Аллелопатия — это воздействия химических веществ, производимых растениями или микроорганизмами, на рост, развитие и распространение других растений и микроорганизмов в природных сообществах или сельскохозяйственных системах. Исследование аллелопатии усилилось в 1970-х годах и быстро развивалось с середины 1990-х годов, став популярной темой в ботанике, экологии, агрономии, почвоведении, садоводстве и других областях исследований в последние годы. Аллелопатическое взаимодействие может быть одним из значительных факторов, способствующих распространению видов и их численности в растительных сообществах, и может быть важным в успехе инвазивных растений, например, водный гиацинт (Eichhornia crassipes Mart. Solms), пятнистый василек (Centaurea stoebe L. ssp. Micranthos) и чесночная горчица (Alliaria petiolata M. Bieb). Также считается, что аллелопатия является одной из косвенных трудностей в сельском хозяйстве. В результате углубленного изучения аллелопатии совершенствуются стратегии управления сельскохозяйственным производством и экологической реставрации, включающие применение аллелопатии и аллелохимических препаратов.
Активными компонентами аллелопатии являются аллелохимические вещества, которые не являются питательными веществами, которые в основном вырабатываются как вторичные метаболиты растений или продукты разложения микроорганизмов. Аллелохимические вещества состоят из различных химических семейств и классифицируются по следующим 14 категориям на основе химического сходства: водорастворимые органические кислоты, спирты с прямой цепью, алифатические альдегиды и кетоны; простые ненасыщенные лактоны; длинноцепочечные жирные кислоты и полиацетилены; бензохинон, антрахинон и комплексные хиноны; простые фенолы, бензойная кислота и ее производные; коричная кислота и ее производные; кумарин; флавоноиды; дубильные вещества; терпеноиды и стероиды; аминокислоты и пептиды; алкалоиды и циангидрины; сульфид и глюкозинолаты; и пурины и нуклеозиды. Регуляторы роста растений, в том числе салициловая кислота, гибберелловая кислота и этилен, также считаются аллелохимическими.
Аллелопатия является природным экологическим явлением. Оно было известно и использовалось в сельском хозяйстве с древних времен. Аллелохимические вещества могут стимулировать или ингибировать прорастание и рост растений, а также позволяют выращивать сельскохозяйственные культуры с низким содержанием фитотоксичных остатков в воде и почве, что способствует очистке и рециркуляции сточных вод. Они являются подходящей заменой синтетическим гербицидам, поскольку аллелохимические вещества не имеют остаточных или токсических эффектов, хотя эффективность и специфичность многих аллелохимических веществ ограничены. Основные цели исследований по аллелопатии включают применение наблюдаемых аллелопатических эффектов к сельскохозяйственному производству, снижение поступления химических пестицидов и связанного с этим загрязнения окружающей среды, а также обеспечение эффективных методов устойчивого развития сельскохозяйственного производства и экологических систем. Использование аллелопатических культур в сельском хозяйстве в настоящее время реализуется, например, в качестве компонентов севооборотов, для севооборота, в качестве покровных культур или в качестве зеленого навоза. Применение аллелопатии в растениеводстве в Пакистане является успешным примером в последние годы. Подходящее применение аллелопатии для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и защиты окружающей среды посредством экологически безопасного контроля над сорняками, насекомыми-вредителями, болезнями сельскохозяйственных культур, сохранением азота на сельскохозяйственных угодьях и синтезом новых агрохимикатов, основанных на аллелохимических веществах, привлекло большое внимание ученых, занимающихся аллелопатическими исследованиями.
Конкуренция является одним из основных способов взаимодействия культурных растений и их соседей. Аллелопатия является химическим механизмом, который дает растениям преимущество в конкуренции за ограниченные ресурсы. Таким образом, способность растений подавлять сорные виды определяется аллелопатией сельскохозяйственных культур и конкурентоспособностью. Аллелопатия сельскохозяйственных культур может быть эффективно использована для борьбы с сорняками в полевых условиях, для облегчения аллопатической аутотоксичности и снижения ингибирующего влияния среди аллелопатических культур, чтобы улучшить коэффициент использования земли и увеличить ежегодный урожай почвы путем создания разумных систем севооборота и смешивания.
Взаимосвязь является распространенной практикой среди фермеров в развивающихся странах для максимизации земельных ресурсов и снижения рисков неурожая. Плотность популяции сорняков и производство биомассы могут быть заметно снижены с помощью систем севооборота и пересева, на примере двухлетнего опыта по посадке кунжута (Sesamum indicum L.) и сои (Glycine max L.) на хлопковом поле (Gossypium hirsutum L.) дало хорошие результаты по сравнению с посадкой сыти круглой (Cyperus rotundus L.) в хлопком поле. Однако аллелопатия между различными видами может вызывать промоторные или тормозные эффекты. В эксперименте по севообороту табака (Nicotiana tabacum L.) и кукурузы (Zea mays L.) улучшались показатели роста по сравнению с бобами маша (Vigna radiata L.), в то время как формирование и рост древовидных бобов были подавлены. Следовательно, аллелопатическая природа сельскохозяйственных культур должна учитываться при севообороте, сращивании и мульчировании стеблей.
