Аллелопатия — это распространенное биологическое явление, при котором один организм производит биохимические вещества, которые влияют на рост, выживание, развитие и размножение других организмов. Эти биохимические вещества известны как аллохимические и оказывают благотворное или вредное воздействие на растения-реципиенты. Растительная аллелопатия является одним из способов взаимодействия между рецепторными и донорскими растениями и может оказывать либо положительные эффекты (например, для ведения сельского хозяйства, такие как борьба с сорняками, защита урожая или восстановление урожая), либо отрицательные эффекты (например, автотоксичность, почвенная болезнь или биологическое вторжение). Для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства, важно использовать системы культивирования, которые используют стимулирующее или ингибирующее воздействие аллелопатических растений, чтобы регулировать рост и развитие растений и избегать аллопатической аутотоксичности. Аллелохимические вещества могут потенциально использоваться в качестве регуляторов роста, гербицидов, инсектицидов и средств защиты растений от микробов.
Аллелохимические вещества в основном состоят из вторичных метаболитов, которые высвобождаются в окружающую среду естественными путями, такими как улетучивание, выщелачивание листьев, разложение остатков или выделение корней. Поэтому прежде всего следует отметить, как аллелохимические вещества попадают в окружающую среду. Активность аллелохимических веществ варьируется в зависимости от методов исследования и операционных процессов. Природное состояние аллелохимических веществ может несколько изменяться в процессе экстракции. Поэтому исследователи должны быть осторожны, чтобы определить, обладает ли растение аллелопатическим потенциалом или разделить его, и идентифицировать аллелохимические вещества, используя органические растворители и водные экстракты из растительных тканей.
Аллелохимическое вещество, выбрасываемое в окружающую среду, обычно не является отдельным веществом, и количество аллелохимического вещества, выделяемого при разных условиях, варьируется. Следовательно, при изучении их аллелопатического потенциала следует учитывать, как тип, так и количество аллелохимических веществ, выделяемых растениями. Следует оценивать такие взаимодействия, как синергизм, антагонизм и дополнительные эффекты между различными аллелохимическими веществами, поскольку одно аллелохимическое вещество может не проявлять аллелопатическую активность как отдельный компонент в определенной ситуации, но может усиливать аллелопатию в сочетании с другими аллелохимическими веществами. Тип и количество аллелохимическх веществ, выбрасываемых в окружающую среду зависит от объединенных эффектов самого растений и факторов окружающей среды.
Растительные факторы включают вид, сорт, стадию роста и различные ткани. Аллелопатические эффекты варьируются между сортами или генотипами. Растения из одной и той же среды или с близкой таксономической близостью не обязательно демонстрируют одинаковую продукцию вторичных метаболитов, и поэтому они могут не выделять одинаковое количество и качество аллелохимических веществ или иметь сходные аллелопатические эффекты. Французские ученые обнаружили, что различия в сортах аллелопатического потенциала риса связаны с генетическим фоном. К факторам окружающей среды относятся как абиотические факторы (например, облучение, температура, ограничение питательных веществ, влажность, pH), так и биотические факторы (например, конкуренция растений, болезни, насекомые, инвазия животных, регуляция обратной связи с рецепторами). В недавнем исследовании эндогенные уровни аллелохимических веществ были использованы в качестве показателей устойчивости к абиотическому стрессу. Между тем, было обнаружено, что экзогенное применение аллелохимических веществ увеличивает эндогенный уровень растений-реципиентов с одновременным увеличением роста и устойчивости к абиотическим стрессам; следовательно, для аллелопатических исследований необходимы соответствующие условия окружающей среды. Было отмечено, что стрессовая среда может увеличивать выброс аллелохимических веществ из аллелопатических растений. Изучая динамическое высвобождение аллелохимических веществ в различных стрессовых средах, можно уточнить характеристики высвобождения аллелохимических веществ и определить условия, необходимые для высвобождения аллелохимических веществ, тем самым раскрывая природу аллелохимических веществ.
Аллелохимические вещества могут быть разрушены после того, как они выделились в почву; период полураспада аллелохимических веществ варьируется от нескольких часов до нескольких дней и это в основном связано с аллохимической концентрацией, типом почвы, почвенными ферментами, а также микробной популяцией и структурой почвы. Предыдущие исследования показали, что некоторые аллелохимические вещества обладают огромной пространственной и временной неоднородностью, но эти характеристики большинства аллелохимических веществ не были подтверждены. Сообщалось, что микротрубки полидиметилсилоксана (микроэкстракция силиконовых трубок) можно использовать в качестве инструмента для получения более точной картины аллелохимической динамики в корневой зоне. До сих пор многое неизвестно о судьбе или сохранении аллелохимических веществ в почве или их влиянии на химию или микрофлору почвы.
