах -35 %,  дубильных  веществ - 5,7 %. в листьях и стеблях - 15-20 % , в корнях сорго содержится 3 % гликозидов, а дубильных веществ - 5 %.

3. Аллелопатически активных вещества из экстрактов различных органов сорго на 7 день после посадки тест-объекта не влияют на растение, а на 14 день установлено уменьшение количества образованных почек на вариантах с экстрактами из семян и корней. На 21 день тест-объект постепенно угнетается, и  в дальнейшем гибнет.

1. Гродзинський А. М. Знову про фітоценотичну роль фізіологічно активних виділень рослин / А. М. Гродзинський // Український ботанічний журнал. – 1983. – Т. 40. – № 4. – С. 1–10. 2. Головко Е. А. Закономірності і парадокси в алелопатії вищих рослин : ретроспективний погляд / Головко Е. А. // Інтродукція рослин. – 2005. – № 3. – С. 88–101.3. Гродзинский, A.M. Аллелопатия растений и почвоутомление /A.M. Гродзинский. - Киев: Наукова думка, 1991. - 430 с. 4. Головко Э. А. Приоритеты аллелопатии в аспекте охраны природы в лесостепной и степной зонах / Головко Э. А. – Самара : Изд-во Самарского ун-та, 1996. – С. 77–87. 5. Einhellig, F.A.Allelopathy: Current status and future goals/ F.A. Einhellig II Allelopathy, organisms, processes, and applications. - Washington, DC: American Chemical Society.-1995.- P. 1-24. 6. Einhellig, F.A. Interaction among allelochemicals and other stress factors of the plant environment I F.A. Einhellig //Allelochemicals, Role in Agriculture and Forestry.- Washington DC: American Chemical Society. - Vol. 330. -1987.- P. 343-357.
9. Zeng, R.S., Mallik, A.U. and Luo, S.M. (2008) Allelopathy in Sustainable Agriculture and Forestry, Springer, XIV, 412 p. 7. Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений/Под редакцией Арасимович В.В. –Ленинград: Агропромиздат, 1987. -430. 8. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений.- М.:Наука, 1983. -86. 9. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе:учебное пособие /Р.Г. Бутенко. М.:ФБК-ПРЕСС, 1999.-160 с. 10. О.А. Авксеньева, В.А. Петренко Биотехнология высших растений:культура in vitro/ Учебно-методическое пособие. –Харьков: ХНУ им. Каразина, 2011. -60 с. 11. Коростилева Н.И. Биотехнология:учебное пособие / Н.И. Коростилева, Т.В. Громова, И.Г. Жукова. –Барнаул::АГАУ, 2006. -127. 12. Редько В.І. Методичні рекомендації по мікроклональному розмноженню цукрових буряків / В.І. Редько, І.І. Ільєнко, Л.Л. Павловська, В.О. Білоус. –Київ, 2007. -10. 13. Ильенко И.И. Микроклональное размножение и сохранение селекционного материала сахарной свеклы в культуре in vitro //Физиология и биохимия культурный растений, 1983. № 4. –С.351-355.

Рецензии:

17.02.2016, 14:45 Чередничок Оксана Ивановна
Рецензия: Уважаемый автор, представленная Вами статья является актуальной. Несмотря на достаточно широкий объем данных полученных при изучении ингибирующего воздействия различных культур в фитоценозах, существуют вопросы требующие дальнейшего изучения и уточнения. Безусловно, позитивным моментом данной работы является комплексный подход при изучении влияния аллелопатически активных веществ полученных из экстрактов вегетативных и генеративных органов сорго сахарного. Исследования проведены с использованием классических широко применяемых методик, поэтому полученные данные и их оценка не вызывают сомнений. В результате проведенных исследований установлено, что сорго содержит достаточное количество аллелопатически активных веществ оказывающих не только ингибирующее воздействие но и полное угнетение при дальнейшем культивировании тест-объекта. В статье встречаются некоторые стилистические ошибки и опечатки требующие редактирования. В таблице 2 необходимо унифицировать «контроль», либо же оставить контроль без названия т.к. выше подробно описана схема исследования. Так же, в список использованной литературы необходимо включить ссылки на указанные Вами в тексте методики. В целом, считаю, что материалы статьи являются актуальными, и могут быть опубликованы в открытой печати.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий