Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА
имени К.А. ТИМИРЯЗЕВА»
На правах рукописи
УДК 581.19:582.794.1
БУДАРИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ
МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ
БОРЩЕВИКА СОСНОВСКОГО (HERACLEUM SOSNOWSKYI
MANDEN) С КУЛЬТУРНЫМИ И СОРНЫМИ РАСТЕНИЯМИ
03.01.05 – физиология и биохимия растений
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
кафедры физиологии растний
КОНДРАТЬЕВ Михаил Николаевич
Москва – 2015
1
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ……………………………………………………….6
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..7
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………...…12
1.1. Характеристика H. sosnowskyi как эргазиофигофита………..….…….…..12
1.1.1. Особенности роста и развития H. sosnowskyi…………………..........12
1.1.2. Требовательность к факторам среды и способы агрессивного
распространения борщевика……….……………….………….….....14
1.1.3. Химический состав плодов и органов вегетирующих
растений…………………………….……………………………..…..17
1.1.3.1. Кумарины и другие соединения фенольной природы H.
sosnowskyi………………………..…………………………...……...19
1.1.3.2. Вторичные метаболиты изопреновой природы H. sosnowskyi…...21
1.2. Вторичные соединения высших растений……………………...…………23
1.2.1. Многообразие форм вторичных соединений………...………...……24
1.2.2. Биохимическая классификация соединений вторичного
метаболизма…………………………………………….………..…...27
1.2.3. Функции вторичных соединений в растениях…………………..…..27
1.2.3.1. Функции алкалоидов………………………..……………..……..…28
1.2.3.2. Функции гликозидов……………………………...……………..….28
1.2.3.3. Функции терпенов (изопреноидов)……………………….. ……...29
1.2.3.4. Функции фенольных соединений………………...……………..…30
1.2.3.5.Функции и фотосенсибилизирующая активность
фуранокумаринов………..………………………..……..………….30
1.3. Взаимоотношения и взаимосвязи между растениями………………...….34
1.3.1. Взаимоотношения между культурными растениями……..…….….37
1.3.2. Влияние культурных растений на сорняки…………………...……..40
1.3.3. Влияние сорных растений на культурные растения…………..……44
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ……………………...46
2.1. Объекты исследований……………………………………………………..46
2
2.1.1. Циклы развития растений H. sosnowskyi….......................................46
2.1.1.1. Первый период развития растений H. sosnowskyi ...…………….46
2.1.1.2. Второй период развития растений H. sosnowskyi ………………46
2.1.1.3.Третий генеративный период H. sosnowskyi…….……..…………49
2.1.2. Объекты исследований из культурных видов…………… …….…51
2.1.2.1. Характеристика Triticum aestivum L…………………… ………..51
2.1.2.2. Характериктика Horderum vulgare L………...…….……………..52
2.1.2.3. Характериктика Avéna satíva L……………………………………53
2.1.3. Объекты исследований из систематической группы двудольных
растений…………………………………………………..…….…..57
2.1.3.1. Характериктика Lactuca sativa L………………………………….57
2.1.3.2. Характериктика Raphanus sativus L………………………………57
2.1.3.3. Характеристика Pisum sativum L……………..…………………...58
2.1.4. Объекты исследований из экологической группы сорных
(лекарственных) растений…………………………...…………...…59
2.1.4.1. Характериктика Hypericum perforatum L………………………...59
2.1.4.2. Характериктика Matricaria chamomilla L………….………..........61
2.1.4.3. Характериктика Oríganum vulgáre L………………….……….....65
2.1.4.4. Характеристика Cárduus crispus L………………….…………….64
2.2. Методика и схема исследований……………………………..………….…66
2.2.1.Методика полевых исследований сукцессионных процессов
популяций H. sosnowskyi…………………………............………..….66
2.2.1.1. Полевые наблюдения скцессионных процессов H.
sosnowskyi………………………………………….........…………...66
2.2.1.2. Методика сбора пасоки………………………………….…….……66
2.2.1.3. Методика получения смыва с листьев…………….…………….…67
2.2.1.4. Методика ответной реакции борщевика на обработку
растворами агрессивной жидкости………………………………..67
2.2.2. Метод биотестов…………………...……...………………….……….68
2.2.3. Методы исследования взаимоотношений между видами…...……...70
3
2.2.3.1. Метод совместного выращивания растений……….….…..............70
2.2.3.2. Получение водных вытяжек из плодов растений
борщевика……………………………………………………..…….70
2.2.3.3. Методика биотестов на водном растворе смеси
фурокумаринов………..…………………………….....….….….....71
2.2.4. Методика вегетационных исследований роста и развития
культурных и сорных (дикорастущих) видов растений…………….72
2.2.4.1. Исследование влияния водного раствора СФ на рост и
развитие растений сельскохозяйственных культур….…………...…72
2.2.4.2. Исследование влияния водного экстратка из опада H.
sosnowskyi на рост и развитие растений сельскохозяйственных
культур…………………………………………………….….………...73
2.2.4.3. Исследование влияния почвы из-под H. sosnowskyi на рост
и развитие сорных растений……………………………………….…74
2.3. Методика анализа почвы из-под борщевика……………............…...……74
2.4. Статистический анализ………………………………………………...…...75
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ………………………………………………………………76
3.1. Полевые исследования сукцессионных процессов популяций H.
sosnowskyi…………………………………..………………………………….…76
3.2. Взаимодействие плодов H. sosnowskyi с прорастающими
семенами других растений…………………………………………...…………81
3.3. Влияние сока, выделенного из листьев борщевика, на рост проростков
тест-растений………………………………………………………..…….….….84
3.3.1. Эффект водных вытяжек из листьев H. sosnowskyi на
прорастание семян культурных растений……………...…………….…….84
3.3.2. Эффект водных вытяжками из листьев борщевика прорастание
семян лекарственных растений………………...…..……………………….89
3.4. Влияние компонентов пасоки и водного смыва с листьев H. sosnowskyi на
прорастание семян салата и редиса…………………………...………………..91
4
3.5. Эффект водных растворов смеси фуракомуринов на прорастание
семян салата и редиса………………………………………………………...….93
3.6. Влияние водного экстракта из опада растений борщевика и водных
растворов смеси фурокумаринов на рост и развитие растений овса и
редиса……………………………………………………..……………………...96
3.6.1. Реакция растений редиса на обработку водным экстрактом опада
борщевика……………………………………………………………..……...96
3.6.2. Реакция растений овса на обработку водным экстрактом опада
борщевика……………………………………………………………….........99
3.6.3. Реакция растений редиса на обработку водным раствором смеси
фурокумаринов борщевика………………………………………..…….....103
3.6.4. Реакция растений овса на обработку водным раствором смеси
фурокумаринов борщевика……………………………………..………….106
3.7. Влияние активных веществ почвы из-под борщевика на рост и развитие
некоторых дикорастущих видов………………………………...…………….110
3.7.1. Накопление ионов азота, калия, фосфора в повче из-под
борщевика…………………………………………………………………...110
3.7.2. Воздействие активных веществ почвы из-под борщевика на
процессы роста и развития растений ромашки аптечной……...………...111
3.7.3. Воздействие активных веществ почвы из-под борщевика на
процессы роста и развития растений чертополоха курчавого…….…….115
3.8. Ответная реакция растений H. sosnowskyi на обработку растворами
агрессивных жидкостей (растворами содержащими натрий) ….……...........117
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ…………………………………119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………...124
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………….126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………...………128
5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АБК – абсцизовая кислота
АЛК – аллелохимикалии
БГ – бергаптен
ГК – гиббереловая кислота (гиббереллины)
ИПЛ – изопимпинеллин
ИУК – индолил-3-уксусная кислота (ауксины)
ЛИК – лабратория искусственного климата
КТ – ксантотоксин
ПС – псорален
СФ – смесь трёх фуранокумаринов
ФРК – фуранокумарины (фурокумарины)
ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность.
Все растения выделяют в процессе жизнедеятельности химические
вещества вторичного соединения. Эти вещества являются для многих из них
механизмом взаимодействия в борьбе за территорию, свет, питательные
элементы. Некоторые авторы высказывают мнение о первичности этого
механизма при захвате новых территорий адвентивными растениями и
эргазиофигофитами («беглец из культуры»). В таком случае, стремительное
распространение борщевика Сосновского (Heracléum sosnówskyi Manden) как
завоевателя новых территорий можно рассматривать как аллелопатическое
взаимодействие [90].
С середины 80-ых годов борщевик Сосновского (Heracléum sosnówskyi
Manden) был внесён в список потенциальных эргазиофигофитов. Однако до
настоящего времени остаются неизученными эколого-физиологические
черты его инвазивного характера, в частности, способы и механизмы
внедрения в естественные и дичающие агроэкосистемы. Особое внимание
должно уделяться выявлению наличия в органах борщевика аллелопатически
активных соединений, которые могут принимать участие в проявлении
инвазивных свойств этого вида. Важным является и то, что исследования
аллелпатических
свойств
борщевика,
должно
производиться
на
сельскохозяйственных культурах, лекарственных растениях, представителях
дикой флоры.
Цель:
Изучить
эколого-физиологические
механизмы
внедрения
борщевика
Сосновского (Heracléum sosnówskyi Manden) и его морфофизиологические
взаимодействия с некоторыми представителями культурных и диких видов
растений.
Задачи исследования:
- провести наблюдения и описание эколого-физиологических характеристик
борщевика, как потенциального инвазивного вида, в полевых условиях;
7
- исследовать аллелопатические эффекты компонентов пасоки и «смыва» с
листьев на тест-растения;
- выявить ингибирующий эффект плодов борщевика на прорастание семян
тест-растений;
- выявить наличие аллелопатического эффекта водных вытяжек из различных
органов растений борщевика;
- провести сравнительное исследование действия сока из листьев борщевика
на предмет содержания в нём фуранокумаринов.
Научная новизна заключается в следующем:
1) впервые детально описаны эколого-морфологические характеристики
внедрения
борщевика
Сосновского
sosnówskyi
(Heracléum
Manden) в
дичающие агроэкосистемы на конкретной территории Московской области;
2) выявлены возможные эффекты компонентов, вымываемых из листьев
борщевика;
3) установлено, что водные вытяжки из опада, образующегося в синузиях
борщевика Сосновского (Heracléum sosnówskyi Manden) в осенне-зимний
период, не оказывают ингибирующего или стимулирующего эффекта на рост
и развитие тест-растений;
4) выявлено негативное действие водных экстрактов плодов борщевика
Сосновского
(Heracléum
sosnówskyi
Manden)
на
прорастание
семян
культурных растений;
5) изучены аллелопатические эффекты водных вытяжек из органов
вегетирующих растений борщевика на прорастание семян и рост проростков
культурных, лекарственных и сорных растений.
Методы и методология исследований.
Методика исследований основана на биотестирвании растений.
Методика предложенная в середине 20 века А.М. Гродзинским [5]. Метод
биотестов в изучении действия аллелохимикалий на целевые растения
широко используется в настоящее время ведущими исследователями данной
проблемы [ 31, 32, 37, 149, 161]. Результаты статистически обработаны.
8
Теоретическая и практическая значимость.
Впервые
дана
полная
эколого-физиологическая
характеристика
механизмам инвазивности борщевика Сосновского при внедрении в
дичающие агроэкосистемы. Выявлено, что ингибирующим эффектом на
прорастание семян и рост проростков некоторых представителей культурных
и лекарственных видов
обладают, преимущественно, не разбавленные или слабо
разбавленные
водные вытяжки из листьев и корней борщевика. Ответная реакция целевых
растений на обработку водными вытяжками зависит от вида тест-растения,
при этом проростки лекарственных растений оказались более толерантными.
Водные вытяжки из опада растений борщевика не обладали ингибирующим
действием на тест-растения. Разбавленные водные экстракты из растений
борщевика оказывают стимулирующее действие на прорастание семян
некоторых тест-растений.
Полученные экспериментальные данные вносят существенный вклад в
раскрытие
механизмов
инвазии
борщевика
Сосновского
(Heracléum
sosnówskyi Manden) в дичающие агроэкосистемы и дают возможность
использовать неразбавленные водные вытяжки из органов борщевика в
качестве биогербицида. Основные выводы и результаты могут быть
использованы
в
курсах
лекций
для
студентов
биологических
и
сельскохозяйственных специальностей.
Апробация работы.
Основные результаты исследований представлены в изданиях научной
литературы: «Бioлогiчнi дослiдження – 2014» - сборник научных работ V
Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих учених і студентів,
(Житомир, 4-5 марта, 2014г.); Материалы X Всероссийской научнопрактической
конференции
(Тобольск,
25-26
октября
2013г.);
Биоэкологическое краеведение: мировые, российские и региональные
проблемы, (Самара, 2013-2014 г.); 2nd International Symposium Secondary
Metabolites Chemistry, Biology and Biotechnology (Москва, 2014);
9
Agrobiodiversity for improving nutrition, health and life quality, Slovak University
of Agriculture in Nitra July 16, 2015; «Известия ТСХА» научно-теоретический
журнал российского государственного аграрного университета — МСХА
имени
К.А.Тимирязева.
Выпуск
2,
2015.
–
С.
36-49;
Известия
Калининградского государственного технического университета. – 2015. – №
38. – С. 103-112.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 3 в
иностранных сборниках статей и тезисов и 2 в изданиях, рекомендованных
Перечнем ВАК РФ.
Декларация личного участия автора.
Автор лично провел полевые и лабораторные эксперименты, провел
морфометрические и физиологические исследования, провел биотесты.
Обработка всех полученных данных проведенных экспериментов и их
интерпретация
проведены
автором
самостоятельно.
В
совместных
публикациях вклад автора составил от 20 до 95%.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 143 страницах компьютерного
текста, включая 48 рисунков и 15 таблиц. Работа состоит из следующих
разделов: введения, обзора литературы, методики исследований, результатов
собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка
иллюстративного материала. Список цитированной литературы включает 170
источников, из них 68 иностранных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) Инвазивный характер борщевика Сосновского (Heracléum sosnówskyi
Manden) объясняется
его
специфическими
морфофизиологическими
характеристиками (ранним прорастанием семян, большой массой надземных
органов, наличием в корнях и листьях аллелопатических соединений).
2)
Аллелопатические
свойства
вытяжек
борщевика
проявляются
преимущественно при слабом их разбавлении.
10
3) Сильно разбавленные вытяжки из органов борщевика Сосновского
(Heracléum sosnówskyi Manden) могут оказывать стимулирующий эффект на
прорастание семян и рост проростков тест-растений.
4) Ответные реакции целевых растений на обработку водными вытяжками из
борщевика видоспецифичны.
5) Фуранокумарины могут проявлять аллелопатические свойства наравне с
водными экстрактами плодов, смывом с листьев и соком борщевика.
6)
Борщевик
Сосновского
(Heracléum
sosnówskyi
Manden)
можно
рассматривать в качестве потенциального источника биогербицидов.
11
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Характеристика H. sosnowskyi как эргазиофигофита
1.1.
1.1.1. Особенности роста и развития H. sosnowskyi
Борщевик Сосновского (лат. Heracléum sosnówskyi Manden) — крупное
(до 5 метров в высоту) травянистое растение, вид рода Борщевик семейства
Зонтичные. H. sosnowskyi – растение многолетнее, монокарпик, т.е.
переходящий в фазу цветения один раз за весь период онтогенеза, после чего
отмирает [85].
Рисунок 1. Морфология H. sosnowskyi: 1, 2 – растение в фазах цветения и
развитых всходов;
3 – соцветие; 4 – цветки: краевой (а), средний (б), 5 – плоды.
12
Подробное морфологическое описание борщевика будет изложено в
следующей главе (рис.1.) [41]. В настоящее время звестно более 70
различных видов рода Heracleum. Три вида: Heracleum Mantegazzianum
Somm.et Levier, H. sosnowskyi Manden и H. Persicum Desf. составляют группу
растений, известных как гигантские борщевики, из населяющих европейскую
часть суши [42]. На территории России наибольшее распространение
получил вид H. sosnowskyi. Естественное местообитание H. sosnowskyi –
центральный и восточный Кавказ, Закавказье и Турция. Во многих
иностранных источниках публикации о гигантских борщевиках объединены
данные Heracleum Mantegazzianum и H. sosnowskyi и свойства их изучаются
как одного вида.
H.
sosnowskyi
конкурентоспособным
является
представителем
наиболее
рода
агрессивным
гигантских
и
борщевиков,
который названный в честь известного исследователя флоры Кавказа Д. И.
Сосновского [41,42].
Гигантские борщевики чрезвычайно плодовиты. Хотя некоторые из
семян не прорастают, способность к репродукции у этого вида очень велика.
H. sosnowskyi в Ленинградской области продуцирует в среднем 8836 семян
[59], в условиях Карелии – до 5000 семян (боковые соцветия в условиях
Карелии плодов не образуют), фактическая семенная продуктивность
составляет 78% [67]. H. sosnowskyi – двудомное растение. Считается, что
борщевик – растение перекрестного опыления, оплодотворяющееся с
помощью насекомых, но возможно также и самооплодотворение. В
последнем случае семена также жизнеспособны, более половины из них
прорастает и дает нормальные проростки [42]. Считается, что гигантские
борщевики не способны к вегетативному размножению [31]. Однако,
исследования, проведенные в Ленинградской области на деградированном
культурном лугу, новые растения H. sosnowskyi могут развиваться также от
корней материнского растения за счет образования корневых побегов длиной
до 35-45 см [42].
13
1.1.2. Требовательность к факторам среды и способы распространения
Экспансия борщевика в последнее время развивается стремительно: H.
sosnowskyi распространен в большинстве стран Восточной Европы и
практически по всей территории европейской части России. На территории
России до 70-х годов агрессивный борщевик вне сельскохозяйственных
полей встречалось редко. Первый образец гербария H. sosnowskyi был собран
в Серпуховском районе Московской области уже в 80-х годах [39]. На
данный момент H. sosnowskyi встречается практически повсеместно и часто
вне сельскохозяйственных полей. Исследователи полагают, что чужеродные
инвазионные
виды,
к
которым
относятся
и
H.
sosnowskyi,
интродуцированные в регион из других мест, как правило, в результате
человеческой деятельности, в течение многих лет могут произрастать,
осваиваясь на новом месте, без какого-либо дальнейшего распространения
[42]. Однако, спустя непродолжительное время их распространение и/или
численность может стихийно увеличиться независимо от места обитания, и
скорость распространения видов часто становится экспоненциальной. Когда
вид достигает экспоненциальной фазы, его распространение сложно
контролировать и бороться с ним с помощью химических и механических
методов [71]. Подсчитано, что скорость распространения аборигенных видов
составляет – до 370 м/год, а скорость распространения инвазивных видов –
167
км/год.
