Аллелопатическая активность семян костреца безостого с масличными культурами

УДК 633.262:633.85:581.524.1

Аллелопатическая активность семян костреца безостого с масличными культурами

Епифанова И. В., кандидат сельскохозяйственных наук

ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур»

170041, Россия, г. Тверь, Комсомольский пр-т, д. 17/56

E-mail: i.epifanova.pnz@fnclk.ru

Опыты проводили в двух закладках в 2019–2020 годах на базе обособленного подразделения ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур» в Пензенской области. Новизна исследований заключается в том, что впервые изучалось аллелопатическое взаимодействие растений костреца безостого с широким набором масличных культур. Цель работы — изучить аллелопатический эффект в начальные этапы онтогенеза растений. В задачи исследования входило выделение культур с положительным и негативным воздействием на рост и развитие проростков костреца безостого. Объектами исследований служили кострец безостый Пензенский 1, сафлор красильный Александрит, горчица сарептская Люкс, рапс яровой Таврион, конопля Надежда, сурепица яровая Искра, горчица белая Люция, крамбе абиссинская Полёт, гвизоция абиссинская Медея, редька масличная Фиолина, нигелла дамасская Ялита, гибрид подсолнечника P63 LE 10 (XF 3020), озимый рыжик Барон, яровой рыжик Велес, лён масличный Исток. Оценка аллелопатической активности проведена с использованием метода, который предусматривает проращивание семян растений с последующим вычислением процента всхожести. На начальных этапах онтогенеза негативное аллелопатическое воздействие на количество полноценных всходов костреца безостого Пензенский 1 оказывали конопля Надежда (–4,5% к контролю) и сурепица яровая Искра (–12,6% к контролю). Положительное влияние на прорастание и развитие проростков костреца оказывали сафлор красильный Александрит (+8,8% к контролю) и лён масличный Исток (+7,5 % к контролю). Длина проростков костреца достоверно была выше в варианте с льном масличным Исток — 6,19 см (+0,77 см к контролю). Существенное снижение наблюдалось в вариантах с горчицей сарептской, нигеллой дамасской, горчицей белой, рыжиком озимым, подсолнечником, рапсом яровым, рыжиком яровым, сурепицей яровой и коноплёй — от 4,37 до 2,66 см (от –1,05 до –2,76 см).

Ключевые слова: кострец безостый, аллелопатия, масличные культуры, проращивание, фазы онтогенеза, всхожесть.

Существенное воздействие на рост и развитие растений оказывают условия внешней среды. Одним из основных моментов взаимного влияния в биоценозах является аллелопатия. Выраженность и направленность такой формы взаимовлияния компонентов агрофитоценоза в значительной мере определяет как степень обилия сорняков и их вредоносность, так и уровень продуктивности возделываемой культуры (Патент № 2131654, 1999; Семёнова, Смирнов, Фадеева, 2008; Семёнова и др., 2011; Шевчук, Агурова, 2017; Поляк, 2019).

По мнению ряда авторов, перспективным направлением исследований является использование феномена аллелопатии для увеличения урожая, создания устойчивых культур и контроля за сорной растительностью (Einerlingetal, 1995; Beneduzietal, 2012; Shah, Iqbal, 2016; Ferreira, Reinhard, 2016).

Изучение аллелопатии преимущественно в лабораторных, контролируемых условиях обусловлено тем, что в природных биоценозах на этот процесс одновременно влияют многие биотические и абиотические факторы, что затрудняет интерпретацию полученных результатов (Ferreira, Reinhard, 2016; Ehlers, 2011).

Было установлено наличие стимулирующих и ингибирующих биохимических взаимодействий между семенами растений на ранних стадиях роста и развития при совместном проращивании (Патент № 2131654, 1999; Рахметов, 2005).

В лабораторных условиях выявлено максимальное угнетение всхожих семян в смесях люцерна × райграс, люцерна × кострец и слабая степень подавления — в смесях овсяница × райграс, эспарцет × райграс (Инкина, 2005).

По данным учёных Иркутской ГСХА, кострец безостый проявляет себя как типичный виолент, оказывая отрицательное влияние на растения биотесты — семена пшеницы и редьки масличной. Всхожесть костреца безостого в присутствии козлятника восточного была ниже на 34,3%, небольшое угнетение на прорастание семян костреца наблюдалось со стороны пшеницы (Мартемьянова, 2020).

В условиях Ростовской области наибольшее суммарное содержание фенольных веществ, определяющих напряжённость в агрофитоценозах, отмечено в посевах клевера лугового и костреца безостого — 0,60 мг/100 г почвы (Комарова, 2006).

В связи с активным внедрением новых масличных культур в научные и производственные посевы возникла необходимость в проведении данных исследований.

Новизна наших исследований заключается в том, что впервые изучалось аллелопатическое взаимодействие семян костреца безостого с широким набором известных и новых нетрадиционных масличных культур.

Цель нашей работы — изучить аллелопатическое взаимодействие на начальных этапах онтогенеза растений костреца безостого Пензенский 1 с масличными культурами.

В задачи исследования входило:

1. выделить культуры с положительным воздействием на всхожесть семян и развитие проростков костреца безостого;

2. выявить культуры с негативным воздействием.

Методика исследований. Объектами наших исследований служили кострец безостый сорта Пензенский 1 (Bromopsis inermis L.), сафлор красильный Александрит (Сarthamus tinctorius L.), горчица сарептская Люкс (Sinapis juncea L.), рапс яровой Таврион (Brassica napus L.), конопля Надежда (Cаnnabis sativa L.), сурепица яровая Искра (Brassica campestris L.), горчица белая Люция (Sinapis alba L.), крамбе абиссинская Полёт (Crambe abyssinica L.), гвизоция абиссинская Медея (Guisoce abyssinica L.), редька масличная Фиолина (Raphanus sativa L.), нигелла дамасская Ялита (Nigella damaskena L.), гибрид подсолнечника P63 LE 10 (XF 3020) (Helianthus annuus L.), озимый рыжик Барон (Camelina silvestris sativa L.), яровой рыжик Велес (Camelina sativa L.), лён масличный Исток (Linumus itatissimum L.).

Опыты проводили в двух закладках в 2019–2020 годах на базе обособленного подразделения ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур» в Пензенской области. Оценка аллелопатической активности проведена с использованием метода, который предусматривает проращивание семян растений с последующим вычислением процента всхожести как косвенного показателя степени аллелопатического воздействия (Патент № 2131654, 1999).

При проведении данных исследований брали четыре пробы семян (50 шт.) костреца, замачивали в течение 20 мин в тёплой воде (35–40ºС) и помещали в чашки Петри в шахматном порядке на увлажнённой фильтровальной бумаге, равномерно распределяя по поверхности с семенами второй изучаемой культуры. Проращивание проводили в термостате при температуре 27±1ºС в течение 7 суток. Учитывали число семян и проростков на разных стадиях онтогенеза с измерением длины корешка, стебля и листа. На основании этого делали заключение об активности изучаемых культур согласно предложенной градации уровня аллелопатического взаимодействия: до 5% — очень слабая, 5–10% — слабая, 11–25% — средняя, 26–50% — сильная, свыше 50% отклонений от контроля — очень сильная (Семёнова, 2008).

В нашей работе была использована шкала аллелопатичекого воздействия, предложенная другими авторами, и согласно данной методике существует положительное, отрицательное и нейтральное взаимовлияние (Shah и др., 2016).

Результаты исследований. При проведении оценки аллелопатического взаимодействия в период прорастания семян заметно проявилось различное влияние изучаемых сельскохозяйственных культур (табл. 1).