Объяснение того, как функционируют аллелохимические вещества, является сложным из-за множества классов химических веществ и различных структур, которые были определены как вещества в аллелопатии. Универсального аллелохимического вещества не существует, необходимо предвидеть разные механизмы действия среди аллелопатических химических веществ. Кроме того, в будущих исследованиях следует выяснить, поглощаются ли аллелохимические вещества через транспортные белки или же разные аллелохимические вещества имеют одинаковые молекулярные мишени у разных видов. Систематическое изучение механизмов аллохимической детоксикации у разных видов поможет выявить различия в механизмах детоксикации растений и микробов.
Многие аллелохимические вещества были идентифицированы до настоящего времени. В связи с разной чувствительностью разных рецепторов к одному и тому же аллелохимическому веществу и различной аллелопатической активностью разных аллелохимических веществ, требуется значительная дальнейшая работа в области аллелохимического исследования. Очень мало известно о переносе и биодеградации аллелохимических веществ в почве или популяционной генетике аллелопатических видов, создании практических способов использования аллелохимических веществ в полевых условиях, быстрой адаптации сорняков к их предотвращению, разнообразии микробного сообщества почвы, которое поддерживается в их присутствии или роль трансдукции сигнала в защите травоядных животных. Эти области должны быть в центре будущих исследований.
Значительные исследования показали, что аллелопатия имеет хороший потенциал применения в сельском хозяйстве. До настоящего времени многие аллелопатические культуры использовались в сельском хозяйстве, но их применение ограничено мелкими и региональными областями. Структура и способ действия многих аллелохимических веществ были глубоко раскрыты в последние годы, и это заложило хорошую основу для проектов, в которых аллелохимические вещества используются для получения базовых структур или шаблонов для разработки новых синтетических гербицидов.
Обычно используемые методы борьбы с сорняками (применение гербицидов, механическая прополка и ручная прополка) эффективны в сельском хозяйстве. Тем не менее, есть много недостатков, связанных с этими методами, например, развитие устойчивости к гербицидам у сорняков, негативное влияние гербицидов на окружающую среду, здоровье человека и животных, стоимость гербицидов, потери в структуре почвы и огромные трудовые ресурсы. Многие из вышеперечисленных проблем могут быть разрешены путем создания разнообразия в практике борьбы с сорняками с применением аллелопатии. Было доказано, что сочетание нескольких методов борьбы с сорняками эффективно снижает вероятность развития устойчивости к гербицидам у сорняков. Кроме того, использование различных методов борьбы с сорняками в определенных областях может обеспечить устойчивый и эффективный контроль над сорняками.
Аллелопатия играет важную роль в исследованиях подходящих систем земледелия, а также в борьбе с сорняками, болезнями и насекомыми, устранении постоянных препятствий для обрезки и выращивании аллелопатических сортов. Кроме того, аллелохимические вещества могут действовать как экологически чистые гербициды, фунгициды, инсектициды и регуляторы роста растений, и могут иметь большое значение в устойчивом сельском хозяйстве. Несмотря на то, что аллелохимические вещества, используемые в качестве экологически чистых гербицидов, испытывались десятилетиями, на рынке имеется очень мало природных гербицидов, полученных из аллелохимических веществ.
Больше внимания уделяется органическому сельскому хозяйству и защите окружающей среды все большее внимание уделяется исследованиям аллелопатии, и физиологические и экологические механизмы аллелопатии постепенно выясняются. Кроме того, был достигнут прогресс в исследованиях связанных молекулярных механизмов.
Очевидно, что аллелопатия требует дальнейших исследований для широкого применения в сельскохозяйственном производстве во всем мире.
Список литературы:
- Бертольдссон Н. Разведение яровой пшеницы для улучшения аллелопатического потенциала. – 2010, — №50. – С. 49–57.
- Бхадория П. Аллелопатия: естественный путь борьбы с сорняками. – 2011, — №1. – С.7–20.
- Чима З., Фарук М., Халик А. «Применение аллелопатии в растениеводстве: история успеха из Пакистана». -2013, — №3. – С. 113–143.