Распространение
борщевика
на
новых
территориях
характеризуется инвазивным, агрессивным внедрением [168]. В последние
годы в научной литературе, в средствах массовой информации, на
многочисленных
уничтожения
интернет-сайтах
гигантских
обсуждается
борщевиков,
проблема
разрабатываются
контроля
методы
и
его
искоренения [71]. Во многих регионах России распространение этого
инвазионного растения уже принимает масштабы экологического бедствия.
14
Серьезное положение сложилось в республике Коми: колонии
борщевика занимают обширные пространства в южной части республики.
Массивному
нашествию
Калужская,
Ленинградская,
Нижегородская,
этого
Тюменская,
растения
Московская,
Сахалинская,
подверглись
Вологодская,
Тульская,
Ярославская,
Ульяновская,
Псковская,
Пензенская области, Республики Коми, Мордовия, Белоруссия, Украина,
Литва, Чехия и др. [32]. В.М. Мирошниченко установил, что на сегодняшний
день борщевик отмечен в парках и зонах отдыха всех округов города
Москвы. В Подмосковье данный вид активно размножается в Рузском,
Можайском, Наро-Фоминском, Истринском и Подольском районах. По
расчетам специалистов борщевик без должной борьбы с ним к 2050 г [31,32]
покроет всю площадь
Подмосковья
кроме
лесов, болот,
ежегодно
обрабатываемых сельхозугодий и площадей, занятых асфальтобетонными
покрытиями.
Осваивая
новые
территории,
H.
sosnowskyi
оказывает
существенное влияние на биоценоз в целом [77] (рис. 3).
В связи инвазивности вида изучение физиологических свойств и
механизмов инвазии борщевика, его действия на культурные растения
занимает внимание многих исследователей современности [11,31,32,42,57].
Рис. 3. Экспансия борщевика в агроценозы и урбанизованные территории
15
Основные биологические и экологические характеристики борщевика
Сосновского, которые обусловливают его инвазивность, можно сформулировать следующим образом:
• объемная вегетативная биомасса, успешно конкурирующая за свет;
• прорастание ранней весной до появления другой растительности;
• относительно низкая смертность молодых растений;
• быстрый рост, способность расти скученно и вытеснять другие
(аборигенные) растения;
• постоянный процент растений, которые цветут и обеспечивают семена;
• способность растений отложить цветение в неподходящих условиях (до тех
пор, пока необходимые условия не возникнут);
• раннее цветение, которое позволяет семенам полностью вызреть;
•
способность
к
самоопылению,
результатом
которого
являются
полноценные семена;
• большая плодовитость, позволяющая одному растению начать экспансию;
• большое количество семян в семенном банке, а также семена, которые
сохраняют всхожесть до 5-8 лет;
• очень высокий процент прорастающих семян, независимо от того, где эти
семена вызрели;
• быстрое расселение семян с помощью воды и ветра [68].
Благодаря этим чертам, а также деятельности человека, приводящей к
ускорению распространения семян, гигантские борщевики способны к
стремительной экспансии. Точную цифру площади, которую успел захватить
борщевик в Московской области и др., трудно определить. Для уточнения
ареала распространения борщевика необходимо проводить масштабные
обследования на выявление растений, их численности и занимаемой площади
[31].
16
Опыт
показывает,
что
там,
где
применяют
весь
комплекс
агротехнических, механических, химических мер в борьбе с борщевиком,
удается как-то сдерживать его распространение и уменьшить его количество.
Например, за последние годы в Чагодощенском районе Вологодской области
площадь, занимаемая борщевиком, снизилась с 207 до 91 га [53].
1.1.3. Химический состав плодов и органов вегетирующих растений
Химический состав растений H. sosnowskyi интенсивно изучался в 5060 – е годы 20 столетия с точки зрения питательности и кормовых свойств.
Такие поиски свойств борщевика были необходимы для оправдания
культивирования этого кавказского вида борщевика [42]. После 90-х
борщевик приобрел резкий негативный оттенок. В связи с этим, изучение
его химического состава и свойств относится к кумаринам и другим
вторичным соединениям,
по которым можно идентифицировать как
агрессивного инвазивного представителя агро- и фитоценоза [68].
Условия интродукции существенно влияют на изменение как
компонентного состава (появляются соединения класса терпенов), так и на
процентное соотношение веществ, входящих в его состав. Все вещества,
находящиеся в растениях, вливаются в общий экологический фонд,
создающий
вокруг
растения-донора
определенную
экологическую
обстановку, благоприятную для одних видов растений и неблагоприятную
для других. Все органы растений способны выделять в окружающую среду
разнообразные вещества, довольно хорошо известные по химическому
составу [97] (рис 2).
17
Рисунок 2. Морфология плодов и соцветий H. sosnowskyi
При химическом изучении рода Heracleum были обнаружены и
извлечены из листьев тритерпеновые сапонины и дубильные вещества
пирокатехиновой группы, в корнях – незначительное количество алкалоидов
и кумаринов, в соцветиях – алкалоиды (качественные реакции), кумарины,
сапонины, флавоноиды и дубильные вещества пирокатехиновой группы, в
плодах – кумарины и сапонины (Комисаренко и др., 1962; Гиоргобиани и
др., 1969; Георгиевский и др., 1990). Из этих веществ в состав различных
органов H. sosnowskyi входят в основном 3 группы веществ: кумарины,
дубильные вещества и эфирные масла [90].
Дубильные вещества содержатся в корнях (2.89 – 2.92%), стебле и
листьях борщевика (4.15 – 5.21%). Эфирные масла находятся в корнях (0.14 –
0.5%), стебле и листьях (0.09 – 0.38%), а также в плодах (1.8 – 5.5%) [57].
18
1.1.2.1. Кумарины и другие соединения фенольной природы H. sosnowskyi
Кумарины входят в состав всех органов H. sosnowskyi, наибольшее
количество различных видов кумаринов обнаружено в плодах. Фенольные
соединения
борщевика
представлены
дубильными
веществами
и
производными кумаринов – фуранокумаринами. Дубильные вещества
найдены во всех частях растений борщевика. Процентное содержание
дубильных веществ в борщевике зависит от условий произрастания и может
составлять до 3% на сухое вещество [91]. Функции дубильных веществ
разнообразны, в основном это защитные функции. В природе чаще всего
встречаются наиболее простые производные кумарина и фурокумарина.
Основное количество представителей соединений этой группы найдено в
виде агликонов и лишь незначительное число в виде гликозидов.
Локализация кумаринов различна. Так, в органах растений, чаще всего
в корнях, коре, плодах и семенах, меньше их в листьях, стеблях можно
идентифицировать кумарины.
Содержание их в разных растениях
колеблется от 0,2 до 10 %, причем часто можно встретить 5-10 кумаринов
различной структуры в одном растении. У зонтичных
кумариновые
соединения обычно локализуются в эфирно-масличных канальцах [76].
Качественный и количественный состав кумаринов различен у разных видов
внутри одного рода, даже и внутри одного вида. Состав
изменяется
в
процессе
онтогенеза
растения,
причем
кумаринов
максимальное
накопление кумаринов наблюдается в многолетних видах [91]. По данным
Г.К.Никонова, в растениях южных широт наиболее часто встречаются
кумарины, содержащие в качестве заместителей изопреноидные цепи и их
производные [68, 91].
Среди наиболее интересных вторичных соединений H. sosnowskyi –
группа фуранокумаринов. Фуранокумарины относятся к производным
кумарина.
19
Производные кумарина очень широко распространены в растительном
мире.
Исследователями
из
Дальневосточного
отделения
РАН были
идентифицированы фурокумарины ангелицинового (сфондин, ангелицин) и
псораленового (бергаптен, ксантотоксин, оксикумарина умбелиферон) рядов
и определены процентные содержания фуранокумаринов в растениях
борщевика:
Соединение H. sosnowskyi, %:
Ксантотоксин 1,15
Бергаптен 1,04
Умбеллиферон 0,83
Ангелицин 0,63
Сфондин 0,35 [91].
Таблица 1. Качественный состав фурокумаринов в H. sosnowskyi[91]
Части
растения
опрыскивания
опрыскивания
метанольным
метанольным
раствором
NaOH
NaOH
светло-желтый
Листья
После
Корни
Ангелицин
До
Плоды
Соединения
Флюоресценция в УФ свете
раствором
+
+
+
бледно-голубой
Rf
0,31
Реактив
Паули
коричневокрасный
Бергаптен
+
+
+
желто-голубой
желто-зеленый
0,65
желтокоричневый
Ксантотоксин +
+
+
светло-желтый
лимонно-
0,87
голубой
Сфондин
+
+
-
голубой
желто-голубой
краснофиолетовый
0,12
коричневооранжевый
Умбеллиферон
+
+
+
лимонный
лимонноголубой
0,42
коричневооранжевый
20
По
литературным
данным,
при
их
изучении
содержания
фурокумаринов использовался метод бумажной хроматографии. Первое от
старта пятно соответствовало сфондину (Rf=0,12), второе бергаптену
(Rf=0,65), а третье ксантотоксину (Rf=0,87).
При просмотре хроматограммы с малой величиной Rf были выявлены две
окрашенные зоны. Первое от старта пятно соответствовало ангелицину
(Rf=0,31), а второе – умбеллиферону
хроматограммы
метанольным
(Rf=0,42). При опрыскивании
раствором
щелочи
усиливалась
флюоресценция в УФ свете [91].
В дальнейшем, при обработке хроматограммы реактивом В. Паули,
наличие фурокумаринов на хроматограмме проявлялось яркими пятнами от
кирпично-красного до сине-фиолетового окрашивания (табл. 1) [91].
Изучение качественного состава фурокумаринов в H.
sosnowskyi было
проведено во всех частях растений. В плодах и корнях присутствовали
следующие фурокумарины: ангелицин, бергаптен, ксантотоксин, сфондин,
умбеллиферон, но в листьях отсутствовал сфондин [91]. Таким образом,
исследователи химического состава борщевика, указывают на то что он
обладает устойчивым и известным фуранокумариновым составом.
Следовательно,
растения
H.
sosnowskyi
содержат
значительное
количество фотосенсибилизирующих фуранокумаринов. Прямые контакты с
цветущими растениями борщевика вызывают болезненные ожоги и раны.
Вместе
с
тем,
фотосенсибилизирующая
способность
отдельных
фуранокумаринов используется в сильных разбавлениях в медицинской
практике, как профилактическое и лечебное средство от различных ожогов,
псориаза и др. кожных заболеваниях [91].
21
1.1.2.2. Вторичные метаболиты изопреновой природы H. sosnowskyi
Содержание эфирных масел в частях растений борщевика. Кроме кумаринов
растения H. sosnowskyi содержат большие количества эфирных масел. По
имеющимся в литературе данным (К.Г. Ткаченко и др., 2001), в фазу
стеблевания содержание эфирного масла в листьях составляет 0,65– 0,77%, к
концу созревания семян содержание масла в листьях снижается. В
свежесобранных цветках содержание эфирного масла составляет от 0,52 до
0,94%. Больше всего накапливаются эфирные масла в семенах – от 1 до 10%
от воздушно-сухой массы в зависимости от вида борщевика. Масло в семенах
локализовано в эфиромасличных каналах. По мере формирования семян
содержание эфирного масла в них непрерывно возрастает. В исследованиях
качественного состава эфирного масла борщевика шероховато-окаймленного
(С.А. Кожин и др., 1976), собранного в фазе цветения, удалось
идентифицировать 19 компонентов. Главными из них для листьев и цветков
являются анисовый альдегид и транс-анетол [40].
Качественный состав эфирного масла семян сильно отличается от
такового листьев и цветков. Одним из главных компонентов эфирного масла
семян является восьмиуглеродный тяжелый спирт октанол и его сложные
эфиры, к примеру с уксусной кислотой – октилацетат. В эфирном масле
борщевика октилацетат составляет от 29 до 85% [58]. В отличие от эфирного
масла листьев и цветков, эфирное масло семян обладает стойким, резким и
неприятным запахом. Вместе с тем, октанол и октилацетат используются в
парфюмерной и косметической промышленности, поэтому все виды
борщевиков представляют интерес как источники этих веществ. Кроме того,
эфирное
масло
плодов
отдельных
видов
обладает
выраженной
антибиотической активностью. Предполагается, что такое эфирное масло
может быть использовано для создания новых лечебных и профилактических
противовирусных средств [56,57].
22
1.2.
Вторичные соединения высших растений
1.2.1. Многообразие форм вторичных соединений
Растения образуют широкий и разнообразный спектр органических
соединений, большинство из которых, по всей видимости, не принимает
непосредственного участия в процессах роста и развития. Эти вещества,
называемые вторичными метаболитами, чаще всего характерны в царстве
растений
для видов определённых таксономических групп. Их функции
остаются мало изученными даже к настоящему времени [48]. В связи со
сложностью химической структуры и путей биосинтеза этих природных
веществ, слабой изученностью их функций, сложилось мнение об их
незначительной роли в жизнедеятельности растительного организма. Тем не
менее, благодаря сформировавшейся возможности химического синтеза ряда
таких соединений, был создан прецедент использования многих из них в
защите растений и медицине. Выявление биологических свойств множества
естественных выделений растений в настоящее время определило особое
внимание к поиску новых регуляторов роста, антибиотиков, инсектицидов и
гербицидов на их основе. Важно отметить, что это связано с весьма
разнообразными
биологическими
эффектами,
оказываемыми
этими
веществами на другие организмы. Данное обстоятельство предопределило
переоценку их возможных функций в самих растениях, особенно в контексте
экологических взаимодействий [20].
1.2.2. Биохимическая классификация
Вторичный обмен растений отличается удивительным разнообразием
структур образующихся продуктов. Считается, что одним из главных
условий выживания растений в биоценозе стала биохимическая адаптация.
Вторичные соединения, по-видимому, играют в этом главную роль. К
основным классам вторичных метаболитов растений относятся алкалоиды,
изопреноиды и фенольные соединения, в том числе флавоноиды.
23
В
растениях
также
синтезируются
цианогенные
гликозиды,
поликетиды, витамины и другие активные вещества находящие применение в
сельскохозяйственной, медицинской практике, фармацевтике [33,48].
1.2.3. Функции вторичных соединений в растениях
В настоящее время нет резких градаций в веществах первичного или
вторичного обменов. Поскольку некоторые фитогормоны, каротиноиды,
стерины, пренилфосфаты, пренилхиноны, пренилированые белки обладают
полностью или частично изопреноидным происхождением и участвуют в
основных процессах роста и развития всех растительных организмов [48]. К
основным функциям веществ вторичного метаболизма можно отнести:
- продукты жизнедеятельности;
- запасные соединения;
- защитные вещества;
- инструмент биохимического взаимодействия с окружающей средой.
Основная
точка
зрения,
определяющая
выделение
вторичных
метаболитов при функционировании разнообразных путей первичного
метаболизма растений, образуются токсические соединения, выделяемые как
«отходы производства» растительного организма [48].
1.2.3.1. Функции алкалоидов
Алколоиды
циклического
–
строения,
азотсодержащие
со
сложным
органические
составом,
соединения,
встречающиеся
в
растительных клетках (редко в животных) [33]. Они часто обладают
фармокологическим потенциалом. Алкалоиды в большинстве случаев
концентрируются в паренхиме и на периферии органов. Особенно много их
накапливается в латексе. В клетке они обычно сосредоточены в клеточном
соке или связаны с компонентами клеточной оболочки [10].
У растений функции алкалоидов разнообразны и к настоящему
времени окончательно не выяснены. Бесспорно их экологическое значение
24
как
химических
соединений,
защищающих
растения
от
поедания
животными. Кроме этого, зарубежные и отечественные источники указывают
на роль алкалоидов в ряде биохимических и физиологических процессов
жизненно необходимых для растений. Участие алкалоидов замечено в
окислительно-восстановительных процессах растительной клетки. Функции
в растениях также может заключаться в стимулировании и регуляции обмена
веществ [24].
1.2.3.2. Функции гликозидов
Гликозиды состоят из углеводной части – гликона, и из неуглеводной
– агликона или генина, соединенные между собой гликозидной связью. Они
весьма широкораспространены в растительном мире, особенно среди
семейств Аронниковые (Araceae), Лилейные (Liliaceae), Норичниковые
(Scropfulariaceae), Бобовые (Fabaceae), Гречишные (Polygonaceae), Астровые
(Asteraceae), Розовые (Rosaceae) [79]. Важнейшей функцией гликозидов в
растении является – защита от инфекций и поедания животными. Незрелые
фрукты и овощи имеют высокое содержание гликозидов и имеют горький
вкус. При созревании эти гликозиды расщепляются и образуются сахара,
ароматические вещества и пигменты, которые придают плодам приятный
вкус и аромат, для привлечения животных. Многие гликозиды могут
являться фитоантисипинами (протоксинами), которые образуют барьер при
внедрении патогенов [33]. Также гликозиды могут выполнять функцию
детоксикации, легко присоединяясь к ядовитым соединениям. Значимы для
растений пигменты гликозидной природы, а нуклеотиды, нуклеозиды,
нуклеиновые кислоты имеют гликозидные остатки и входят в состав
важнейших коферментов. Они участвуют в окислительно-восстановительных
реакциях клеток и участвуют в построении важнейших молекул. Известны
данные
о
значении
неблагоприятных
холодоустойчивых
гликозидов
условиях.
растениях.
в
формировании
Например,
арбутин
устойчивости
в
накапливается
в
Высокомолекулярными
гликозидами
25
растительного происхождения являются сапонины. Сапонины имеют
специфические свойства при действии на животные организмы [33].
1.2.3.3. Функции терпенов (изопреноидов)
Изопреноиды среди вторичных метаболитов – это самый обширный
класс. Каучук и гута затягивают раны древесных и кустарниковых видов
растений,
фитол
терпеновой
природы
содержится
в
хлорофилле.
Гибберелины (ГК) и абсцизовая кислота (АБК) относятся к изопреноидам,
являющиеся важнейшими фитогормонами. Ксантоксин – ингибитор растений
относится к терпеноидам. Пластохинон, убихинон и зеатин (цитокинины)
содержат в структуре остаток в боковой цепи. Многие терпеновые обладают
аллелопатическими соединениями, выполняя в растении различные функции.
Также они входят в состав эфирных масел и смол, участвуют в биосинтезе
целлюлозы. Терпеноиды: ментол, лимонен, гераниол, камфора, ванилин,
тимол и другие входят в состав огромного количества эфирных масел,
бальзамов, смол. Их функции в растении разнообразны. Эфирные масла
выполняют
защитные
функции,
антиоксидантные
и
фитонцидные,
выполняют инсектицидные функции, а главная функция всех эфирных масел
– привлечение насекомых для оплодотворения цветка, распространения
семян и плодов. Содержащиеся в полыни и кориандре терпеноиды способны
отпугивать грызунов. АБК из сесквитерпеноидов резко возрастает в
количестве как ответный механизм растения при неблагоприятных условиях,
тормозя процессы роста, снижая прорастание семян [33].
1.2.3.4. Функции фенольных соединений
Фенольные
соединения
–
ароматические
вещества,
включают
большое количество классов содинений: простые фенолы; фенольные
кислоты;
фенолспирты
(фенилуксусные
кислоты,
ацетофены);
фенилпропаноиды; нафтохиноны; бензофеноны и ксантоны; стильбены и
антрахиноны; флавоноиды и изофлавоноиды; дубильные вещества, лигнины
26
и меланины. Фенолы образуют множество структур и могут включать
соединения других классов. Об их функциях в растениях можно только
догадываться, потому что в последнее время ученые всё больше работ
посвящают функциям фенолов и признают их значимость и функциональное
многообразие [33].
К простым фенолам относят пирокатехин, резорцин, гидрохинон,
которые в соединении с другими веществами образуют, например, урушиол,
тетрагидроканнабиол, известные своими действиями. Урушиол (вещество
сумаха
восточного)
вызывает
дерматиты
и
интоксикацию,
тетрагидроканнабиол (действующее вещество конопли - Cannabis) действует
на центральную нервную систему, угнетает сердечную деятельность,
повышает артериальное давление, вызывает рвоту у млекопитающих. В
растениях эти вещества в основном выполняют функцию реппелентов,
отпугивая насекомых и других вредителей [33].
Фенольные
протокатеховая,
кислоты
галловая,
как
сиреневая
бензойная
известны
кислота,
салициловая,
различными
важными
функциями в растениях. Ряд авторов салициловую кислоту относят к
фитогормонам, она участвует в образовании этилена, восстановлении
нитратов, активизируется в ответ на вторжение патогенов. Салициловая
кислота в виде эфира известно нам как аспирин, в промышленных масштабах
использующийся в медицинской практике [12].
Фенилпропаноиды – оксикоричная кислота, кофейная, феруловая,
оксикоричные спирты, кумарины, изокумарины, фенилпропены, хромоны в
растениях часто распространены. Кофейная кислоты встречается во многих
растениях, особенно в кофейном дереве (Caffea). Оксикоричная образует
стереоизомеры кумариновую и орто-кумаровую кислоты. При повреждении
растений, от гликозидов кумаровой кислоты отсоединяются сахара и
высвобождается кумарин, он характерен многим растениям и имеет запах
свежескошенной травы. Производные кумарина широко распространены,
особенно много их в растениях семейства Рутовые (Rutaceae), Зонтичные
27
(Umbelliferae),
Пасленовые
(Solanaceae),
Бобовые
(Fabaceae).
Особо
интересны из производных кумарина – фуранокумарины, они выполняют в
растениях, по-видимому, защитную функцию. Некоторые авторы считают,
фуранокумарины
взаимодействия
являются
с
аллелохимикалиями,
другими
растениями.
Эти
вступающими
вещества
во
известны:
умбелифферон, скополетин, сфондин, ангелицин, бергаптен, псорален,
ксантотоксин и др. Названные вещества важны в фармацевтике, в малых
дозах обладают ранозаживляющим, фотосенсибелизирующим действием. К
хромонам относят группу витаминов Е – токоферолов.
Стильбены – расвератрол, пиносильвин найдены в древесине сосны
ели
(Pinus),
(Picea),
евклипта
(Eucalyptus)
обладают
мощным
антибактериальным действием, выполняют в растении защитную функцию.
Антрахиноны – антрацен и производные, алоэ-эмодин, реин широко
распространены среди растений. Они также обладают антимикробным
действием, оказывая защитную функцию. Хиноны – гиперицин известны как
вещества, выполняющие антимикробное действие в растениях. Стильбены по
своим свойствам и биогенетическому происхождению имеют сходство с
флавоноидами. Как и последние, стильбены образуются комбинацией двух
путей биосинтеза – шикиматного и ацетато-малонатного. Немногие
представители этого класса обладают антимикробной и фунгицидной
активностью.
Флавоноиды и флавоны – фенольные соединения, являющиеся
хлор-
и
сульфатсодержащими
соединениями.
Флавоноиды
часто
сосредоточены в вакуолях, иногда в хромопластах и хлоропластах. В
растении локализуются главным образом в листьях, плодах, реже в стеблях и
подземных органах. Основные классы флавоноидов – антоцианидины,
флавонолы, халконы и ауроны имеют разную окраску – бесцветные, желтые,
красные
и
синие.
Катехины,
лейкоантоцианидины,
дигидрохалконы,
флавонолы и флавоны не имеют окраску, всем другим классам она присуща.
Катехины широко распространены в съедобных плодах и ягодах, в древесных
28
покрытосеменных и голосеменных растениях. В наибольшем количестве
катехины содержатся в молодых побегах чайного растения (до 30% от сухой
массы), ягодах и гроздях винограда, бобах какао и кола. Катехины обладают
самой высокой P-витаминной активностью в сравнении с другими классами
флавоноидов [24,22].
Антоцианидины придают разнообразную окраску цветкам, ягодам и
плодам – от розовой до черно-фиолетовой. Антоцианы обладют защитной
функцией, от бактерий и грибов, а также привлекают эти красители
насекомых и животных. Антоцианы также выполняют роль фильтра в тканях
растений от ультрофиолетовых лучей и вызывают сопротивляемость
ратсений против болезней. Среди известных флавонов -
кверцетин и
кемпферол имеют все большее значение. Среди изофлавоноидов и
неофлавоноидов наиболее важнейшие генистеин, формононетин и кумэстрол
обладающие эстрогенной активностью. Птерокарпаны выполняют роль
фитоалексинов [33]. Наиболее известными фитоалексинами птерокарпановой
природы являются выделенные их гороха пизатин, фазеоллин из фасоли,
медикарпин из люцерны и глицеоллин из сои. Один из простейших
роденоидов
активностью.
ротенон
Эти
и
его
вещества
производные
ингибируют
обладают
инсектицидной
активность
фермента
(дегидрогеназы) в электронно-транспортной цепи митохондрий [12,33].
Димерные фенольные соединения включают в себя полифенолы.
Типичными представителями являются лигнаны (димеры оксикоричных
спиртов). Их можно выделить из коры, древесины, листьев, корней, плодов
различных растений. Лигнаны обладают антиоксидантной, антимутагенной, а
также антивирусной, фунгицидной и инсектицидной активностями. Лигнаны
обнаружены в семенах элеутеррококка колючего (Eleutherocóccus senticósus),
перца черного (Píper nígrum), кунжута индийского (Sésamum índicum) [33].
Среди нафтохинонов известны пластохиноны, убихиноны, филлохинон,
менахинон (одновременно относящиеся к терпеновым), участвуют во многих
процессах растений, включая фотосинтез (фотосинтетической системе).
29
Юглон, лавсон защищают растения от инфекций и обладют ингибирующим
действием по отношению к другим представителям фитоценоза [11].
К полимерным фенольным соединениям, найденным в растениях,
относятся
дубильные
вещества
(танин),
лигнины
и
меланины.
Гидролизуемые дубильные вещества объединяют галлотаннины и эллаготаннины. Они широко используются в промышленности и медицине.
Растительные меланины придают черную окраску семенам подсолнечника,
арбуза, конских бобов, ракитника и других растений [24].
Таким образом, вторичные соединения растений многообразны и их
роль в жизни растения крайне важна, иногда превосходя, первичные или
вступая в синергические реакции они принимают участие во всех процессах
роста и развития организма. Фенольные соединения включают в себя
большое разнообразие соединений и отличаются множеством выполняемых
функций в растительном организме, интереснейшей из которых является –
аллелопатическое воздействие на другие растения [48].
1.2.3.5.
Функции и фотосенсибилизирующая активность
фуранокумаринов
Биологическая роль кумаринов для растений пока еще до конца не
выяснена. Предполагают, что кумарины:
- являются регуляторами роста (в больших концентрациях угнетают рост
растений, в малых — стимулируют рост);
- выступают в роли защитных факторов против заболеваний и вредителей
растений;
- предохраняют молодые органы растения от избыточного действия
ультрафиолетовых лучей.
Образуются в результате конденсации кольца фурана и ядра
кумарина [47]. В зависимости от места конденсации подразделяются на
группы:
30
А) производные псоралена, т.е. фурокумарины, фурановое ядро которых
сконденсировано с кумарином в 6,7-положении (псорален, ксантотоксин,
бергаптен, изопимпинеллин) (рис.5);
Рисунок 5. фуро- 21,31: 6,7-кумарин или 6,7-фурокумарин (Псорален)
Содержится в плодах псоралеи костянковой (Psoralea drupacea, c.
Fabaceae) и в листьях инжира, с. тутовых (Ficus carica, с. Moraceae). К
производным псоралена относятся его метоксипроизводные (рис. 6):
Ксантотоксин
Изопимпинеллин
Бергаптен
Пеуцеданин
Рисунок 6. Фурокумарины - производные псоралена
Ксантотоксин, бергаптен, изопимпинеллин выделены из плодов амми
большой (Ammi major,) и пастернака посевного (Pastinaca sativa); пеуцеданин
– из корней горичника Мориссона (Peucedanum morisonii,) c. Apiaceae.
Б) производные ангелицина, т.е. фурокумарина, фурановое ядро которого
сконденсировано с кумарином в 7,8-положении (рис. 7): например,
ангелицин, атамантин.
31
Рисунок 7. 7,8-фурокумарин или фуро-2131:7,8-кумарин (ангелицин)
Ангелицин содержится в плодах псоралеи костянковой (Psoralea
drupacea, c. Fabaceae) и пастернака посевного (Pastinaca sativa, c. Apiaceae)
[41].
Фотосенсибилизирующие свойства фуранокумаринов.
Фотосенсибилизаторы встречаются в природе часто, они входят в
состав
растений.
Люди
давно
подметили
явление
повышения
чувствительности к свету при употреблении в пищу или при контакте
открытых частей тела с соком, например пастернака, петрушки, сельдерея.
Как оказалось впоследствии, все эти растения содержат фенольные
соединения
из
класса
фурокумаринов,
ультрафиолетовые лучи с длиной волны
ультрафиолет),
переходят
в
возбужденное
которые
поглощают
более 300 нм (ближний
состояние
и
вызывают
воспалительные процессы на коже, называемые дерматитами. В настоящее
время известно более полутора сотен фурокумаринов растительного
происхождения
[91].
Для
10
фурокумаринов
установлена
фотосенсибилизирующая активность, причём она наиболее выражена у
псоралена, бергаптена и ксантотоксина. Фотосенсибилизирующая активность
фурокумариноносных растений зависит от ряда факторов:
1) концентрации фотодинамически активных фурокумаринов в соке
растений;
2) количества фотодинамически активных фурокумаринов, которые попали
на кожу или внутрь организма;
3) длительности контакта сока этих растений с кожей человека;
32
4) интенсивности и длительности облучения УФ-лучами участков кожи;
5) индивидуальных особенностей человека.
Так, альбиносы, блондины и дети особенно чувствительны к
воздействию фурокумаринов. Известно, что часто достаточно всего 1–2
минут контакта кожи с соком фурокумариноносных растений и 2-х минут
последующего облучения солнечным светом в течение первых двух суток с
момента контакта, чтобы вызвать ожоги 1-й степени. Случаи ожогов среди
населения были довольно часты и нередко протекали в тяжелой форме.
Замечено, что активнее поражается мокрая (например, после купания) или в
состоянии обильного потоотделения кожа, а также при наличии росы на
растениях [41].
Лекарственные растения, содержащие производные кумарина –
фурокумарины,
являются
основными
источниками
препаратов
фотосенсибилизирующего действия. В отечественной практике были
созданы такие суммарные фурокумариновые препараты, как бероксан (из
плодов Pastinaca sativa L.), аммифурин (из семян Ammi majus L.), псорален
(из плодов и корней Psoralea drupacea Bunge) и псорабан (из листьев Ficus
carica L.). Они способны в слабых концентрациях усилить устойчивость
кожного покрова [91].
33
1.3.
Взаимоотношения и взаимосвязи между растениями
Растения возникли в водной среде. Их успешное эволюционное
приспособление к суше было достигнуто, в основном, за счет образования
большого
количества
образующими
разнообразных
растениями».
Хотя
фенольных
большая
соединений
часть
этих
«фенол
веществ,
предположительно, находится в клеточной стенке, выполняя структурную
роль, некоторое число синтезированных неструктурных компонентов
выполняют защитную функцию от насекомых, патогенных микроорганизмов,
вирусов, принимают участие в конкурентных отношениях в пределах
растительного сообщества [11]. Ученые пришли к более полному пониманию
их значения за последние несколько десятилетий. Растения ограничены в
пространстве и находясь в постоянном контакте с окружающими растениями,
микроорганизмами
и
другими
представителями
биоты
в
процессе
жизнедеятельности вступают во взаимоотношения с представителями ценоза,
конкурируя
с
растениями
находящимися
на
определенном
участке
пространства, за свет, микроэлементы, почву, влагу [90]. Сложные
взаимоотношения растений в фитоценозе обусловлены выделением в
окружающую среду веществ вторичного происхождения, которые вступают
во взаимоотношения с другими растениями прямым или косвенным путем.
Прямые (контактные) взаимоотношения представляют собой механические
или экологические взаимоотношения между видами, для косвенных
отношений характерны многоступенчатость и неявный во времени эффект
воздействия через химические выделения. Выделительная система высших
растений крайне мало изучена[97]. Зарубежные и российские исследователи
этой проблемы классифицируют виделения растений на активные и
пассивные, а выделения отмерших растительных тканей относят к
посмертным [22, 98, 149, 161].
34
Активные элементы выделительной системы растений синтезируются
внутри организма растения и выделяются в окружающее пространство в
результате обменных процессов в виде гуттации, паров эфирных масел,
кутикулярных экскретов, корневых экзометаболитов [163]. Их называют
активными выделениями растений (рис. 4).
Существуют пассивные
выделения растений. Вымываемые осадками из листьев, соцветий и других
вегетативных органов, а также вещества, образующиеся в результате
механических и патологических повреждений
относят к пассивным
выделениям растений (рис.4). Сумма всех перечисленных выделений живых
и мертвых организмов и отдельных их частей составляет так называемый
аллелопатический потенциал.
Аллелопатический
потенциал
создает
аллелопатическую
напряженность среды [164]. Большинство известных растений обладают
аллелопатической активностью в большей или меньшей степени.
Рисунок 4. Формы секреции (выделения) и воздействия веществ вторичных
метаболизма растений (165)
35
Химическая природа аллелопатиических агентов – аллелохимикалий
(колинов) весьма разнообразна. Среди них отмечены вещества вторичного
происхождения (терпеноиды, стероиды, органические кислоты, алкалоиды),
вещества, образующиеся в процессе метаболизма, гидролиза и автолиза
растительного и микробного происхождения (белки, аминокислоты, пурины,
полипептиды) [36].
Вещества
вступающие
в
аллелопатические
взаимоотношения
образуются в результате вторичного метаболизма растений. Вторичный
метаболизм присущ обычно только спициализированным органам и только
определенным фазам развития растений [15]. Вторичные метаболиты
обладают таксономической специфичностью, то есть каждый из них
синтезируется определенным таксоном (на уровне семейства, рода, вида).
Надо отметить, что между первичным и вторичным обменами существуют
неразрывная связь. Так, как предшественники вторичных метаболитов часто
образуются в процессах первичного обмена.
Тем более, что многие
продукты вторичного обмена участвуют в жизненно важных процессах роста
и развития. Потому, разделенная классификация втоичного и первичного
метаболизмов весьма условна.
Аллелопатия это биологическое явление, с помощью которого
организм выделяет одну или несколько биохимически активных веществ,
влияющие на рост, выживание и размножение других организмов. Эти
биохимически активные вещества могут быть полезными (положительная
аллелопатия) или вредными (отрицательная аллелопатия) при воздействии на
другие организмы. Аллелопатия характерна для растений, водорослей,
бактерий, кишечнополостных, грибов. Аллелопатические вещества являются
производными веществами вторичных метаболитов, которые не требуются
для основного метаболизма (например, роста, развития и воспроизводства)
организма. Аллелопатические взаимодействия являются важным фактором,
определяющим в распределении видов и обилии растений в биоценозе, а
36
также считается важным в успехе распространения и размножении многих
видов инвазивных растений [25].
Первые научные описания аллелопатии высших растений приведены
А. П. Декандолем (1832) [81]. Термин аллелопатия от греческих слов аllelоpathy (что означает "взаимный вред" или "страдание"), был впервые
использован в 1937 году австрийским профессором Гансом Молишем в книге
Der Einfluss einer Pflanze auf die andere - Allelopathie (Влияние растений друг
на друга) опубликованной на немецком языке [139]. Он выделил факторы
аллелопатии: летучие выделения цветков, плодов, семян, др. органов, а также
вещества-ингибиторы, содержащиеся в различных тканях растений [81].
Молиш включал в аллелопатию и вредные, и благоприятные
воздействия. Некоторые ученые включают в определение аллелопатии
только
вредные
воздействия
заинтересовались
[8].
аллелопатией
последователем
Молиша
Во
многих
благодаря
исследователем
европейских
странах
обширным
работам
Герхардтом
Грюммером.
Важнейшую роль в развитии аллелопатии в СССР сыграла вышедшая в 1965
году книга Андрея Михайловича Гродзинского «Аллелопатия в жизни
растений и сообществ» [22].
1.3.1. Взаимоотношения между культурными растениями
Культурные
отрицательную
растения
реакцию
корней
выделяют
других
вещества,
культурных
вызывающие
растений,
что
подтверждено рядом исследований Шрайдера и Рида в 1911г. Например,
вещества, выделяемые корнями пшеницы, заставляют отклоняться от них
корни пшеницы, кукурузы, коровьего гороха и овса, также корневые
выделения овса вызывают отталкивание корней овса.
В 1964 году
Нильсен исследовал влияние водных экстрактов,
приготовленных из сена люцерны посевной (в фазе 50%-го цветения), сена
тимофеевки луговой (в фазе 50%-го цветения), также из соломы овса и ботвы
картофеля, на прорастание семян и рост проростков кукурузы (Zea mays), сои
37
(Glycine max), гороха (Pisum sativum), овса (Avena sativa),
люцерны
(Medicago sativa) и тимофеевки (Phleum pratense) [76].
В
результате проведённых исследований был получен следующий
результат: все экстракты ухудшали всхожесть тимофеевки, причём сильнее
других действовали экстракты из люцерны, тимофеевки и картофеля.
Экстракт из люцерны сильнее других подавлял рост корней и побегов всех
видов. Экстракт из тимофеевки был следующим по активности подавления
роста корней; он сильнее, чем экстракты из овса, кукурузы и картофеля,
подавлял рост побегов всех растений, кроме овса. Рост побегов подавлялся
экстрактом из тимофеевки меньше всего. Экстракты можно расположить по
уменьшению токсичности следующим образом: экстракт из люцерны,
кукурузы, овса и, наконец, из картофеля. Устойчивость тестируемых
растений к токсическому действию этих экстрактов снижалась в следующем
порядке: люцерна, кукуруза, соя, горох, овёс, тимофеевка. Корни растений
были в общем более чувствительны к экстрактам, чем стебли [22].
Проведенные эксперименты, показывают, что водные экстракты из
злаков (ячменя, ржи, пшеницы и овса) подавляли рост растений пшеницы
даже при концентрации 1:400. Токсические вещества были зафиксированы
также в водных вытяжках из почв, содержащих различные количества
соломы и остатков корней [5, 11]. В водных экстрактах из соломы и
спиртовых экстрактах их корней были идентифицированы веруловая,
n-кумаровая, ванилиновая и n-оксибензойная кислоты. Все эти вещества в
концентрации 10 мг/л угнетали рост корней ржи и пшеницы в водной
культуре. В 1960 году Бёрнером устрановлено, что корневые волоски живых
корней овса выделяют скополетин, а живые корни пшеницы и арахиса
выделяют
3,4-диоксифлавон.
Скополетин
даже
при
очень
низкой
концентрации (3-10ˉ М) подавлял рост корней овса и тимофеевки [5].
38
В 1964 году исследователи Грант и Селланс установили, что холодные
водные экстракты из корней лил надземных частей люцерны посевной,
клевера красного и ползучего, лядвенца рогатого, тимофеевки луговой,
костра, ежи сборной и канареечника тростникового влияли на прорастание
меньше, чем экстракты из бобовых; экстракты их надземных частей были
токсичнее, чем экстракты из корней; экстракты из побегов всех злаков
снижали прорастание других видов злаков, однако результаты, полученные
для костра, не были статистически достоверными ни в одном из опытов;
экстракты из корней злаков заметно подавляли прорастание только одного
злака,
канареечеика
тростникового
[11].
Достоверные
данные,
свидетельствующие о снижении прорастания бобовых под действием
экстрактов из злаков, были получены для клевера ползучего, рост которого
подавлялся экстрактами из надземных частей тимофеевки, канареечника
тростникового и ежи сборной.
Экстракт из корней люцерны препятствовал росту побегов в длину у
всех видов, за исключением тимофеевки и люцерны; этот экстракт особенно
резко замедлял рост остальных трёх из перечисленных выше видов бобовых.
Экстракт из надземных частей люцерны действовал в основном также, но
менее сильно [11].
Экстракты из злаков, как правило, менее препятствовали росту корней,
чем экстракты из бобовых. Экстракты из побегов обычно были активнее,
нежели экстракты их корней.
Грант и Селланс расположили растения в порядке уменьшения их
токсичности следующим образом: люцерна посевная, лядвинец рогатый,
клевер ползучий, клевер красный, конареечник тростниковый, костёр,
тимофеевка
луговая,
ежа
сборная.
Наименее
чувствительными
к
токсическому действию экстрактов они считают люцерну посевную и
тимофеевку
луговую,
а
наиболее
чувствительным
—
канареечник
тростниковый. В целом экстракты из надземных частей были токсичнее
экстрактов из корней, за исключением люцерны посевной.
39
По мнению этих исследователей выраженное ингибирующее действие
люцерны на все испытанные растения объясняет то, что люцерна считается
очень «агрессивной» при её посеве с другими кормовыми культурами. В то
же время тимофеевка луговая и клевер красный часто высеваются вместе, и
данные Гранта и Селланса свидетельствуют о том, что эти виды вполне
совместимы друг с другом [11].
1.3.2. Влияние культурных растений на сорняки
Культурные растения, в свою очередь, оказывают эффект своими
выделениями на рост сорняков. Так, учёные Дзюбенко и Петренко в 1971
году изучали взаимодействие между двумя видами сорняков — марью белой
(Chenopodium album) и ширицей запрокинутой (Amaranthus retroflexus) - и
двумя видами культурных растений — люпином белым (Lupinus albus) и
кукурузой (Zea mays). Корневые выделения культурных растений подавляли
рост сорняков и увеличивали в них активность ферментов каталазы и
пероксидазы.
В
другом
исследовании
(Неуструева,
Добрецов,
1972)
было
установлено, что пшеница, овёс, горох и гречиха подавляют рост, снижают
накопление биомассы и уменьшают листовую поверхность мари белой. Овёс
в период цветения оказывал особенно сильный эффект на эти показатели
[11].
При совместном посеве семян фиалки и ржи прорастает 100 процентов
семян фиалки, а при посеве семян фиалки и пшеницы ни одно семя фиалки
не прорастает. Вблизи участка с полынью, даже на расстоянии одного метра,
наблюдается резкое угнетение роста льна, тмина, шалфея, гвоздики,
георгина. И.С. Остапенко в результате своих опытов получил интересные
данные о взаимоотношении сорных и культурных травянистых растений в
посевах (табл. 2.) (Б. П. Токин, 1980).
40
Таблица 2.
Аллелопатические отношения сорных растений, по Остапенко
Культурные растения
Угнетают
Стимулируют
марь многосемянную,
просо, мелколепестник
василёк синий
канадский
пырей ползучий, марь
вьюнок полевой,
многосемянную
мелколепестник канадский
Гречиха
пырей ползучий
вьюнок полевой, редьку дикую
Лён
осот синий
Овёс
марь многосемянную
Вика и овёс
пырей ползучий
Люпин жёлтый
вьюнок полевой
редьку дикую
Сорные растения
Угнетают
Стимулируют
Хвощ полевой
пшеницу яровую
—
Редька дикая
гречиху, лён, вьюнок полевой
—
Рыжик
лён
—
Пшеница яровая
Пшеница озимая
—
редьку дикую
редьку дикую, осот синий, хвощ
полевой
С учётом вышеприведённых экспериментальных данных можно полагать,
что в принципе культурные растения могут подавлять рост проростков
сорняков, также как сорняки — рост культурных растений. В этом случае
фитотоксины можно рассматривать как естественные гербициды [22].
Явления аллелопатии могут иметь существенные значения при
разработке систем выращивания растений без применения химических
средств борьбы с сорняками, так как фитотоксины культурных растений
могут быть естественными гербицидами.
41
В ответ на нападение членнистоногих вредителей некоторые растения
используют для передачи информации другим растениям ценоза летучие
химические
соединения,
получившие
название
фитоферомоны
(метилжасмоновая кислота и другие изопреноиды). Воспринимая этот
сигнал, растения отвечают на него экспрессией генов защитного ответа:
хитиназ, глюконаз, липоксигеназ, ингибиторов протеиназ и др. (Н. Н.
Третьяков, 2005).
В настоящее время уже имеется возможность выведения таких
культурных растений, которые путем аллелопатического воздействия
способны подавлять наиболее распространенные в интересующем нас районе
сорняки. Многие из синтезируемых растениями веществ, повышающих
устойчивость
растений
к
болезням,
являются
в
то
же
время
аллелопатическими агентами [22].
Ризобитоксин, синтезируемый некоторыми штаммами Rhizobium
japonicum, при внесении в почву в количестве примерно 0,2 кг/га действует
как эффективный гербицид. Агростемин, продуцируемый куколем посевным
уменьшает засоренность и повышает урожаи трав на пастбищах. В США
испытано 3000 сортов овса с целью выявить способность выделять
скополетин, ингибирующий рост растений [20].
Корни
25
сортов
выделяли
больше
веществ
с
максимумом
флуорисценции в синей области спектра (что характерно для скополетина),
чем районированный сорт. Четыре сорта выделяли
в три раза больше
скополетина, чем сорт, районированный для конкретной зоны. Когда один из
выделенных 25 сортов выращивали в песчаной культуре в течении 16 суток
вместе с гочицей ланцетной (Cakile lanceeolata L.), этот сорняк рос
значительно хуже, чем при совместном выращивании с сортом, к которому
он адаптировался. Растения горчицы, растущие в непосредственной близости
с сортом, обладающим аллелопатическим действием, отличались сильных
хлорозом,
карликовостью
и
скручиванием,
что
говорило
скорее
о
химическом влиянии, чем о простой конкуренции [11].
42
Украинские
исследователи
(Гродзинский
с
соавторами,
1974)
проводили эксперименты по переносу генов образования токсинов в гибриды
пырея (Agropyron glaucum L.)
и пшеницы Лютесценс 329. Испытывая
влияние водных экстрактов растительного материала пырея и пшеницы на
прорастание семян редиса и рост корней кресс-салата (Lepidium sativum L.),
они обнаружили, что экстракты пырея более токсичны, чем экстракты
остатков растений пшеницы. Гибриды первого поколения проявляли в
основном свойства пырея и обладали высокой ингибирующей активностью
[20].
Ингибирующая активность других изученных гибридов оказалась
промежуточной.
Это
только
начало
работ
в
области
генетики
аллелопатических свойств и ещё много явлений не изучено. Есть огромная
основа для возможности борьбы с сорняками путем аллелопатического
влияния культурных растений.
Уже сейчас полученные данные свидетельствуют о разнообразии и
возможностях борьбы с сорняками на биологическом, естественном уровне –
аллелопатическим
влиянием
растений,
без
применения
химических
препаратов [11]. Это позволит без экологических нарушений проводить
обработку полей естественными препаратами растительного происхождения.
43
1.3.3. Влияние сорных растений на культурные растении.
Ученый
Декандоль в 1832 году после проведенных экспериментов высказался, что
корневые выделения бодяка полевого (Cizsium arvense L.) в полевых
условиях отрицательно влияют на рост овса, а корневые выделения
молочайных (Euphorbia) и скабиозовых (Scabiosa) — на рост льна,
райграсовых (Lolium) – на рост пшеницы [22]. В 60-х годах XX века было
установлено, что такой сорняк льняных полей как рыжик льняной (Camelyna
alyssum),
который
существенно
снижает
урожай
льна
даже
при
незначительном засорении, содержит в своих листьях очень мощный
ингибитор роста растений, который пока не идентифицирован. Также было
обнаружено, что пырей ползучий (Agropiron repens) существенно снижает
рост надземных органов пшеницы (Triticum vulgare) посредством угнетения
способности ею поглощать фосфор из почвы (даже при достаточном его
содержании) [11]. Чуть позже, Г. Е. Жамба, установил, что летучие
соединения из плодов борщевика Сосновского угнетают прорастание семян
редиса и зерновок пшеницы. Рост колеоптилей пшеницы как на свету, так и в
темноте тормозился в 100% случаев (Б. П. Токин, 1980). Водные экстракты
из надземных частей подмаренника настоящего (Galium mollugo) подавлябт
прорастание семян: у пшеницы – на 18...100%, редиса – 19...42%,
подсолнечника – 10...100%, а также угнетают развитие луковиц и корней
лука. Щетинник гигантский (Setaria faberii) даже в отсутствие конкуренции
за факторы среды подавлял рост и снижал урожай кукурузы за счёт корневых
выделений на 35 – 90% [11]. Настои из надземных побегов амброзии
полыннолистной (Ambrósia artemisiifólia L.) снижали рост проростков и
прорастание семян горчицы(Sinapis alba L.) на 23 - 50 % (Т. Н. Глубшева,
2010).
Экстракты
некоторых
видов
их
семейства
бальзаминовых
(Balsamináceae) таких как недотрога обыкновенная (Impatiens noli-tangere) и
недотрога
мелкоцветковая
(Impatiens
parviflora),
ингибировали
рост
гипокотилей и корней горчицы белой (Leucosinapis alba) и рапса (Brassica
44
napus) [72]. Такими данными владеют чешские исследователи аллелопатии
бальзаминовых.
Благодаря многим работам в изучении аллелопатии растений
подтверждается наличие механизмов взаимодействия между сорными и
культурными растениями [20].
45
ГЛАВА 2. Объекты и методики исследований
2.1. Описание объектов исследований
Объектом исследований являются: физиологически активные вещества
H. sosnowskyi, вступающие во взаимоотношения с культурной и сорной
растительностью. Морфофизиологические характеристики борщевика, его
способность к конкуренции и стремительно завоевывать новые территории
(инвазия) [68].
2.1.1. Циклы развития растений H. sosnowskyi
В жизненном цикле H. sosnowskyi выделяют три основных возрастных
периода:
Первый – первичного покоя (в ботанической терминологии латентный).
Второй – прегенеративный (в ботанической терминологии виргинильный).
Третий – генеративный [41].
2.1.1.1. Первый период развития растений H. sosnowskyi
У борщевика плод – двусемянка, состоящий из двух сухих
односемянных плодиков, мерикарпий. На тыльной стороне мерикарпиев
имеется 5 слабо выступающих нитевидных ребер, из которых краевые
крыловидные.
Между
ребрами
расположены
четыре
секреторные
эфиромасличные канальцы, на брюшной стороне их два. После схода снега
семена начинают прорастать, и растение вступает во второй возрастной
период – прегенеративный (виргинильный) [31].
2.1.1.2. Второй период развития растений H. sosnowskyi
Это самый длительный период, может продолжаться в зависимости от
условий обитания от 3 до 10 лет. Прорастание семян у борщевика
происходит следующим образом. Первым появляется корешок, затем растет
петлеобразно гипокотиль, который, выпрямляясь, выносит над поверхностью
почвы семядоли. Проросток имеет белый корешок, гипокотиль, две семядоли
46
и верхушечную почку. В дальнейшем у проростка развивается стержневой
корень. Через неделю он удлиняется до 10 см, длина гипокотиля (часть
проростка от места прикрепления семядолей до корневой шейки) сильно
варьирует – от 2 до 12 мм. Пластинки семядолей узколанцетные, зеленые,
длиной до 1 см, постепенно переходят в черешки, которые срастаются
своими основаниями в семядольную трубку. Семядольная трубка хорошо
защищает верхушечную почечку и растущий первый настоящий лист. Через
две недели после всходов появляется пластинка первого настоящего
трехлопастного листа. Первый лист обычно небольшой, длиной до 3 см и
шириной около 3,5 см. С появлением первого листа происходит быстрый
рост боковых корней, утолщение главного корня, гипокотиль и базальная
часть главного корня сжимаются. Благодаря этому происходит постепенное
погружение гипокотиля в почву (рис.8).
Рис. 8. Проросток H. sosnowskyi в прегенеративный период с образованной
корневой системой
В результате верхушечная почка с зачатками последующих листьев
оказывается ниже поверхности почвы, поэтому хорошо защищена от
внешних воздействий, а также от скашивания или поедания животными.
47
Второй лист появляется примерно через неделю после первого. Он
пятилопастной. У H. sosnowskyi листовая пластинка около 4 см длиной и 6 см
шириной, длина черешка до 15 см. С появлением третьего настоящего листа
семядоли
желтеют
и
отмирают.
Пластинка
третьего
листа
уже
трехраздельная, парные доли двулопастные, верхняя – трехлопастная. С
появлением 4-го листа отмирает первый [42].
Обычно интенсивный рост 4-го, 5-го и 6-го листьев сопровождается
отмиранием 1-го, 2-го и 3-го листьев. Между появлением 6-го и 7-го листьев
у борщевика наблюдается двухмесячный перерыв в росте. Только в начале
августа у растений начинается интенсивный рост 3-й тройки листьев. Это
листья второй генерации. Для них характерен быстрый рост до появления
снега, при этом размер листьев меньше, чем у листьев второй тройки [42].
Аналогично происходит рост растений борщевика и на третий год
жизни, если они не переходят к формированию генеративных органов –
цветоносного стебля, соцветий и цветков. За каждый год вегетации в
ювенильной стадии вегетативный побег незначительно удлиняется, на нем
формируется годичное кольцо – место прикрепления черешков листьев.
Стеблекорень борщевика по морфологическому строению аналогичен
корнеплоду моркови или сахарной свеклы. Если представить себе
стеблекорень борщевика в виде корнеплода сахарной свеклы, то головка
корнеплода со следами черешков отмерших листьев и есть сильно
укороченный вегетативный побег. На его верхушке находится центральная
почка, которая в процессе роста и развития, до перехода растения в
генеративное состояние, вычленяет зачатки все новых и новых листьев. В
популяциях растений борщевика встречаются единичные особи, у которых
верхушечная почка может перейти к формированию зачатков соцветия уже в
конце первого года жизни. Большая часть растений переходит в генеративное
состояние в конце второго года жизни, однако значительная часть из них
приобретает способность к образованию генеративных органов на 3-й, 4-й и
даже 10-й год жизни [41].
48
2.1.1.3.Третий генеративный период H. sosnowskyi
Переход в генеративный возрастной период у растений борщевика
происходит в момент формирования зимующей почки, в которой к концу
вегетации уже заложены зачатки всех основных частей цветоносного побега.
Последующая дифференциация осей соцветия и цветков проходит весной, но
протекают все эти процессы в начале весны, когда почка еще находится в
почве. Все дальнейшие процессы развития цветков происходят во время
надземного развития побега. Цветоносный побег высотой от 2 до 4 м
заканчивается соцветием – зонтиком. После формирования семенного
потомства цветоносный побег отмирает [68].
У H. sosnowskyi вегетативная часть побега трехлетних растений не
ветвится, и на ней не развиваются боковые розетки ассими- лирующих
листьев. По этой причине у H. sosnowskyi после плодоношения отмирает не
только цветоносный побег, но и все растение с подземной его частью и
корневой системой. Такие растения, способные цвести и плодоносить один
раз в жизни, а затем отмирающие, называют монокарпиками.
Следует подчеркнуть, что при введении в культуру H. sosnowskyi как
кормового растения его монокарпичность характеризовалась как недостаток,
поскольку после плодоношения плантация борщевика благодаря этой
биологической особенности сильно изреживалась[41].
Растения,
находящиеся
в
оптимальных
условиях,
развивают
максимальное число боковых побегов и поэтому несут максимальное число
сложных зонтиков. Центральный зонтик всегда самый крупный; боковые
зонтики меньше центрального, хотя иногда и приближаются по размеру к
центральному зонтику. Чаще всего зонтики I порядка меньше центральных в
1,5–2,5 раза, зонтики II порядка – в 2–8 раз, зонтики III порядка – в 3,5–10 раз
и зонтики IV порядка – в 4–12 раз. Диаметр зонтика и число зонтичков в нем
являются величинами, сильно варьирующими в пределах каждого вида. Лучи
зонтика у всех видов борщевика ребристые и в большей или меньшей степени опушенные. В каждом зонтике все зонтички располагаются в несколько
49
рядов (по спирали). Длина лучей зонтика от периферии к центру всегда
уменьшается. Цветок у борщевиков, как и других представителей семейства
зонтичных, пятерного типа, чашечка пятизубчатая, иногда не развивается;
лепестки обратнояйцевидные, на верхушке более или менее глубоко выемчатые или двулопастные, белые, реже – зеленовато-желтые или розовые,
краевые обычно сильно увеличенные. Тычинок 5, пыльники двугнездные,
раскрываются продольно. Пестик один, завязь, как и других зонтичных,
полунижняя, двугнездная. У цветков H. sosnowskyi, тычиночная и пестичная
фазы строго разграничены и между ними имеется достаточно большая пауза
(от одного до пяти дней) [42].
Такая периодичность фаз характерна как для отдельного цветка, так и
для цветков всего сложного зонтика. Цветки главного сложного зонтика
обоеполые, в зонтиках боковых побегов обоеполые только краевые цветки в
соцветии.
В
сложных
зонтиках
побегов
третьего
порядка
цветки
функционально тычиночные, столбики в них отсутствуют вовсе или сильно
недоразвиты. Цветки выделяют много нектара, поэтому охотно посещаются
пчелами и другими насекомыми. Семеношение у H. sosnowskyi, как и у
других видов борщевика обильное.
В следствии, одно растение H. sosnowskyi, развивающееся в
оптимальных условиях и сильно ветвящееся, способно формировать десятки
тысяч семян. Распространяются семена моментально, ветром, потоками
воды, вместе с почвой, которую используют при благоустройстве и
озеленении городских территорий, ремонте кюветов автострад и т.п. [41].
Таким образом, борщевик образует, в большинстве своём, сообщества со
злаковыми видами и растениями семейства Asteraceae. В связи с этим, наши
исследования проводились на культурных видах семейств Poaceae и
Asteraceae и на видах физиологически чувствительных растений (Raphanus,
Lactuca) к разного рода воздействиям, а также с лекарственными растениями
из экологической группы «сорные растения», содержащими большое
количество веществ вторичного соединения [32].
50
2.1.2. Объекты исследований из культурных видов
Объектами
исследования
являются
представители
разных
систематических и экологических групп: культурные, лекарственные и
дикорастущие виды растений. Из представителей культурной флоры были
выбраны:
однодольные,
двудольные
и
лекарственные
(сорные
и
дикорастущие виды).
Систематическая
группа
однодольных
растений,
представлена
семействами: злаковые (Poaceae) – пшеница яровая мягкая (Triticum
aestivum) сорт Звезда, ячмень яровой (Horderum vulgare) сорт Михайловский,
овес посевной (Avéna satíva) сорт Конкур.
2.1.2.1. Характериктика Triticum aestivum L
Пшеница
растения
мягкая
30—150 см
(Triticum
высотой.
aestivum).
Стебли
Однолетние
прямостоячие,
травянистые
полые
или
выполненные. Влагалища почти до основания расщеплённые, на верхушке
обычно с ланцетными ушками; язычки 0,5—2 (3) мм длиной, перепончатые,
обычно голые. Листья 3—15 (20) мм шириной, обычно плоские, линейные
или широколинейные, голые или волосистые, шероховатые. Корневая
система мочковатая [86].
Общее
соцветие —
прямой,
линейный,
продолговатый
или
яйцевидный, сложный колос длиной от 3 до 15 см, с не распадающейся или
распадающейся при плодах на членики осью. Колоски одиночные,
расположены на оси колосьев двумя правильными продольными рядами,
сидячие, все одинаковые, 9—17 мм длины, с (2) 3—5 тесно сближенными
цветками, из которых верхний обычно недоразвит; ось колоска очень
коротковолосистая, без сочленений, с короткими нижними члениками и
более длинным самым верхним члеником [86].
Колосковые чешуи обычно 6—15 (редко 25—32) мм длиной,
продолговатые или яйцевидные, кожистые, реже перепончатые, вздутые,
51
неравносторонние,
вверху
неравнобоко
усечённые,
голые
или
коротковолосистые, с (3) 5—11 (13) жилками, из которых 1—2 жилки
значительно более развитые и выступающие в виде более-менее крылатых
килей, на верхушке с 1—2 зубцами, из которых более крупный иногда
переходит в прямую ость до 5 см длиной [86].
Озимая пшеница, сорт Звезда, предназначен для интенсивного
земледелия, обладает высокой морозостойкостью и зимостойкостью, высота
растений 90-95 см, имеет высокую способность к кущению, устойчив к
полеганию,
полевая
устойчивость
к
болезням
удовлетворительная.
Хлебопекарные свойства не уступают стандарту, потенциальная урожайность
- 80-100 ц/га [166].
2.1.2.2. Характериктика Horderum vulgare L
Ячмень обыкновенный яровой (Horderum vulgare). Это однолетнее
растение высотой 30—60 см, у культурных сортов — до 90 см. Стебли
прямые, голые. Листья до 30 см длиной и 2—3 см шириной, плоские,
гладкие, с ушками при основании пластинки. Образует колос с остью длиной
около 10 см; каждый колосок — одноцветковый. Колосья четырёх- или
шестигранные, до 1,5 см шириной, с гибкой осью, не распадающейся на
членики. Колоски собраны группами по три; все колоски плодущие, сидячие.
Колосковые чешуи линейно-шиловидные, оттянутые в тонкую ость, обычно
превышающую их по длине. Нижняя цветковая чешуя яйцевидно-ланцетная.
Ячмень обыкновенный — самоопыляющееся растение, но не исключено
перекрёстное опыление. Цветёт в июне — июле. Плод — зерновка.
Плодоношение в июле — августе [23].
Сорт Михайловский. Среднеспелый (72-92 дня), экологически
пластичен, имеет выровненный стеблестой. Высокоустойчив к твердой
головне, среднеустойчив к мучнистой росе и пыльной головне. Внесен в
список пивоваренных сортов. Потенциальная урожайность - 48-66 ц/га [86].
52
2.2.1.3. Характериктика Avéna satíva L
Овес посевной (Avéna satíva). Однолетнее травянистое растение
высотой 50—170 см, всегда с голыми узлами. Корень мочковатый.
Стебель — соломина 3—6 мм в диаметре, с 2—4 узлами. Листья очерёдные,
зелёные или сизые, линейные, влагалищные, шероховатые, 20—45 см длины
и 8—30 мм ширины. Цветки мелкие, собраны по 2—3 в колоски, образующие
раскидистую, реже однобокую метёлку до 25 см длиной. Колоски средней
величины, двух-трёхцветные; цветки только нижние с остью, реже все
безостые. Чешуя колоска до 25 мм длиной, немного длиннее цветка. Все
цветки в колоске без сочленений; ось колоска голая. Нижняя цветочная
чешуя ланцетная, около 20 мм длиной, на верхушке двузубчатая, большей
частью голая, при основании с немногими волосками или вся голая; ость
немного согнутая, или прямая, или отсутствует. Цветёт в июне — августе.
Плод — зерновка. Для сева овса используют семена районированных сортов.
При посеве отборными семенами урожай увеличивается на 5—6 центнеров с
гектара. Перед посевом семена протравливают против головни раствором
формалина [23,86].
Оптимальная температура для появления всходов 6...12°С. Всходы
переносят кратковременные заморозки до — 8 °С. В фазе молочной спелости
для
зерна
овса
не
опасны
заморозки
до
—4...—
5
°С.
Высокие температуры и летние воздушные засухи овес переносит хуже
яровой пшеницы и ячменя. Особенно страдает он от захватов, при 38...40 °С
паралич
устьиц
листьев
у
него
наступает
через
4—5
ч.
Овес более влаголюбивая культура, чем яровая пшеница и ячмень.
Транспирационный коэффициент его равен 475—509. Потребность в воде
высокая в течение всего вегетационного периода, но наибольшее количество
влаги он поглощает в период от выхода в трубку до выметывания метелки.
Недостаток
влаги
в
этот
период
резко
снижает
урожай.
Овес легче, чем остальные яровые культуры, переносит переувлажнение
почвы. В северных районах наиболее благоприятны для урожая овса осадки,
53
выпадающие в первой половине лета. Более поздние осадки вызывают
образование подгона и сильно затягивают вегетацию, поэтому в этих
условиях
овес
не
вызревает
до
наступления
морозов.
Овес менее требователен к почвам, чем пшеница и ячмень, что объясняется
хорошо развитой корневой системой и ее высокой усвояющей способностью.
Он произрастает на всех почвах, за исключением песчаных и солонцеватых,
легче других культур переносит кислые почвы (рН 5,5—6). Отличается
отзывчивостью
на
удобрения
и
известкование.
Овес кустится слабее ячменя. Цветение и созревание зерен в метелке
проходит постепенно, сверху вниз. Семена, сформировавшиеся в соцветии
первыми, наиболее крупные и тяжелые, имеют более высокие посевные
качества. Вегетационный период овса 100— 120 дней. Созревает овес позже
ячменя, вследствие чего не высевается в северных районах [23,86].
Зерно овса используют как сырьё для выработки комбикормов и как
концентрированный корм для животных. Возделывают овёс на зелёный корм,
как в чистом виде, так и в смеси с бобовыми культурами, чаще с викой,
горохом и чиной. Овсяную солому используют как грубый корм и как сырьё
для комбикормовой промышленности [86].
Овес обыкновенный является ценным сырьём для фармацевтической
промышленности, входит в состав большинства продуктов спортивного
питания, находит широкое применение в народной медицине и гомеопатии.
Фармацевтическая промышленность выпускает спиртовую настойку овса,
являющуюся эффективным успокаивающим средством.
Овес посевной — одна из важнейших зернофуражных культур. В его
зерне содержатся: белок — в среднем 10,1 %, крахмал — 36,1 %, жир —
4,7 %, зола — 3,2 %, сахар — 2,35 %, витамины В1, В2. Зерно овса в цельном
виде является незаменимым кормом для лошадей, крупного рогатого скота,
особенно молодняка, и домашней птицы. Оно отличается высокой
питательностью: 1 килограмм овса соответствует одной кормовой единице с
содержанием 85—92 грамма перевариваемого протеина. Овсяная мука
54
хорошо усваивается организмом животных, поэтому её используют для
откорма молодняка [86].
Овсяная солома содержит до 7 % белков и свыше 40 % углеводов,
поэтому служит хорошим кормом для скота. 100 кг овсяной соломы
составляют 31 кормовую единицу. Овсяная мякина в своём составе содержит
до 8 % белков, более 41 % углеводов, а в 100 килограммах — 46 кормовых
единиц. Овёс выращивают также на зелёный корм, сено, сенаж, часто в смеси
с викой, чиной.
Безостые формы овса имеют в метёлке не более 25 % остистых
колосков. Во влажные годы остистость меньше, а в засушливые (при низкой
агротехнике) остистость одного и того же сорта увеличивается. Самые
распространённые формы плёнчатого овса: mutica, aristata и aurea.
Сорт Конкур. Сорт среднеспелый, зернового направления, но может с
успехом возделываться также на зелёную массу в смеси с бобовыми
культурами [23].
Основные достоинства сорта:
–
высокопродуктивный
(максимальный
урожай
в
конкурсном
сортоиспытании) 6,23 т/га; средний за 2003-2005 гг. – 4,55 т/га;
– устойчив к полеганию, осыпанию зерна, поражению пыльной головнёй;
– крупнозёрный (масса 1000 зерен 34,5-36,8 г);
– Конкур включен в список сортов наиболее ценных по технологическим
качествам зерна: натура 498-566 г/л, пленчатость 24,0-30,0%, содержание
белка 9,7-12,4% [86].
55
2.1.3. Объекты исследований из систематической группы двудольных
растений
Систематической
группы
двудольных
растений
представлены
семействами: астровые (Asteraceae) – салат листовой (Lactuca sativa) сорт
Одесский кучерявец; капустные (Brassicaceae) – редис посевной (Raphanus
sativus) сорт Сакса; мотыльковые (Fabaceae) – горох посевной (Pisum
sativum) сорт Глориоза [23].
2.1.3.1. Характериктика Lactuca sativa L
Салат листовой (Lactuca sativa). Листья сидячие, крупные, округлой,
яйцевидной, обратно-яйцевидной, удлиненно-яйцевидной формы. Листовая
пластинка цельная, мало-, средне- или сильно рассеченная. Края цельные,
зубчатые, волнистые, веерообразные или курчавые. Поверхность листа
гладкая,
морщинистая,
пузырчатая,
гофрированная
[23].
Салат
—
самоопыляющееся растение. Цветочный стебель разветвленный, достигает
1—1,5 м в высоту. Его главный и боковые побеги оканчиваются соцветиямикорзинками. Цветки светло- или темно-желтые. Цветение и созревание семян
растянуто и длится 1—2 месяца. Семена мелкие, продолговато-овальной
формы, плоские, серебристо-белого, коричневого или черного цвета,
всхожесть сохраняют 2—3 года. Масса 1000 семян 1,2-1,6 г [86].
Сорт Одесский кучерявец. Этот сорт – среднепоздний. Период от
полных всходов до хозяйственной годности 68-75 дней. Сорт относительно
устойчив к цветушности. Листья длительное время не грубеют.
2.1.3.2. Характериктика Raphanus sativus L
Редис посевной (Raphanus sativus). Редис — съедобное растение и
выращивается как овощ во многих странах мира. Его название происходит от
лат. radix — корень. В пищу обычно употребляют корнеплоды, которые
имеют диаметр от 2,5 см и покрыты тонкой кожей, окрашенной в красный,
розовый или бело-розовый цвет. Корнеплоды редиса имеют острый вкус
56
[120]. Такой типичный вкус редиса обусловлен содержанием в растении
горчичного масла, которое при давлении преобразуется в гликозид
горчичного масла [23].
Сорт Сакса. Сорт скороспелый (вегетационный период 32—36 дней),
дружносозревающий, хороших вкусовых качеств. Используется главным
образом для выгонки в парниках, реже — для раннего посева в открытом
грунте. При достижении технической спелости быстро дрябнет и идет в
стрелку. Корнеплод округлый, массой 6—10 г, с интенсивно желто-красной
окраской кожуры. Мякоть сочная, белая, нежная, без горечи [86].
2.1.3.3. Характеристика Pisum sativum L
Горох посевной (Pisum sativum). Вьющееся однолетнее травянистое
растение. Самый известный и распространённый из видов гороха. Широко
культивируется как пищевое и кормовое растение.
Семена — горошины, шаровидные или слегка сжатые, но не угловатые.
Цветки почти всегда белые, хотя бывают розовые. Разводится с древнейших
времён, но египтянам не был известен. В Индии он разводился издревле.
Происхождение гороха поэтому хотя и признаётся восточным, но не с
полной уверенностью. Сорта его чрезвычайно многочисленны [23].
Сорт Глориоза – скороспелый, высокоурожайный, имеет прекрасные
вкусовые качества. Это растение достигает высоты 50–60 см, имеет боб
саблевидной формы с заостренной верхушкой. Когда созревает, то боб
становится темно-зеленого цвета. Горох Глориоза широко используют в
кулинарии для приготовления различных блюд: салатов, супов, поре. Также
недозрелый горох принимают в пищу в свежем виде, потому что горошек
имеет нежный сладкий вкус. Горох Глориоза не только очень вкусный
продукт, но и полезный, потому что богат белками и витамином С [120].
57
2.1.4. Объекты исследований из экологической группы сорных
(лекарственных) растений
В объектах исследований из экологической группы лекарственных
растений были представлены семейства:
- зверобойные (Hypericaceae) – зверобой продырявленный (Hypericum
perforatum L.); астровые (Asteraceae) – ромашка аптечная (Matricaria
chamomilla L.); яснотковые (Lamiaceae) – душица обыкновенная (Oríganum
vulgáre L.).
Из представителей дикой флоры выбраны:
- астровые (Asteraceae) – ромашка аптечная (Matricaria chamomilla L.) и
чертополох курчавый (Cárduus crispus).
2.1.4.1. Характериктика Hypericum perforatum L
Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.) многолетнее
травянистое
растение;
вид
рода
Зверобой
(Hypericum)
семейства
Зверобойные (Hypericaceae), Растение с тонким, сильным корневищем, от
которого ежегодно вырастает несколько гладких двугранных ветвистых
стеблей высотой до 40—80 см.
Стебель
—
красновато-бурого
прямостоячий,
цвета;
на
зелёного
гладкой
цвета,
поверхности
затем
становится
выделяются
две
продольные линии. Характерны секреторные вместилища с тёмным
содержимым. Листья супротивные, сидячие, продолговато-яйцевидные или
эллиптические, длиной до 3 см, шириной до 1,5 см, цельнокрайние с
многочисленными светлыми и тёмными желёзками (отсюда и название —
продырявленный) [109].
Соцветие — верхушечный кистевидно-щитковидный тирс. Цветки
правильные, до 2 см в диаметре, с двойным пятичленным околоцветником.
Чашечка
глубоко-раздельная,
остаётся
при
плоде,
свободные
части
ланцетные с редкими чёрными желёзками. Лепестки свободные, золотистожёлтые, продолговато-эллиптические, на верхушке косо срезанные, с
58
желёзками, которые по краю листа тёмные, а на остальной поверхности —
светлые. Многочисленные тычинки срослись в три пучка. Гинецей
ценокарпный, столбики отогнутые, рыльца с красными сосочками, завязь
трёхгнездная, у её основания — железистые стаминодии. Цветёт зверобой с
июня по август в течение 25—30 дней.
Формула цветка:
.
Пыльцевые зёрна трёхбороздно-оровые или трёхбороздно-оровидные,
шаровидной или эллипсоидальной формы. Длина полярной оси 13,6—17,7
мкм, экваториальный диаметр 13,6—17 мкм. В очертании с полюса почти
округло-трёхлопастные, с экватора — округлые или широко-эллиптические.