В ходе исследований установлено угнетение роста и развития костреца безостого в варианте с коноплёй Надежда, взятой в качестве второй культуры (количество развитых растений было на 14,5% (абсолютных) ниже, чем в контроле (чистый кострец), и сурепицей яровой Искра (–12,6% к контролю), что говорит о средней степени агрессивности. Слабая степень подавления отмечена при совместной закладке костреца безостого с гибридом подсолнечника P63 LE 10 (XF 3020) (–8,8% к контролю) и рыжиком озимым Барон (–5,7% к контролю), очень слабая, но достоверная — с рыжиком яровым Велес, рапсом яровым Таврион, нигеллой дамасской Ялита (–5,0% к контролю). Существенная степень стимуляции выявлена при использовании сафлора красильного Александрит (+8,8% к контролю), льна масличного Исток (+7,5% к контролю) и слабая достоверная — при использовании гвизоции абиссинской Полёт (+5,0% к контролю).

Аллелопатическая активность масличных культур в отношении семян костреца безостого Пензенский 1

Вторая культура в опытах	Формирующиеся проростки костреца, %		Среднее	Отклонение от контроля, ±% (абсолютных)	Непроросшие семена костреца, %	Степень угнетения или стимуляции
Вторая культура в опытах	опыт № 1	опыт № 2	Среднее	Отклонение от контроля, ±% (абсолютных)	Непроросшие семена костреца, %	Степень угнетения или стимуляции
Кострец Пензенский 1 (контроль)	80	79	79,5	–	21,5	–
Сафлор красильный Александрит	86	87	86,5	+8,8	13,5	Слабая
Лён масличный Исток	86	85	85,5	+7,5	14,5	Слабая
Гвизоция абиссинская Медея	83	84	83,5	+5,0	16,5	Очень слабая
Редька масличная Фиолина	78	82	80,0	–0,6	20,0	Очень слабая
Горчица белая Люция	78	77	77,5	–2,5	22,5	Очень слабая
Крамбе абиссинская Полёт	80	74	77,0	–3,2	23,0	Очень слабая
Горчица сарептская Люкс	80	74	77,0	–3,2	23,0	Очень слабая
Рыжик яровой Велес	75	76	75,5	–5,0	24,5	Очень слабая
Рапс яровой Таврион	75	76	75,5	–5,0	24,5	Очень слабая
Нигелла дамасская Ялита	77	74	75,5	–5,0	24,5	Очень слабая
Рыжик озимый Барон	78	72	75,0	–5,7	25,0	Слабая
Подсолнечник Р 63 LE 10 XF 3020	73	72	72,5	–8,8	27,5	Слабая
Сурепица яровая Искра	71	68	69,5	–12,6	30,5	Средняя
Конопля Надежда	70	66	68,0	–14,5	32,0	Средняя
НСР₀₅	3,7	3,4	3,5

Очень слабое, несущественное угнетение оказывали крамбе абиссинская Полёт, горчица сарептская Люкс (–3,2% к контролю) и горчица белая Люция (–2,5%).

В нашей работе анализ аллелопатического взаимодействия проводился по трём стадиям развития проростков костреца безостого: образование корешка, появление зародышевого стебля, формирование листа.

В среднем за 2 года существенное превышение длины стебля выявлено в вариантах с редькой масличной Фиолина, сафлором красильным Александрит и крамбе абиссинской Полёт — 1,70–1,75 см (от +0,28 до +0,33 см к контролю) (табл. 2). Существенно ниже — в вариантах с сурепицей яровой Искра — 0,64 см (–0,78 к контролю) и коноплёй Надежда — 0,96 см (–0,46 см к контролю).

Длина корешка была достоверно выше в варианте с льном масличным Исток — 3,54 см (+0,40 см), на уровне с контролем — с гвизоцией абиссинской Медея — 2,96 см, сафлором красильным Александрит — 2,80 см, крамбе абиссинской Полёт — 2,79 см (от –0,18 до –0,35 см к контролю). Варианты с остальными культурами показали существенное снижение.

Длина листа была существенно больше в вариантах с гвизоцией абиссинской Медея и льном масличным Исток — 0,98 и 1,03 см (+0,12 и +0,17 см контролю), на уровне с контролем — варианты с редькой масличной Фиолина, крамбе абиссинской Полёт, сафлором красильным Александрит — 0,78–0,91 см (от –0,08 до +0,05 см). Достоверное снижение отмечено в вариантах с остальными культурами.