В традиционном сельском хозяйстве борьба с сорняками с использованием гербицидов является не только дорогостоящей практикой, это также вредно для окружающей среды. Применение аллелопатического потенциала, например, мульчирование соломы, обеспечивает естественную борьбу с сорняками. Аллелохимические вещества из разложившейся соломы могут подавлять рост сорняков на сельскохозяйственных угодьях и снижать количество вредителей и болезней. Кроме того, соломенная мульча может улучшить содержание органического вещества в почве и повысить плодородие почвы. Исследования показали, что солома зеленой пшеницы (Triticum aestivum L.) ингибирует рост сорняков на кукурузе (Zea mays L.) и соевых полях, снижая тем самым необходимость применения гербицидов. Рожь (Secale Cereale L.), мульчи значительно снижается всхожесть и рост некоторых проблемных агрономических трав и широколиственных сорняков. Реакции на трансформацию ржаных аллелохимических веществ, то есть бензоксазиноидов, в почве привели, в первую очередь, к образованию феноксазинонов, которые могут разлагаться некоторыми специализированными грибами посредством реакции Фентона. Из-за своей селективности, специфической активности и предположительно ограниченной устойчивости в почве бензоксазиноиды или остатки ржи являются подходящими средствами для борьбы с сорняками. Кроме того, ученые обнаружили, что эффекты аллелопатического ингибирования на сорняки различны у разных сортов соломы ржи, используемой для мульчирования. В юго-восточном регионе Бразилии фруктовая кожура кофе (Coffea arabica), которая содержит аллелохимические вещества, такие как фенолы, флавоноиды и кофеин, часто используется в качестве органических удобрений в сельскохозяйственной практике для борьбы с сорняками. Водные экстракты мелколепестничка буэносайресского (Conyza bonariensis L.), триантемы портулаковой (Trianthema portulacastrum L.) и болошницы (Pulicaria undulata L.) могут применяться в концентрации 10 г на 1 л для борьбы с сорняками горчицы турнефоры (Brassica tournefortii Gouan) путем подавления прорастания и роста сорняков. Кроме того, некоторые соевые бобы вызывают прорастание заразихи (Orobanche spp.), вредного паразитического сорняка, рост которого в значительной мере подавляет соя (Glycine max).
Аллелохимические вещества с отрицательным аллелопатическим действием являются важными компонентами механизмов защиты растений от сорняков и травоядных. Технология, которая модифицирует аллохимические вещества для производства экологически чистых пестицидов и регуляторов роста растений, позволяет эффективно управлять сельскохозяйственным производством и уменьшает возникающие проблем в почве из-за довольно высокой способности к разложению аллохимических веществ. Природное биохимическое соединение, названное «сорголеон», выделяемое сорго, помогает растению подавлять рост конкурирующих сорняков. Сорголеон эффективен в подавлении роста сорняков в виде смачиваемого порошка. Некоторые микроорганизмы способны использовать сорголеон в качестве источника углерода. Сорголеон может быть минерализован посредством полного разложения до CO2 в почве. Сильная способность к подавлению сорняков сорголеона подняла интерес как эффективный, естественный, безвредный для окружающей среды подход к управлению сорняками. Стимулирующие рост растения ризобактерии включают широкий спектр полезных бактерий, которые оказывают положительное воздействие на растения.
Аллелопатические бактерии могут достигать той же функции в смесях бактерий, которые проявляют свойства полиглицерила полирицинолеата (PGPR) и активность в отношении аллелопатических сорняков, что снижает ингибирующее действие на чувствительные растения, вызываемые аллелопатическими сорняками. Существуют некоторые органические гербициды или ингибиторы роста растений, которые были изготовлены из аллелопатических растительных материалов для подавления роста сорняков на. Японские ученые изготовили органический гербицид, состоящий из смеси компонентов, извлеченных из сосны (Pinus L.), хиноки (Chamaecyparis obtusa Endl.), японского кедра (Cryptomeria japonica D. Don) и бамбука (Bambusoideae; Poaceae), уксуса, который обеспечил использования аллелопатических взаимодействий растений на рисовых полях.
Аллелопатия изучалась в течение достаточно долгого времени, и было доказано, что многие аспекты физиологических и биохимических процессов растений подвержены влиянию аллелохимических веществ. Ряд физиологических и биохимических изменений в растениях, вызванных аллелохимикатами, детализирован следующим образом.
На основании изученного материала можно сделать вывод, что аллелопатические сорта, обладающие огромным потенциалом для минимизации внедрения невосприимчивых химикатов и эффективной борьбы с сорняками в экосистемах сельскохозяйственных угодий, представляют собой наиболее многообещающее применение аллелопатии. Как традиционные методы селекции, так и методы, разработанные с использованием трансгенных технологий, могут быть использованы при разведении аллелопатических сортов. Успешные сорта также должны сочетать способность подавлять сорняки с высоким потенциалом урожайности, устойчивостью к болезням, ранней зрелостью и качественными признаками.
Список литературы:
- Андрей ИКС, Сторки Дж., Спаркс Д.Л.Обзор потенциала конкурентоспособных сортов зерновых как инструмента комплексного управления сорняками. – 2015. — №55. – С. 239–248.
- Барто Е.К., Чиполлини Д. Периоды полураспада и концентрации в почве вторичных метаболитов. – 2009. — №76. – С. 71–75.
- Белз Р.Г. Аллелопатия при взаимодействии культур и сорняков. Борьба с вредителями. – 2017. -№63. – С. 308–326.
