ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ, ВЫЗЫВАЕМЫХ АЛЛЕЛОПАТИЕЙ, НА МИКРООРГАНИЗМЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ

EVALUATION OF THE EFFECT OF ECOLOGICAL MECHANISMS EXERTED BY ALLELOPATHY ON MICROORGANISMS AND THE ECOLOGICAL ENVIRONMENT

Определение аллелопатии впервые было использовано Молишем в 1937 году, чтобы указать на все эффекты, которые прямо или косвенно являются результатом биохимических веществ, переносимых с одного растения на другое. Термин был уточнен Райсом в 1984 году, для определения «любого прямого или косвенного вредного или благотворного воздействия одного растения (включая микроорганизмы) на другое посредством производства химических соединений, которые попадают в окружающую среду». В 1996 году Международное общество аллелопатии расширило свое определение аллелопатии для обозначения любого процесса, включающего вторичные метаболиты, вырабатываемые растениями, микроорганизмами, вирусами и грибами, которые влияют на рост и развитие сельскохозяйственных и биологических систем.

Исследователи обнаружили, что существует взаимосвязь между ростовыми культурами и почвенными микробами под воздействием аллелохимических веществ или в присутствии аллелопатических растений. Недавние исследования показали, что косвенные эффекты аллелопатии как посредника взаимодействия разных растений были более важными, чем прямые эффекты ингибитора. Химические специфические изменения в почвенных микробах могут вызывать отрицательные обратные связи в почве, болезни и рост растений. Между тем, ризосферные почвенные микробы вносят вклад в аллелопатический потенциал растений благодаря положительной обратной связи. Бактерии могут помочь увеличить ингибирование, активируя нетоксичную форму аллелопатических веществ. Например, негликозилированные соединения могут быть модифицированы после высвобождения из растений и стать более токсичными. Тем не менее, бактерии могут также помочь восприимчивым растениям переносить биотический стресс, связанный с появлением сорняков, и уменьшить аллелопатическое ингибирование сорняков, вызывая изменения в детерминации экспрессии некоторых генов, которые могут отвечать за различные функции, но в конечном итоге приводят к процессу самозащиты. Кроме того, микробная деградация, трансформация аллелохимических веществ в почве влияет на эффективную дозу аллелохимических веществ, которые могут вызывать ингибирование у растений. Бактериальные биопленки в популяции ризосферных бактерий могут защищать места колонизации от фитотоксичных аллелохимических веществ и могут снижать токсичность этих химикатов, разлагая их.

Доказано, что микроорганизмы обладают способностью изменять компоненты аллелохимических веществ, высвобождаемых в экосистему, а также уточнять их ключевую роль в химическом взаимодействии растений подтверждая, что аллелопатия может формировать растительную экосистему и участвовать в контроле биоразнообразия в экологии. Некоторые сесквитерпеноидные лактоны и сульфиды являются антимикробными и могут разрушать клеточные стенки грибов и инвазивных бактерий, тогда как другие могут защищать растения от стрессов окружающей среды, которые в противном случае могли бы вызвать повреждение при окислительной реакции.

Китайские ученые Чжан и соавторы обнаружили, что противогрибковые летучие вещества выделяются из китайского зубка чеснока (Allium Tuberosum Rottler) и помогают контролировать панамскую болезнь (Fusarium wilt) у банана (Musa spp.). Опыт показал, что если китайский зубок чеснока высаживать на плантациях банана, то можно контролировать панамскую болезнь и увеличивать биоразнообразие пахотных земель.

http://meridian-journal.ru/uploads/2020/02/3264-1.PNG

Рисунок 1 - Различные роли микробов во взаимодействии видов аллелопатических доноров-реципиентов.

Красные стрелки с двойными линиями указывают на явление аллелопатии, а синие стрелки с одиночными линиями указывают на участие различных микробных процессов в уменьшении или усилении ингибирования аллелопатии почвенными микроорганизмами. Рисунок 1 объясняет, что полезные ризобактерии могут минимизировать фитотоксичность аллелопатического донора по отношению к аллелопатическому реципиенту, используя различные ризосферные процессы, такие как колонизация ризосферы, образование биопленки и деградация или трансформация токсичных аллелохимических веществ или модуляция защитного механизма у видов-реципиентов путем индукции экспрессия генов, реагирующих на стресс, или активность антиоксидантных ферментов. Кроме того, микробы также могут играть важную роль в активации аллелохимических веществ.

Аллелопатический эффект может проявляться непосредственно через высвобождение аллелохимических веществ, которые поражают растение-реципиент. На процесс влияют пищевые и другие условия окружающей среды, некоторые из них могут контролировать плотность бактерий и скорость производства аллелохимических веществ. Аллелопатические непатогенные бактерии включают в себя широкий спектр видов и выделяют разнообразную группу аллохимических веществ, опосредующих рост растений. Несмотря на то, что было выявлено ограниченное количество стимулирующих рост растений бактериальных аллелохимических веществ, так же было выделено и охарактеризовано значительное количество сильно диверсифицированных ингибирующих рост аллелохимических веществ. 

Возникновение и токсичность аллелохимических веществ в почве зависят от различных факторов, но тип микрофлоры в окружающей среде играет решающую роль, поскольку он может нарушать его аллелопатическую природу. 

Можно сделать вывод, что такие микробы могут иметь первостепенное значение для биологического контроля над сорняками, снижая стоимость и вредное воздействие химических гербицидов. 

Список литературы:

  1. Мишра С., Упадхяй Р.С., Наутиял К.С. Раскрытие полезной роли микробных факторов в снижении аллелопатических эффектов сорняков. – 2013. - № 97. – С. 5659 - 5668.
  2. Баис Л.П., Вейр Т.Л., Перри Л.Г., Гилрой С., Виванко Дж.М. Роль корневых экссудатов во взаимодействии ризосферы с растениями и другими организмами. – 2016. - №57. – С. 233–266.