Длина проростков костреца безостого Пензенский 1 при совместной закладке с масличными культурами, см

Вторая культура в опытах	Год исследований						В среднем
	2019 (опыт № 1)			2020 (опыт № 2)			В среднем
	стебель	корень	лист	стебель	корень	лист	стебель	корень	лист
Кострец (контроль)	1,53	3,36	0,93	1,30	2,92	0,79	1,42	3,14	0,86
Лён масличный Исток	1,74	3,77	1,10	1,51	3,30	0,96	1,61	3,52	1,03
Гвизоция абиссинская Медея	1,64	3,15	1,05	1,49	2,76	0,92	1,56	2,96	0,98
Сафлор красильный Александрит	1,88	2,98	0,97	1,63	2,61	0,85	1,75	2,79	0,91
Крамбе абиссинская Полёт	1,90	3,00	0,97	1,61	2,60	0,85	1,75	2,79	0,91
Редька масличная Фиолина	1,83	2,37	0,83	1,58	2,08	0,73	1,70	2,22	0,78
Горчица сарептская Люкс	1,67	2,22	0,78	1,44	1,95	0,68	1,55	2,08	0,73
Горчица белая Люция	1,42	2,41	0,77	1,23	2,12	0,67	1,32	2,26	0,72
Подсолнечник Р 63 LE 10 XF 3020	1,47	2,48	0,79	1,23	2,07	0,66	1,35	2,28	0,72
Рапс яровой Таврион	1,30	2,12	0,71	1,13	1,85	0,62	1,21	1,98	0,66
Нигелла дамасская Ялита	1,54	1,97	0,70	1,33	1,72	0,61	1,43	1,84	0,65
Рыжик озимый Барон	1,26	2,10	0,67	1,09	1,84	0,59	1,17	1,97	0,63
Рыжик яровой Велес	1,48	1,65	0,62	1,28	1,44	0,54	1,38	1,54	0,58
Сурепица яровая Искра	0,69	1,94	0,52	0,60	1,70	0,46	0,64	1,82	0,49
Конопля Надежда	1,03	1,34	0,47	0,89	1,17	0,41	0,96	1,25	0,44
НСР₀₅	0,29	0,41	0,10	0,23	0,35	0,08	0,26	0,38	0,09

В целом по длине проростка достоверный рост — в варианте с льном масличным Исток — 6,19 см (+0,77 см к контролю), на уровне с контролем — варианты с гвизоцией абиссинской, сафлором красильным, редькой масличной и крамбе абиссинской. Существенное снижение наблюдалось в вариантах с горчицей сарептской, нигеллой дамасской, горчицей белой, рыжиком озимым, подсолнечником, рапсом яровым, рыжиком яровым, сурепицей яровой и коноплёй — от 4,37 до 2,66 см (от –1,05 до –2,76 см).

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур».

Заключение. 1. Негативное аллелопатическое воздействие на начальных этапах онтогенеза на количество полноценных всходов костреца безостого оказывали конопля (–14,5% к контролю) и сурепица яровая (–12,6% к контролю).

2. Сафлор красильный и лён масличный оказывали стимулирующее воздействие на прорастание и развитие проростков костреца безостого (+8,8 и 7,5% к контролю).

3. В целом по длине проростка достоверный рост — в варианте с льном масличным Исток — 6,19 см (+0,77 см к контролю). Существенное снижение наблюдалось в вариантах с горчицей сарептской, нигеллой дамасской, горчицей белой, рыжиком озимым, подсолнечником, рапсом яровым, рыжиком яровым, сурепицей яровой и коноплёй — от 4,37 до 2,66 см (от –1,05 до –2,76 см).

Литература

1. Инкина Е. А. Взаимодействие в бобово-злаковых агрофитоценозах в степной зоне Окско-Донской низменности: автореф. дис. … канд. биол. наук. — Балашов, 2005. — 20 с.

2. Комарова Е. М. Аллелопатические свойства растительных доминант в оптимизированных высокопродуктивных луговых агрофитоценозах Нижнего Дона: автореф. дис. … канд. биол. наук. — Ростов-на-Дону, 2006. — 26 с.