Борозды шириной 3—5 мкм, с ровными краями и заострёнными или
притуплёнными концами, почти сходящимися у полюсов. Оры округлые или
экваториально вытянутые, часто слабо заметны. Мембрана борозд и ор
мелкозернистая. Экзина толщиной 1—1,3 мкм. Ширина мезокольпиума 2—3
мкм.
Скульптура
мелкосетчатая,
ячейки
мелкие,
округло-угловатые.
Стерженьки тонкие, с маленькими, округлыми головками; подстилающий и
покровный слои тонкие. Цвет пыльцы тёмно-жёлтый.
Плод — трёхгранная многосемянная коробочка с сетчатой поверхностью,
открывается створками [109].
В качестве лекарственного сырья используют траву зверобоя (Herba
Hyperici) — собранные в фазе цветения побеги дикорастущего или
культивируемого зверобоя продырявленного. Трава зверобоя содержит
дубильные
вещества,
эфирное
масло,
β-ситостерин,
тритерпеновые
сапонины, витамины С, E, флавоноиды (гиперозид, рутин), антрахиноны,
макро- и микроэлементы и другие биологически активные вещества,
красящее вещество гиперицин.
Во всех частях зверобоя содержатся красящие вещества, а также (до
1%) флавоноидов. эфирное масло (более 1%) и до 13% дубильных веществ.
Имеются органические кислоты, в частности изовалериановая. Кроме того,
трава зверобоя богата витаминами: аскорбиновой кислотой (до 140 мг%),
59
никотиновой кислотой, витаминами Р и PР, а также каротином (до 55 мг%).
Есть в траве цериловый спирт, холин и следы алкалоидов. Трава зверобоя
обладает выраженным бактерицидным действием [48].
2.1.4.2.
Характериктика Matricaria chamomilla L.
Ромашка аптечная (Matricaria chamomilla L.). Однолетнее травянистое
растение с сильным специфическим запахом. Корень стержневой, слабо
разветвлённый, светло-бурый. Стебель прямостоячий, высотой от 15 до 60
см, обычно разветвлённый от основания, реже простой, ребристобороздчатый, внутри полый, до верхушки олиственный. Листья очерёдные,
сидячие, при основании несколько расширенные, в общем очертании
широко-ланцетные или яйцевидные, длиной от 15 до 60 мм (обычно — от 20
до 30 мм), шириной от 5 до 18 мм (обычно — от 10 до 15 мм), дважды- или
триждыперисторассечённые на раздвинутые сегменты (доли). Соцветия
образуют в совокупности общее щитковидное соцветие [79].
Корзинки состоят из цветков двух типов: от 12 до 18 женских
язычковых цветков образуют наружный ряд, а в середине соцветия
расположены многочисленные трубчатые обоеполые цветки. Тычинок в
трубчатых цветках пять, сросшихся пыльниками в трубку, окружающую
столбик. На верхушках пыльников имеются острые треугольные придатки.
Пестик — с нижней одногнёздной завязью, нитевидным столбиком и двумя
линейными загнутыми рыльцами. Плоды — цилиндрические, притуплённые,
слегка согнутые мелкие семянки (длиной от 1 до 2 мм, шириной от 0,2 до 0,3
мм), у основания суженные.
Ромашку аптечную относят к группе растений с легко или
относительно легко прорастающими семенами. У неё мелкие семена со
средними размерами 0,8—1,2 × 0,25—0,4 мм, вес 1000 семянок — от 0,026 до
0,077 г (по другим данным, до 0,053), в 1 кг — 15 млн семянок. Семена
ромашки обладают выраженной биологической разнокачественностью —
часть из них совершенно не имеет периода покоя, у другой части он
60
проявляется, но продолжительность его небольшая. Более длительный
период покоя имеют семена, формировавшиеся в условиях дождливой и
прохладной погоды.
Прорастание семян ромашки начинается при 4—6 °C (по некоторым
сведениям — при 2—4 °C), оптимальная температура прорастания 15—20 °C
(по другим данным, 20—25 °C), прорастание происходит и при более
высокой температуре (до 30 °C). Семена сохраняют всхожесть при хранении
в сухом виде в комнатных условиях длительное время. В эксперименте через
1—2 года хранения всхожесть семян была 87 %, через 3 года — 83 %, через
четыре — 70—82 %, через 6 лет — 16—17 %, через восемь — 3—5 % [79].
Прорастание начинается с ослизнения и набухания семян. При полном
набухании семена поглощают 469 % воды по отношению к собственному
весу. Вследствие этого прорастание возможно лишь в условиях достаточно
высокой влажности почвы и воздуха. Кроме того, для прорастания
необходим свет, заделка семян в почву глубже 0,5 см замедляет прорастание,
а семена, слой почвы над которыми превышает 1 см, почти совсем не
прорастают. Первые всходы в лабораторных условиях при оптимальном
режиме появляются через 2 дня [79].
В качестве лекарственного сырья используют соцветия ромашки.
Общий мировой объём производства сухих соцветий ромашки аптечной
составлял по состоянию на 2007 год 6500 тонн.
Химический состав лекарственного сырья ромашки.
Сухие цветочные корзинки содержат от 0,1 до 0,8 % (некоторые
селекционные сорта — до 1 %) эфирного масла — так называемого
ромашкового масла, имеющего синий цвет. Кроме того, в сухих корзинках
содержатся производные апигенина, лютеолина и кверцетина, кумарины
(герниарин
и
умбеллиферон),
органические
кислоты
салициловая),
полисахариды,
полииновые
(каприловая,
соединения,
антемисовая,
фитостерины,
свободные
изовалериановая,
дубильные
и
слизистые
вещества, горечи, витамины (никотиновая и аскорбиновая кислоты), камедь,
61
каротин, белковые вещества, а также гликозиды апигенин и герниарин.
Флавоноидов цветки ромашки аптечной содержат в два раза больше, чем
цветки и трава таких известных лекарственных растений, как ноготки
лекарственные (Calendula officinalis) или тысячелистник обыкновенный
(Achillea millefolium) [79].
Апигенин
найден
в
белых
язычковых
цветках,
а
гликозиды
кверцетина — в жёлтых трубчатых. Соцветия содержат незначительное
количество алкалоидов (в листьях и стеблях не обнаружены). Самая ценная
составная часть эфирного масла — ромашковый азулен хамазулен (его
содержание в масле колеблется от 1,64 до 8,99 %, в среднем 4,6 %).
Селекционные сорта содержат хамазулена в масле более 10 %. Хамазулен
образуется при перегонке сырья с водяным паром из содержащихся в
корзинках лактонов матрицина и матрикарина. Кроме хамазулена, в масле
обнаружены и другие сесквитерпеноиды (до 50 %) — фарнезен, бисаболол,
бисабололоксиды А и В, монотерпен мирцен и другие. Хамазулен переходит
в водный настой цветков, но при кипячении частично разлагается. В золе
содержатся (в процентах): калий — 37,35; кальций — 16,33; хлор — 10,8;
фосфор — 3,34; сера — 2,4; магний — 3,6; диоксид кремния — 2,0.
Эфирное
масло
ромашки
(«ромашковое
масло»)
обладает
дезинфицирующим и потогонным действием, уменьшает образование газов,
снимает
боли,
нарушенную
ослабляет
функцию
воспалительные
желудочно-кишечного
процессы,
нормализует
тракта,
возбуждающе
действует на центральную нервную систему: усиливает и учащает дыхание,
увеличивает число сердечных сокращений, расширяет сосуды головного
мозга. В больших дозах эфирное масло ромашки вызывает головную боль и
общую слабость. Эфирное масло ромашки в экспериментах на животных
усиливает рефлекторную деятельность, возбуждает продолговатый мозг,
усиливает и учащает дыхание, учащает ритм сердца, расширяет сосуды
мозга; при больших дозах могут наступить угнетение центральной нервной
системы и понижение мышечного тонуса [33].
62
Хамазулен
и
матрицин
обладают
противовоспалительным,
седативным и местноанестезирующим свойствами, остальные фракции масла
не
активны.
Хамазулен
обладает
противоаллергическим
свойством,
активизирует функцию иммунной системы. Апигенин, апиин и герниарин
обладают умеренной спазмолитической активностью: расслабляют гладкую
мускулатуру и обезболивают при кишечных спазмах. Герниарин обладает
потогонными свойствами [79].
2.1.4.3. Характериктика Oríganum vulgáre L.
Душица обыкновенная (Oríganum vulgáre L.). Высота растений
достигает 50—70 см. Корневище ветвистое, часто ползучее. Стебель
четырёхгранный,
прямостоячий,
мягкоопушённый,
в
верхней
части
ветвистый. Листья супротивные черешковые, продолговато-яйцевидные,
цельнокрайние, на верхушке заострённые, сверху тёмно-, снизу сероватозелёные, длиной 1—4 см [78].
Цветки мелкие, многочисленные, собраны в щитковидно-метельчатые
соцветия. Венчик двугубый из пяти лепестков, которые, срастаясь, образуют
трубку венчика и двугубый отгиб. Верхняя губа срастается из двух
лепестков, нижняя — из трёх. Поэтому в формуле цветка Co — Corolla —
указано (2/3), то есть 2 — вверху, 3 — внизу. Цветёт в июне — июле,
начиная со второго года жизни.
Формула цветка:
. Масса 1000 семян около
0,1 г. Семена созревают в августе. Растения нетребовательны к почве, однако
на тяжёлых глинистых и кислых почвах растут плохо. Предпочитает
открытые участки. Хорошо зимует и в конце февраля — начале марта
начинает вегетацию. Душица размножается семенами или делением куста.
Семена высевают осенью или ранней весной в холодные парники или гряды.
Норма высева семян при выращивании сеянцев 100 г/га [79]. На постоянное
место сеянцы высаживают осенью или ранней весной широкорядным
способом с площадью питания 70 × 40 см. Норма высева при посеве
63
семенами в открытый грунт 2 кг/га. Глубина заделки семян 1—1,5 см. При
недостатке влаги плантацию поливают. Особенно эффективен послеукосный
полив, способствующий более дружному отрастанию надземной части
растения. Душица содержит дубильные вещества и аскорбиновую кислоту
(мг%): цветки — 166, листья — 565 и стебли — 58. Сырьё содержит 0,3—
1,2% эфирного масла. Эфирное масло, получаемое из растения, —
бесцветное или желтоватое. Хорошо передаёт запах сырья, обладает острым
вкусом. Основные компоненты масла (%): тимол — 50 (по другим данным,
до
44),
карвакрол,
би-
и
трициклические
сесквитерпены —
12,5,
геранилацетат — 2,6—5. Эфирные масла с высоким содержанием карвакрола
превосходят по своим свойствам многие существующие антибиотики и
антигистаминные препараты [78].
2.1.4.4. Характеристика Cárduus crispus L.
Чертополох курчавый (Cárduus crispus). Растение впервые описано
шведским систематиком Карлом Линнеем в 1753 году. Двухлетнее растение
высотой 60—180 см с веретеновидным корневищем. Стебель прямостоячий.
Лист
мягкий, яйцевидный
либо
удлинённо-яйцевидный.
Соцветие —
корзинка. Цветков по 2—4 на каждом растении. Плод — мелкая семянка с
хохолком, сероватого оттенка. Цветёт в июне—сентябре, плодоносит в
июле—октябре [87].
Полиморфное растение, различные признаки которого могут заметно
варьироваться. Характеристики экземпляров, произрастающих в Китае,
Монголии и Японии настолько сильно отличаются от типовых образцов, что
могут быть отнесены к отдельным расам [78,79].
С лечебной целью используют траву (стебли, корни, листья). Для
лечебных целей используют высушенные верхушки растения, собранные в
период цветения в июле-августе, а также корни, заготовленные в сентябре.
В траве чертополоха обнаружены терпеноиды и около 0,5% алкалоидов.
Листья содержат до 30 мг% аскорбиновой кислоты, корни - полисахарид
64
инулин, семена до 29,3% полувысыхающего жирного масла, годного в пищу
и для технических целей. В эксперименте установлено, что настой соцветий
чертополоха повышает устойчивость организма к воздействию некоторых
неблагоприятных факторов внешней среды [87].
65
2.2.
Методика и схема исследований
2.2.1. Методика полевых исследований сукцессионных процессов
популяций H. sosnowskyi
2.2.1.1. Полевые наблюдения скцессионных процессов H. sosnowskyi
Полевая часть наших исследований проводилась на неиспользуемых
полях бывшего ОПХ «Ермолино» ВНИИ кормов им. В.Р.Вильямса
(Московская область, Дмитровский район, д. Зараменье). Именно там
длительное время изучался и внедрялся в культуру этот вид. Экологический
мониторинг за процессом «одичания» выведенных из культурооборота
агроэкосистем, осуществлялся с 1998 года. Площадки размером 10 х 10 м
выбирались в пределах трёх неиспользуемых полей (10; 12; 27 га) в
направлении градиента распространения плодов от исходной синузии
борщевика (границы лесного массива, придорожной полосы или пустоши).
На
площадках
определялся
видовой
состав
растений
в
процессе
формирования вторичной сукцессии, число растений H. sosnowskyi (апрель)
на каждой площадке по мере удаления от исходной синузии, рассчитывалась
скорость его распространения за счёт переноса плодов. Оценивались также
некоторые
другие
экологические
факторы,
способствующие
или
ограничивающие распространения H. sosnowskyi.
2.2.1.2. Методика сбора пасоки
Пасока – жидкое вещество ксилемы, восходящее из корней по стволу
к надземным органам под действием силы корневого давления. Пасока
борщевика содержит микроэлементы и питательные вещества.
Возможно, что в пасоке борщевика содержатся вещества вторичного
соединения, которые восходят по проводящим тканям ствола к листьям и
другим надземным побегам. Для оценки характера воздействия на
прорастание проростков культурных растений, мы решили провести
биотестирование.
66
Для получения пасоки борщевика цветоносные стволы борщевика
генеративного возраста (возраст растений от 3 до 10 лет) подрезали над
корнем на расстоянии 20-25 см. Так как стебель борщевика внутри полый и
герметичный, что жидкость не адсорбируется в ткани ствола, поэтому
жидкость ксилемы – пасока скапливается внутри полости. Эту жидкость
извлекали с помощью лабораторных пипеток.
Полученую жидкость ксилемы – пасоку мы использовали как субстрат
для проращивания семян растений.
2.2.1.3. Методика получения смыва с листьев борщевика
Смыв с листьев борщевика получали путем погружения листьев
борщевика в воду и ополаскивания в ней.
Для этого приготовили сосуд (чашу) объёмом – 5 л., в него окунали
листья растения борщевика генеративного возраста (возраст растений от 3 до
10 лет), в период цветения (июнь-июль). Листья аккуратно опускали в воду и
ополаскивали, соблюдая технику безопасности. Полученную жидкую смесь
воды и смыва с листьев борщевика переливали в химические сосуды
объемом 200мл. Хранили в холодильнике, антисептически обработав
поверхность жидкости каплей толуола.
2.2.1.4. Методика ответной реакции борщевика на обработку
растворами агрессивной жидкости (растворами, содержащими
натрий)
Для эксперимента были использованы растения 1-2-го года жизни, не
перешедшие в стадию генеративного возраста, которые более чувствительны
к химическому воздействию.
Для этого взяты 9 делянок 1×1 м, которые были расположены на
расстоянии 5 м друг от друга. Вокруг стебля каждого растения, находящегося
в делянке, была выкопана небольшая лунка диаметром равная 30 см и
глубиной 5 см.
67
Для дальнейшего проведения опыта нами были созданы следующие
химические растворы:
1) Раствор щелочи.
Щелочь разбавляли в соотношении 200 г (NaOH) на 1 л Н2О
2) Раствор соли.
Каменную соль разбавляли в соотношении 500 г (NaCl) на 2 л Н2О.
3) Обычная вода, которая служила контролем.
В каждом из описанных случаях использовалось по 6 л Н2О.
Каждым, из полученных растворов, обрабатывалось по 10 растений
борщевика Сосновского 2-го года жизни.
Каждая лунка внутри делянки была обработана растворами 1 раз.
После чего, каждые 3 дня, нами осуществлялся визуальный мониторинг за
теми
процессами,
которые
происходили
с
растениями
борщевика
Сосновского вследствие обработки почвы химическими растворами.
2.2.2. Методика биотестов
Методика биотестов удобен в наших исследованиях и полностью
раскрывает характер возаимоотношения растений в фитоценозе. Это
подтверждается многими авторами (5, 6, 32, 141, 144) занимавшимися или
занимающимися
в
настоящее
время
проблемой
аллеопатических
взаимоотношений растений. Биотестирование моментально показывает
любое изменение в растении-мишени после воздействия каким либо соком,
экстрактом, водным раствором и т.д. растения-донора. Изменения бывают в
положительную сторону, когда активизируется какой-нибудь процесс и
стимулирование, например увеличение роста или наступление какой-либо
фазы, либо изменения в отрицательную сторону, когда происходит угнетение
роста,
ингибирование
каких-либо
процессов
в
растении.
Также
биотестирование удобно для выявления нейтральных воздействий друг на
друга вступающих во взаимоотношения растений.
68
В качестве объекта взяли семена культурных и лекарственных
растений: пшеницы озимой мягкой (Triticum aestivum L.) сорта Звезда; редиса
(Raphanus sativus L.) сорта Сакса; гороха посевного (Pisum sativum L.) сорта
Глориоза; зверобоя продырявленного (Hypericum perforatum L.); Ромашка
аптечная (Matricaria chamomilla L.); Душица обыкновенная (Oríganum
vulgáre L.). Выделение сока из вегетативных органов борщевика проводилось
следующим образом. Измельчённые листья и кусочки корней замораживали
при – 20оС. По истечении суток им давали слегка оттаять и растирали в
фарфоровой ступке с небольшой порцией промытого кварцевого песка.
Образовавшуюся однородную массу фильтровали через марлю и затем
готовили рабочие растворы. Субстратом для проращивания использовали
разбавленный сок из листьев борщевика Сосновского с дистиллированной
водой в следующих трёх соотношениях: 1:1, 1:4, 1:16 и для контроля
поместили
в
воду
(Н2О).
Биологическая
повторность
4-х
кратная.
Количество семян в одной чашке Петри – 100шт. Проращивание
происходило в условиях соответсвующих ГОСТ 12038-84. Проростки
выращивали до 20 дней, в зависимости от вида.