3. Мартемьянова А. А. Оценка взаимного влияния семян многолетних трав при совместном проращивании / А. А. Мартемьянова, Ш. К. Хуснидинов // Вестник ИРГСХА. — 2020. — № 96. — С.42–49.

4. Семёнова Е.Ф. Аллелопатия как фактор биотестирования культур в севооборотах со льном / Е. Ф. Семёнова, А. А. Смирнов, Т. М. Фадеева // Достижения науки и техники в АПК. — 2008. — № 3. — С.24–25.

5. Аллелопатическая оценка льна культурного / Е. Ф. Семёнова, Е. В. Преснякова, Н. А. Морозкина, Т. М. Фадеева // Масличные культуры: научно-технический бюллетень ВНИИ масличных культур. — Краснодар: ВНИИМК, 2011. — Вып. 1 (146–147). — С.43–49.

6. Поляк Ю. М. Аллелопатические взаимодействия растений и микроорганизмов в почвенных экосистемах / Ю. М. Поляк, В. И Сухаревич // Успехи современной биологии. — 2019. — Т. 139. — № 2. — С.147–160.

7. Рахметов Д. Б. Роль аллелопатии в агрофитоценозах / Д. Б. Рахметов // Зерно. — 2012. — № 11. — С.29–32.

8. Шевчук О. М. Некоторые аллелопатические свойства технических культур, перспективных для производства биодизеля / О. М. Шевчук, И. В. Агурова // Сборник научных трудов конференции «Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития». — Ростов-на-Дону, 2017. — С.485–489.

9. Патент № 2131654 РФ, МПК A01C 1/02. Способ оценкиаллелопатической активности / А. П. Стаценко, О. А Тимошкин, А. А. Галиулин. № 98105484/13; заявлено 16.03.1998; опубликовано 20.06.1999.

10. Beneduzi A. Plantgrowth promotingrhizobacteria (PGPR): Their potential as antagonists and biocontrol agents / A. Beneduzi, A. Ambrosini, L. M. P. Passaglia // Gen. Mol. Biol. — 2012. — Vol. 35. 4 (Suppl). — P.1044–1051.

11. Allelopathy: current status and future goals / F. A. Einhellig, E. Inderjit, K. M. Dakshini., D. C. Washington // Allelopathy: organisms, processes, and applications DC: Am. Chem. Society, 1995. — P.1–24.

12. Ehlers B. K. Soil microorganisms alleviate the allelochemical affects of a thyme monoterpene on the performance of an associated grass species / B. K. Ehlers // PLoS One. — 2011. — Vol. 6. — P. 26321.

13. Ferreira M. I. Allelopathic weed suppression in agroecosystems: A review of theories and practices / M. I. Ferreira, C. F. Reinhard // African Journal of Agricultural Research. — 2016. — Vol. 11 (6). — P.450–459. Doi: 10.5897/AJAR2015.10580.

14. Allelopathic potential of oil seed crops in production of crops: a review / A. N. Shah, J. Iqbal, A. Ullah et al. // Environmental Science and Pollution Research. — 2016. — No. 23. — P.14854–14867. Doi 10.1007/s11356-016-6969-6.

Allelopathic activity of smooth brome seeds with oil crops

Epifanova I. V., PhD Agr. Sc.