Лабораторные исследования проводились в различных вариациях
субстратов (растворов) и разных систематических групп растений:
- Взаимодействие плодов H. sosnowskyi с прорастающими семенами других
растений;
- Влияние сока, выделенного из листьев борщевика, на рост проростков
некоторых видов растений;
- Влияние вещества ксилемы (пасоки) борщевика и дождевого смыва с
листьев борщевика на прорастание семян салата и редиса;
- Действие различных концентраций водного раствора смеси фурокумаринов
на прорастание семян салата и редиса.
Препарат «Аммифурин» содержит смесь фурокумаринов (СФ): БГ, КТ,
ИПЛ, предоставлен Всероссийским научно-исследовательским институтом
лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР).
69
2.2.3. Методы исследования взаимоотношений между растениями
Для оценки характера взаимоотношений между растениями нам
предстояло изучить химический состав вторичных соединений растений.
Нами
были
изучены
вещества
вторичного
метаболизма
борщевика.
Благодаря литературным данным, мы отметили, что борщевик сождержит
как уже отмечалось ранее разные классы соединений, это и эфирные масла и
большое
количество
фенольных
соединений.
Самыми
активными,
вступающими во взаимоотношения с растениями, через аллеопатическую
активность, по нашему мнению, среди них являются кумарины и их
производные – фуранокумарины [91].
Выбранные нами объекты исследований отличаются содержанием
веществ вторичного метаболизма. Благодаря разнообразию систематических
и экологических групп растений мы выявим и отношение вторичных
соединений во взаимоотношениях растений. Об особенностях химического
состава объектов исследования будет высказано ниже.
2.2.3.1. Метод совместного выращивания видов
Также способы воздействия на опытные объекты заключались в
совместном проращивании семян культурных растений и борщевика. Этот
метод позволяет оценить взаимное влияние активных веществ семян
борщевика и семян культурных и лекарственных растений экстрагированных
в водной среде. Проращивание и подсчет прорастания и всхожести
проводили по ГОСТ 12038-84.
2.2.3.2. Получение водных вытяжек из плодов растений борщевика
В сосуд объемом 100 мл, поместили плоды борщевика 0,01 г, 0,1 г,
0,5 г, доливали кипящей водой до 100мл и оставляли на 24 часа, контролем
служила кипяченая вода. После, тщательно размешивали экстракт и
пропускали через фильтровальную бумагу. Водный экстракт борщевика
хранился в холодильнике, при температуре – 4-10 °С. Заранее добавленный в
70
экстракт
капли
толуола,
обезопасит
экстракт
от
проникновения
микроорганизмов.
Эксперименты проводились в лаборатории кафедры физиологии
растений. В чашки Петри помещали фильтровальную бумагу, заливали
вместо субстрата водным экстрактом плодов борщевика и помещали семена
культурных и лекарственных растений в количестве 100 шт. Проращивание
проведено в течение нескольких дней, согласно ГОСТ 12038-84, при
температуре 22 - 23 °С.
Повторность – 5-и кратная.
Каждый
эксперимент
дважды
повторялся
во
времени.
Подсчитывалось количество проросших семян, измерялась длина первого
листа и зародышевых корней (у однодольных растений), гипокотиля
(эпикотиля) и главного корня (у двудольных растений).
2.2.3.3. Методика биотестов на водном растворе препарата
«Аммифурин» и его составных элементов - фурокумаринов
Сухой препарат аммифурин состоит из смеси фурокумаринов (СФ), в
дальнейшем препарат будет читаться как СФ. Зная структурную и
химическую формулу веществ БГ, КТ, ИПЛ можно найти их молеклярную
массу (Mr): БГ – 216; КТ – 216; ИПЛ – 247. Расчетным путем нашли М
вещества в растворе.
1. В сосуд 100мл воды, добавили 0,001г препарата, что составляет – 0,0226
М;
2. В сосуд 100мл воды, добавили 0,0001г препарата, что составляет – 0,00226
M;
3. В сосуд 100 мл воды, добавили 0, 00001г препарата, что составляет –
0,000226М;
4. В сосуд 100 мл воды, добавили 0, 00001г препарата, что составляет –
0,0000226М;
5. Контроль – вода (дист.).
71
Проращивали в чашках Петри, в термостате, согласно ГОСТ 1203884, при температуре 22 - 23 °С. Повторность 5-и кратная. Количество семян в
одной чашке Петри – 100 шт.
2.2.4. Методика вегетационных исследований роста и развития
культурных и сорных (дикорастущих) видов растений
Вегетационные
исследования
проведены
в
лаборатории
искусственного климата (ЛИК) РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева.
Вегетационный опыт проводили в несколько этапов:
1. Исследование влияния водного раствора СФ
на рост
и развитие
растений сельскохозяйственных культур;
2. Исследование влияния водного экстратка из опада H. sosnowskyi на
рост и развитие растений сельскохозяйственных культур;
3. Исследование влияния почвы из-под H. sosnowskyi на рост и развитие
сорных растений.
2.2.4.1. Исследование влияния водного раствора СФ на рост и развитие
растений сельскохозяйственных культур
СФ – это сухое вещество в виде порошка, состоящий из трёх
фуранокумаринов: ксантотоксин, бергаптен, изопимпинеллин. Соотношение
их в одинаковой пропорции. Приготовлен препарат из плодов растения Ammi
majus. Фуранокумарины точно такие же, что содержатся в растениях H.
sosnowskyi [91].
Тест-растения выращивались в лаборатории искусственного климата на
субстрате «Агробалт-С» (рН – 5,5-6,6; Nобщ – 150 мг/л; Р – 33 мг/л; К – 104
мг/л; Mg – 30 мг/л; Са – 120 мг/л),
при освещении натриевыми лампами
высокого давления (ДНаТ-150). Световой период день/ночь - 18/6,
температура на уровне растений, соответственно, – 25/18 0С, влажность 75%.
Посев осуществлялся наклюнувшимися семенами в сосуды ёмкостью один
кг, по три семени на сосуд. Повторность в эксперименте – 10–ти кратная.
72
Рабочий водный раствор СФ готовили растворением смеси в 1000 мл
дистиллированной
воды,
концентрация
–
0,0226
М
вещества
фуранокумаринов.
Опыт проводился в лаборатории искусственного климата, в условиях
освещения натриевыми лампами и естественного облучения, в период с 10
сентября 2014г. до апреля 2015 г.
Выращенные тестовые культуры: редис (Raphanus sativus L.), овёс
(Avena sativa) сорта Конкур на 14 день после всходов начали опрыскивать
водным раствором СФ, контроль – водопроводной водой. Опрыскивание
производили на 14 день после всходов и далее через каждые два дня в
течение 14 дней.
Опыт проводился в лаборатории искусственного климата, в условиях
освещения натриевыми лампами и естественного облучения, в период с 10
сентября 2014г. до апреля 2015 г.
Полив редиса: 10 поливов (на 30 день от всходов), первые две недели через
каждые три дня, после через день.
Полив овса: полив 14 поливов (на 76 день от всходов), полив первые три
недели через каждые три дня, после через день до появления колосков.
Температура в оранжерее 23-38ºС, влажность 75%, освещенность 8лкл.
2.2.4.2. Исследование влияния водного экстратка из опада H. sosnowskyi
на рост и развитие растений сельскохозяйственных культур
Водный экстракт приготовили следующим образом:
20 г сухого опада частей растения борщевика (листья, корни, плоды, стебли)
настаивали в горячей воде (95-850С) объемом 500 мл в течении 24 часов,
после пропускали через фильтр. Полученный фильтрат разводили в 10 л
воды.
Тест-растения выращивались в лаборатории искусственного климата на
субстрате «Агробалт-С» (рН – 5,5-6,6; Nобщ – 150 мг/л; Р – 33 мг/л; К – 104
мг/л; Mg – 30 мг/л; Са – 120 мг/л),
при освещении натриевыми лампами
73
высокого давления (ДНаТ-150). Световой период день/ночь - 18/6,
температура на уровне растений, соответственно, – 25/18
0
С. Посев
осуществлялся наклюнувшимися семенами в сосуды, ёмкостью один кг, по
три семени на сосуд. Повторность в эксперименте – 10–ти кратная.
Опыт проводился в лаборатории искусственного климата, в условиях
освещения натриевыми лампами и естественного облучения, в период с 10
сентября 2014г. до апреля 2015 г.
Полив редиса: 10 поливов (на 30 день от всходов), первые две недели через
каждые три дня, после через день.
Овес: полив 14 поливов (на 76 день от всходов), полив первые три недели
через каждые три дня, после через день
Температура в оранжерее 23-38ºС, влажность 75%, освещенность 8лкл.
2.2.4.3. Исследование влияния почвы из-под H. sosnowskyi на рост и
развитие сорных растений
Популяция борщевика в процессе жизнедеятельности выделяет
большое количество вторичных соединений. Они вымываются с поверхности
растений или образуются в процессе гниения, либо являются выделениями
корневой системы. Со временем часть этих веществ накапливается в почве.
Теоретически такая почва должна содержать аллелохимикалии борщевика.
Чтобы проверить аллепатический потенциал провели вегетационный опыт по
выращиванию диких видов растений в почве из-под борщевика. Растения
выращивались в сосудах объемом 500 мл. Повторность 5 кратная.
Температура в оранжерее 23-38ºС, влажность 75%, освещенность 8лкл.
2.3.
Проведение химического анализа почвы.
Подготовка почвы. Почву из под борщевика пропустили через
мелкое сито, разложили на чистую поверхность тонким слоем и высушили
при температуре 600 С, в течение 4-8 часов в сушильной камере.
74
Высушенную почву измелчили в фарфоровой ступке пестиком, до состояния
мелкой взвеси – пыли.
Чтобы посмотреть, нуждается ли
борщевик Сосновского в
легкорастворимых солях К2О и Р2О5 и оказывает ли он влияние на
содержание гумуса.
Для определения концентрации фосфора в исследуемых почвенных
горизонтах был использован метод Кирсанова [162]. Для этого опыта
использовались почвенные горизонты Апах и А1, горизонт мощностью до
10см. Данный опыт проходил в трех повторностях.
Для определения подвижных форм калия в исследуемых почвенных
образцах, использовался метод Чирикова [162].
Статистический анализ
2.4.
На графиках и таблицах представлены средние арифметические
значения из n-числа повторностей (где n≥4) и их стандартные отклонения.
Статистическую
обработку
Фишера-Стьюдента
[7].
полученных
Для
оценки
данных
проводили
достоверности
методом
использовался
дисперсионный анализ, в частности определялась величина наименьшей
существенной разницы при вероятности P = 0,95
[96]. Результаты
обработаны с использованием программы MS Excel.
75
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Результаты исследований
3.1. Полевые исследования сукцессионных процессов популяций H.
sosnowskyi
Полевые
исследования
как
уже
отмечалось,
проводились
на
неиспользуемых полях бывшего ОПХ «Ермолино» ВНИИ кормов им.
В.Р.Вильямса (Московская область, Дмитровский район, д. Зараменье). Наши
наблюдения показали, что в течение первых 5-7 лет растительное сообщество
«дичающих» агроэкосистем было представлено разнотравно-бурьянистой
растительностью,
куда
входили
пырей
ползучий
(Elytrigia
repens),
тимофеевка луговая (Phleum pretense), лисохвост луговой (Alopecurus
pratensis), конский щавель (Rumex confertus), полынь горькая (Artemisia
absinthium), чертополох (Carduus), тысячелистник обыкновенный (Achillea
millefolium), а в микропонижениях – осока (Carex), щучка (Deschampsia
cespitosa), вейник (Calamagrostis) и другие виды [164]. Из представленных
видов большинство - это представители семейств злаковых (Poaceae) Phleum pretense, Elytrigia repens и сложноцветных (Compositae) – Carduus,
Artemisia absinthium.
Синузии H. sosnowskyi, сосредоточенные по краям дорог и пустошей,
начинали
заселение
территории
в
соответствии
с
направлением
господствующих ветров, которые способствуют распространению плодов
борщевика. Этот процесс достаточно длительный и зависел от комплекса
климатических и орографических факторов (рис. 9 и 10) [163].
76
Рисунок 9.
Рисунок 10.
Синузия борщевика (справа), как
Западные (северо-западные) ветры,
потенциальный источник его плодов
начиная с середины августа, являются
для последующей инвазии
в агроэкосистему
мощным фактором распространения
плодов борщевика Сосновского
Ограничивающим, на данном этапе распространение борщевика
фактором, явилась, например, плотность фитоценоза травянисто-бурьянистой
растительности, на поверхность которой попадали плоды (рис. 11) [163].
Лишь небольшому количеству плодов удаётся достичь поверхности почвы,
но это, в свою очередь, является основой для дальнейшего распространения
во времени. Плоды разлетаются на расстояние 2-50 метров, что определяется
их влажностью и скоростью ветра в период созревания. Там же, где плоды
борщевика
достигли
поверхности
почвы,
возможность
выжить
у
представителей зарастающей агроэкосистемы практически не остаётся (рис.
12).
77
Рис. 11
Рис. 12
Ограничивающим распространение
H. sosnowskyi фактором является
На 3-4 год после образования синузии
H. sosnowskyi, под ним плотность
фитоценоза травянисто-
практически не остаётся представителей
бурьянистой растительности
травянисто-бурьянистой растительности
Одним из способов подавления конкурентов H. sosnowskyi в процессе
«захвата» территорий, является мощное развитие борщевиком листовой
поверхности и практически полностью перекрытия доступа света на
поверхность почвы (рис. 13) [164]. Если в «дичающей» агроэкосистеме
встречаются
микродепрессии,
заполненные
вейником
(Calamogrostis),
пушицей (Enophorum), осоками (Carex), щучкой (Deschampsia), борщевик
«отступает», и такие площадки им не заселяются (рис. 14). Ещё одна «слабая
сторона» H. sosnowskyi – склонность к самоизреживанию, что, по-видимому,
объясняется аутоинтоксикацией (рис. 15) [165].
78
Рис. 13
Рис. 14
Перед наступлением фазы цветения
Микродепрессии на поверхности
листья растений в синузии борщевика
почвы, занятые вейником
доступ света на поверхность почвы
полностью перекрывают
Самоизреживание
внутривдовой
(Calamogrostis), как правило, H.
sosnowskyi не практически заселяются
вероятно
конкуренции:
чем
происходит
больше
согласно
совпадают
законам
потребности
конкурентов, тем острее конкуренция [98]. Подобные явления заметно
выражены у другого представителя сельдерейных (Apiaceae) – моркови [98].
Также
такое
поведение
внутри
популяции
может
объясняться
аутоинтоксикацией, в результате выделения борщевиком в окружающую
среду аллелохимикалий, которые могут в сильных концентрациях пагубно
влиять и на развитие растений внутри вида.
Среди обширных синузий этого вида, встречаются проплешины, не
занятые растительностью, где присутствуют отдельные индивиды борщевика
в явно угнетённой форме. Именно с момента изреживания синузий H.
sosnowskyi,
в
«дичающих»
агроэкосистемах
начинает
появляться
кустарниково-древесная растительность, представляемая биоморфами ивы
(Salix), а также берёзой (Betula), ольхой (Alnus), осиной (Populus tremula),
рябиной обыкновенной (Sorbus aucuparia), крушиной (Rhamnus subg.
Frangula) (рис. 16) [163].
79
Рис. 15
Рис. 16
Самоизреживание синузии борщевика
С момента изреживания синузий
(2005)
борщевика начинает преобладать
кустарниково-древесная растительность,
состоящая из биоморф ивы, а также
берёзы, ольхи, рябины (2012)
Всё это приводит к тому, что опад в синузиях H. sosnowskyi
разлагается медленно, а негативный эффект на прорастание семян и рост
проростков других видов может объясняться вымыванием фуранокумаринов
атмосферными осадками из опада.
Таким образом, в ходе наблюдений мы выяснили важные моменты
для будущих исследований:
А) борщевик распространяется плодами и интенсивнее по направлению
господствующих воздушых масс;
В) среди видов растений совместно произрастающих в синузиях
борщевика, представлены в основном виды семейств: злаки и
сложноцветных;
С) густые синузии борщевика склонны к самоизреживанию.
Следующим этапом нашей работы предстояло выяснить, является ли H.
sosnowskyi источником аллелохимикалий, что при положительном ответе
может пролить дополнительный свет на его необычно агрессивный
инвазивный характер [164].
80
3.2.
Взаимодействие
экстрактов
из
плодов
H.
с
sosnowskyi
прорастающими семенами других растений
Плоды и семена растений в процессе набухания выделяют в
окружающую среду разнообразные химические соединения, среди которых
обнаруживаются углеводы, белки (в том числе обладающие ферментативной
активностью), вторичные соединения: витамины, фитогормоны, ингибиторы
(аллелохимикалии) [89, 165].
В нашем исследовании, при совместном проращивании семян
борщевика и культурных растений, наблюдаемые эффекты определялись как
видом культурного растения, так и количеством выделяемых продуктов
метаболизма плодами борщевика (табл. 21). При объяснении полученных
результатов, особого внимания заслуживает вопрос потенциального наличия
в
среде
набухания
ингибиторов
и
фитогормонов
–
активаторов
физиологических процессов, обусловливающих состояние покоя семян [89].
Рисунок 17. Энергия прорастания и всхожесть семян ромашки и пшеницы
прорастающих в различных концентрациях водорастворимых веществ
плодов борщевика
81
Также определялась величина наименьшей существенной разницы при
вероятности P = 0,95. Плоды борщевика в большом количестве содержат
фенольные соединения. Как уже отмечалось, что водорастворимыми
активными веществами борщевика являются фуранокумарины, которые
содержатся и в плодах [89,90].
Рис.18. Влияние водорастворимых веществ плодов борщевика на
формирование побегов и корней прорастающих семян представителей
злаковых и сложноцветных
82
В результате экспериментов мы заметили явный ингибирующий
эффект оказываемых водорастворимыми веществами плодов борщевика на
прорастание и всхожесть семян ромашки аптечной даже в сильных
разбавлениях (1:100). А при слабых разбавлениях водорастворимых веществ
плодов борщевика происходило сильное ингибирование проростков ромашки
и даже проростков пшеницы (1:50 и 1:10) (рис. 17, 18). Интересный эффект
оказало сильное разбавление (1:100) для проростков пшеницы, они имели
слабое, но ощутимое стимулирование, водорастворимыми веществами
плодов борщевика.
Наблюдаемые эффекты вызваны содержанием в водорастворимых
веществах
плодов
борщевика
аллелохимикалий,
вступающих
во
взаимоотношения с прорастающими семенами, в данном случае с
семенами ромашки аптечной и пшеницы озимой мягкой.