Federal Research Center of Fiber Crops

170041, Russia, Tver, Komsomolsky prospect, 17/56

E-mail: i.epifanova.pnz@fnclk.ru

The investigation was carried out in 2019–2020 at the Federal Research Center of Fiber Crops in the Penza region. For the first time allelopathy of wide number of oil crops was analyzed when growing with smooth brome. The aim was to evaluate the effect of allelopathy at early plant ontogenesis and determine plants having beneficial or detrimental effects on smooth brome seedlings. The objects of the study were smooth brome “Penzenskiy 1”, safflower “Aleksandrit”, brown mustard “Lyuks”, spring rapeseed “Tavrion”, hemp “Nadezhda”, spring cress “Iskra”, white mustard “Lyutsiya”, Abyssinian mustard “Polet”, noog “Medeya”, oil radish “Fiolina”, ragged lady “Yalita”, sunflower hybrid P63 LE 10 (XF 3020), winter camelina “Baron”, gold-of-pleasure “Veles”, flax “Istok”. To determine positive or negative effect the germination ability was tested. Hemp and spring crees negatively affected smooth brome in the beginning of its ontogenesis (–4.5 and –12.6%, respectively). Safflower and flax had positive effect on smooth brome (+8.8 and +7.5 %, respectively). The length of smooth brome seedlings was significantly higher when seeding with flax — 6.19 cm (+0.77 cm). Brown mustard, ragged lady, white mustard, winter camelina, sunflower, spring rapeseed, gold-of-pleasure, spring cress and hemp significantly reduced seedling length — from 4.37 to 2.66 cm (from –1.05 to –2.76 cm).

Keywords: smooth brome, allelopathy, oil crops, germination, ontogenesis stage, germination ability.

References

1. Inkina E. A. Vzaimodeystvie v bobovo-zlakovykh agrofitotsenozakh v stepnoy zone Oksko-Donskoy nizmennosti: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. — Balashov, 2005. — 20 p.

2. Komarova E. M. Allelopaticheskie svoystva rastitelnykh dominant v optimizirovannykh vysokoproduktivnykh lugovykh agrofitotsenozakh Nizhnego Dona: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. — Rostov-na-Donu, 2006. — 26 p.

3. Martemyanova A. A. Otsenka vzaimnogo vliyaniya semyan mnogoletnikh trav pri sovmestnom prorashchivanii / A. A. Martemyanova, Sh. K. Khusnidinov // Vestnik IRGSKhA. — 2020. — No. 96. — P.42–49.

4. Semenova E. F. Allelopatiya kak faktor biotestirovaniya kultur v sevooborotakh so lnom / E. F. Semenova, A. A. Smirnov, T. M. Fadeeva // Dostizheniya nauki i tekhniki v APK. — 2008. — No. 3. — P.24–25.

5. Allelopaticheskaya otsenka lna kulturnogo / E. F. Semenova, E. V. Presnyakova, N. A. Morozkina, T. M. Fadeeva // Maslichnye kultury: nauchno-tekhnicheskiy byulleten VNII maslichnykh kultur. — Krasnodar: VNIIMK, 2011. — Is. 1 (146–147). — P.43–49.

6. Polyak Yu. M. Allelopaticheskie vzaimodeystviya rasteniy i mikroorganizmov v pochvennykh ekosistemakh / Yu. M. Polyak, V. I Sukharevich // Uspekhi sovremennoy biologii. — 2019. — Vol. 139. — No. 2. — P.147–160.

7. Rakhmetov D. B. Rol allelopatii v agrofitotsenozakh / D. B. Rakhmetov // Zerno. — 2012. — No. 11. — P.29–32.

8. Shevchuk O. M. Nekotorye allelopaticheskie svoystva tekhnicheskikh kultur, perspektivnykh dlya proizvodstva biodizеlya / O. M. Shevchuk, I. V. Agurova // Sbornik nauchnykh trudov konferentsii “Promyshlennaya botanika: sostoyanie i perspektivy razvitiya”. — Rostov-na-Donu, 2017. — P.485–489.

9. Patent № 2131654 RF, MPK A01C 1/02. Sposob otsenkiallelopaticheskoy aktivnosti / A. P. Statsenko, O. A Timoshkin, A. A. Galiulin. № 98105484/13; zayavleno 16.03.1998; opublikovano 20.06.1999.

10. Beneduzi A. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): Their potential as antagonists and biocontrol agents / A. Beneduzi, A. Ambrosini, L. M. P. Passaglia // Gen. Mol. Biol. — 2012. — Vol. 35. 4 (Suppl). — P.1044–1051.

12. Ehlers B. K. Soil microorganisms alleviate the allelochemical effects of a thyme monoterpene on the performance of an associated grass species / B. K. Ehlers // PLoS One. — 2011. — Vol. 6. — P. 26321.