83
3.3. Влияние сока, выделенного из корней и листьев борщевика, на рост
проростков некоторых видов растений
3.3.1. Ингибирование водными вытяжками из корней и листьев
борщевика прорастания семян культурных растений
В проведенных ранее экспериментах мы выяснили, что водные
вытяжки из корней и листьев борщевика в различных разбавлениях
характеризуют
динамику
зафиксировали
концентрации
ингибирование
или
развития
проростков
разбавления,
стимуляция
в
тест-растений.
которых
проростков
Мы
происходит
тест-растений:
концентрированный сок, 1:1, 1:2, 1:4 – всегда проявляли ингибирующий
эффект для всех проростков растений, а разбавления 1:8 и 1:16 зачастую
показывали стимулирующий эффект на прорастания тест-растений [165].
В этой связи нами были проведены дополнительные эксперименты по
изучению влияния вытяжек из листьев борщевика на ингибирование
прорастания семян некоторых культурных растений. Были выбраны
концентрации в следующих разбавлениях: 1 – 1:1; 2 – 1:4; 3 – 1:16 и
четвертое – контроль (вода).
Эффект оценивался по степени ингибирования их прорастания при
сравнении с контролем (прорастание семян в воде) (табл. 3).
В качестве тест-растений использовались с/х культуры – горох
посевной (Vicia sativa), пшеница озимая (Triticum aestivum), ячмень
обыкновенный (Hordeum vulgare), редис (Raphanus sativus), салат листовой
(Lactuca sativa) [165].
84
Рисунок 19. Эффект сока борщевика на прорастание семян гороха и
пшеницы: А – контроль (вода), В – неразбавленный сок борщевика, С –
соотношение сок/вода 1:1 [165]
В наших исследованиях не раз было показано влияние сока борщевика
на
прорастание
семян
культурных
и
лекарственных
растений.
Ингибирующий эффект сока проявлялся даже для самых стойких видов
растений таких как Pisum и Triticum (рис. 19).
Семена гороха (с. Глориоза), пшеницы (с. Звезда) и ячменя (с.
Михайловский) проращивали в растворах сока H. sosnowskyi различной
степени разбавления, согласно ГОСТ.
Неразбавленный сок и сок борщевика, разбавленный в два раза, оказывали
наибольшее ингибирующее действие на проростки всех культур, причём его
действие сильнее всего отражалось на проростках злаковых культур (рис.
20).
Однако при значительных разбавлениях сока жизнеспособность
проростков заметно возрастала, что могло быть связано с уменьшением
концентрации
ингибиторов
в
большей
степени,
чем
активаторов,
содержащихся в вытяжках из органов растений [9].
85
Таблица 3. Влияние активных веществ сока борщевика на всхожесть и
энергию прорастания семян культурных растений
Энергия
Длина
Виды культурных
Концентрации
прорастания Всхожесть
растений
сока
(%)
I - контр. (H2O)
77 ±6,1
80 ±6,5
2,7 ±0,7
4,05 ±0,6
II – 1:16
83 ±3,8
86 ±3,6
2,5 ±0,3
6,5 ±1,1
Горох посевной сорт
III – 1:4
31 ±3,1
33 ±3,5
1,88 ±0,5
2,4 ±0,5
(Pisum sativum L.)
IV - 1/1
30,7 ±3,5
32,5 ±3,6
1,9 ±0,4
2,4 ±0,5
I - контр. (H2O)
97,2 ± 0,7
97,4 ± 0,6
3,6 ±0,4
7,2 ±0,5
II – 1:16
98,4 ± 0,5
98,6 ± 0,5
3,2 ±0,2
7,7 ± 0,6
семян (%)
надземного
Длина
побега (см) корня (см)
Пшеница озимая
III – 1:4
75,4 ± 1,8
76,6 ± 1,7
2,3 ±0,3
4,8 ±0,4
(Triticum aestivum L.)
IV – 1:1
51,6 ± 1,3
52,8 ± 1,2
1,6 ±0,2
3,4 ±0,3
I - контр. (H2O)
75 ± 2,2
88 ± 2,5
8,6 ±0,4
9,9 ±0,6
II – 1:16
66 ± 3,8
93 ± 1,8
7,5 ±0,4
7,7 ± 0,5
Ячмень
обыкновенный
III – 1:4
55,2 ± 8,6
66 ± 6,1
3,8 ±0,8
5,9 ±0,4
(Hordeum vulgare L.)
IV – 1:1
9 ± 1,5
12 ± 2,6
1,5 ±0,2
3,9 ±0,3
I - контр. (H2O)
85,5 ±2,4
89,25 ±5,1
1,73 ± 0,1
2,82 ±0,6
II – 1:16
62,25 ±11,9
68 ±13,1
1,81 ± 0,2
2,6 ± 0,2
Редис (Raphanus
III – 1:4
38,7 ±6,6
41,7 ±6,5
0,68 ± 0,03
0,67 ± 0,1
sativus L.)
IV – 1:1
1,25 ±0,4
1,25 ±0,4
0,05 ±0,04
0,04 ±0,03
I - контр. (H2O)
86,5 ± 1,6
87 ± 1,6
5 ± 0,5
3,6 ± 0,3
II – 1:16
72,5 ± 2,9
85,5 ± 1,3
5,3 ± 0,3
1,7 ± 0,2
Салат (Lactuca sativa
III – 1:4
71,3 ± 3,8
83,8 ± 1,2
3,5 ± 0,3
1,5 ± 0,2
L.)
IV – 1:1
36,5 ± 1,7
83 ± 1,7
2,6 ± 0,3
1,1 ± 0,1
Снижение жизнеспособности проростков культурных растений не
связано с прямым (гербицидным) действием ингибиторов, содержащихся в
клеточном соке тканей листьев H. sosnowskyi, так как вегетативные органы
опытных растений по внешнему виду не отличались от контрольных (рис.
20).
86
1- контроль – вода
2- разбавление 1:16
3- разбавление 1:4
4- разбавление 1:1
Рисунок 20. Влияние разбавлений сока борщевика на проростания злаковых
Однако происходило заметное уменьшение массы проростков (рис. 16),
особенно при проращивании семян в разбавленном вдвое соке борщевика.
Рисунок 21. Контроль – семена пшеницы пророщенные в воде
На основании полученных результатов мы провели дополнительное
исследование на степень развития патогенных микроорганизмов при
проращивании пшеницы выдержанных (замоченных) в разбавленном соке
1:16 (Рис.21) в течение 60 минут и в контроле выдержанные на воде (Рис. 22)
в течение 60 минут. Проращивание проводили в течение 3 суток.
87
Рисунок 22. Разбавление 1:16, в котором проращивались семена пшеницы
Данный эксперимент показал ингибирование роста и развития
патогенной микрофлоры в сильно разбавленном соке борщевика. Также
наблюдали
стимулирование
всхожести
и
прорастаемости
семян,
подверженных замачиванию в соке борщевика в сильном разбавлении.
Подобные эксперименты, как с замачиванием в соке в течение короткого
времени, необходимо провести дополнительно (рис.23).
Рис. 23. Прорастание семян заранее замоченных в соке из корней и
листьев борщевика.
Полученные результаты экспериментов открывают возможность на
использование
сока
борщевика
для
приготовления
биологических
88
стимуляторов прорастания культурных растений и подходит для разработки
биологических гербицидов (ингибиторов роста сорных растений).
3.3.2. Ингибирование водными вытяжками из корней и листьев
борщевика прорастания семян лекарственных растений
В качестве тест-растений использовались лекарственные растения –
зверобой продырявленный (Hypericum perforatum), ромашка аптечная
(Matricaria chamomilla), душица обыкновенная (Origanum vulgare).
В ходе эксперимента наблюдалась зависимость: слабые разбавления
сока 1:1 и 1:4 полностью ингибировали прорастания семян лекарственных
видов. Даже сильное разбавление 1:16, оказало резкое ингибирующее
действие на проростки ромашки (больше 55%) и душицы (больше 11%)
(табл.4), а именно, на процессы прорастания и всхожести семян.
Таблица 4. Влияние концентрации сока борщевика на развитие побегов
лекарственных растений.
Энергия
Длина
Виды лекраственных
Концентрации
прорастания Всхожесть надземного
растений
сока
(%)
Зверобой
I – контр.(H2O)
56 ±3,11
62,5 ±2,9
2,25 ±0,3
0
продырявленный
II – 1:16
60 ±6,6
66 ±2,4
2,2 ±0,2
0
(Hypéricum perforátum)
III – 1:4
38 ±11,2
41,5 ±9,4
1,7 ±0,3
0
IV – 1:1
0
0
0
0
I - контр. (H2O)
66,6 ±1,8
67 ±1,4
1,75 ±0,2
0,53 ±0,09
Ромашка аптечная
II – 1:16
27 ±3,4
27 ±1,8
1,9 ±0,14
0,42 ±0,08
(Matricaria chamomilla)
III – 1:4
4 ±1,6 7,3 ±0,8
1,2 ±0,2
0
0
IV – 1:1
Длина
семян (%) побега (см) корня (см)
0
0
0
I - контр. (H2O)
59 ±2,2
64 ±3,8
0,6 ±0,08
0,33 ±0,05
Душица обыкновенная
II – 1:16
51 ±3
62 ±3
0,7 ±0,08
0,2 ±0,03
(Oríganum vulgáre)
III – 1:4
34 ±2,8
53 ±4
0,4 ±0,09
0
IV – 1:1
0
0
0
0
89
Токсические эффекты наблюдались в разбавлениях 1:1 для всех видов
лекарственных растений. Ромашка аптечная из семейства сложноцветные
оказалась самой чувствительной по отношению к соку борщевика, это
проявилось уже в разбавлении 1:16 (табл. 4). Ощутимое стимулирование
зафиксировали в сильном разбавлении 1:16 при действии сока на проростки
зверобоя.
Рисунок 24. Семена культурных растений. Слева на право: 1 – гороха
посевного; 2 – пшеницы озимой; 3 – редиса; 4 – зверобоя продырявленного.
Также нами было замечено, что в зависимости от уменьшения массы и
размеров
семян
токсичность
сока
борщевика
увеличивается,
что
наблюдалось в уменьшении процента прорастаемости и всхожести семян
тест-растений (рис. 24).
Естественных
условиях,
в
природной
среде,
концентрация
аллелохимикалий борщевика воздействующих на растения очень низкая и
поэтому
сильное
разбавление
1:16
больше
отражает
реальные
взаимоотношения в ценозах. Но это воздействие происходит постоянно.
Зимой покоящиеся плоды выделяют меньшее всего химических веществ, но
при наступлении оптимальных условий плоды начинают активное дыхание,
набухание и развитие проростков происходит уже в конце февраля, и
дальнейшее воздействие на окружающие растения усиливаются приходя к
90
максимуму во время цветения. Поэтому многие виды растений не
выдерживают такого соседства, остаются только нейтральные к воздействию
аллелохимикалий борщевика.
3.4. Влияние вещества ксилемы (пасоки) борщевика и дождевого
смыва с листьев борщевика на прорастание семян салата и редиса
Пасока – жидкое вещество ксилемы, восходящее из корней по стволу
к надземным органам под действием силы корневого давления. Пасока
борщевика содержит микроэлементы и питательные вещества.
Полученные результаты экспериментов с пасокой и смывом с листьев
свидетельствуют об устойчивом ингибировании проростков салата. Смыв с
листьев снижает энергию прорастания почти на 15% салатные проростки,
столько же ингибирует всхожесть семян. Пасока обладает более выраженным
ингибирующим действием на энергию прорастания (20% ингибирование
прорастания и 14% ингибирование всхожести) семян редиса (рис.22) и салата
(11% ингибирование прорастания и почти 15% всхожести).
Рисунок 22. Влияние пасоки и смыва с листьев борщевика на прорастание
культурных растений
91
На формирование побегов и корней пасока также негативно
сказывается для проростков салата и в меньшей степени для проростков
редиса. Так длина зародышевых стебельков салата уменьшалась на 19%, а
длина корней на 21% (рис.23).
Рисунок 23. Влияние на формирование органов простков салата и
редиса при проращивании в пасоке и смыве с листьев.
Пасока
содержит
весь
«коктейль»
вторичных
соединений
синтезируемых и транспортируемых ксилемой к вегетативным органам
растения. В этот коктейль могут входить гормоны роста, ингибиторы,
витамины, различные попутные соединения в виде токсических веществ. Их
содержание в пасоке может быть в таких количествах, что при воздействии
на проростки культурных растений окажет угнетающий эффект.
Смыв с листьев борщевика на формирование частей проростков оказал
слабое, но стимулирующее действие (длина надземных побегов – 3% и длина
корней на 9% увеличилась).
Скорее всего, смыв с листьев борщевика обладает активным
аллелопатическим действием и возможны разнообразные реакции тестрастений. Соответственно при увеличении концентрации аллелохимикалий
92
содержащихся на поверхности листа проявит больший ингибирующий
эффект.
3.5. Действие смеси трёх фурокумаринов на прорастание семян
салата и редиса
Препарат аммифурин содержит смесь фуранокумаринов: БГ, КТ,
ИПЛ. Предоставлен Всероссийским научно-исследовательским институтом
лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР). Так как препарат
аммифурин в сухом состоянии это сместь трех веществ (фурокумаринов) в
равных
количествах:
БГ,
КТ,
ИПМ,
то
разумно
называть:
смесь
фурокумаринов (СФ). При подсчете и снятии биометрических показателей
учитывались стандарты ГОСТ, также определялась величина наименьшей
существенной разницы при вероятности P = 0,95.
Рисунок 24. Действие слабых концентраций водного раствора СФ на
энергию прорастания и всхожесть салата сорт Одесский Кудрявец и редис
сорт Сакса.
Водный раствор СФ в сильных концентрациях угнетало энергию
прорастания и всхожесть семян салата интенсивнее, чем прорастание и
93
всхожесть семян редиса. Тем временем, проростки редиса только в сильной
концентрации
показывали
ингибирующий
эффект,
а
в
остальных
концентрациях водного раствора СФ оставались нейтральными в действии
растворов (рис.24, 26).
Однако слабая концентрация (0,0000226 М) водного раствора СФ не
сущетвенно, но стимулировала энергию прорастания и всхожесть проростков
салата.
Теже концентрации водного раствора СФ оказывали меньшую
устойчивость в характере действия на формирование побегов и корней
тестируемых видов растений.
Рисунок 25. Формирование побегов и корней при прорастании в водном
растворе смеси фурокумаринов.
94
Рисунок 26. Проростки салата и редиса при прорастании в водном
растворе СФ.
В формировании побегов и корней (росте в длину) водный раствор
СФ проявил угнетающий характер довольно устойчиво в сильных
концентрациях (0,0226 и 0,00226 М) как для проростков салата, так и для
редиса (рис.25, 26).
Таким образом, можно предположить, что содержащиеся в препарате
аммифурин
фуранокумарины,
являются
активными
компонентами
в
аллелопатических отношениях между растениями. Логично высказать, что
фуранокумарины борщевика Сосновского в такой же степени активны и
вступают в реакции с другими представителями фитоценозов. Такие свойства
фурокумаринов
формируют
причастность
их
к
механизмам
взаимоотношения с другими растениями, что, в конечном счете, повлияет на
инвазивность борщевика и его господствующее распространение.
95
3.6. Влияние водного экстракта опада борщевика и водного
раствора смеси фурокумаринов на рост и развитие растений редиса и
овса
3.6.1. Реакция растений редиса на обработку водным экстрактом
опада борщевика
В каждый сосуд было помещено по 5 семян редиса. На 7 день после
прорастания в почве, провели прореживание. На 10 день от всходов начали
полив водным экстрактом опада частей растения борщевика. Уже через 5
поливов был зафиксирован стимулирующий эффект. Это проявлялось в
большей массивности листовой поверхности редиса при поливе водным
экстрактом опада борщевика.
Дальнейшие
наблюдения
подтверждали
усиливающийся
эффект
стимуляции роста и развития растений редиса в водном экстратке. На 20 день
от всходов провели первые биометрические измерения. На 30 день был
проведен следующий этап снятия биометрических показателей. В результате
полученных данных отмечена: слабая стимуляция формирования сырой
массы листьев и корней редиса при поливе экстрактом борщевика,
небольшое ингибирование при формировании корнеплодов редиса (рис. 27).
60
50
Контроль
(вода )
Сырая биомасса редиса, г
40
30
Экстра кт
борщевика
20
10
0
листья
корень
корнеплод обща я ма сса
Рисунок 27. Накопление сырой биомассы растений овса при поливе водной
вытяжкой из опада растений борщевика
96
На накопление сухой биомассы редиса полив водным экстрактом
борщевика оказал небольшое стимулирование, а именно, на 7% увеличилась
сухая биомасса в сравнении с контролем (рис. 28).
Рисунок 28. Формирование побегов при поливе водным экстрактом опада
борщевика
Тем самым выяснено, что в контроле формирование биомассы
происходило путем накопления воды, а при поливе водным экстрактом
борщевика происходило меньшее накопление воды и скорее всего больше
питательных элементов и вторичных соединений, как ответная реакция при
стрессовых условиях редиса при поливе водным экстратком.
Доля корневой массы по отношению к надземным побегам показывает,
что формирование корнеплодов в водном экстратке опада борщевика больше
контрольных значений, что является существенной для культур с ценных
корнеплодом (табл. 5).
Таблица 5. Расчеты доли корневой массы и удельной площади листа.
Редис сорт Сакса
Контроль (вода)
Экстракт борщевика
Доля корнев.массы,
мг/мг
УПЛ м2/кг
0,06
24,5
0,08
22,7
97
Формирование
площади
листовой
поверхности
прямо
пропорциональна формированию длины листьев редиса. Такая тенденция
сохранялась и при поливе редиса водным экстрактом опада борщевика (рис.
29).
Рисунок 29. Соотношение длины и площади листьев редиса в экстракте
борщевика
Определение чистой продуктивности фотосинтеза провели по принятой
формуле [29].
где В1и В2 – сухая масса растений в начале и в конце учетного периода; (В2 –
В1) – прирост сухой массы за n дней;
S1и S2 – площади листьев в начале и в конце периода, м2;
0,5(S1+ S2) – средняя рабочая площадь листьев за время опыта;
n – период между двумя наблюдениями, дней.
ЧПФ редиса в контроле – 0,29 г/(м2·сут);
При поливе водным экстратком опада борщевика – 0,16 г/(м2·сут).
Накопление пигментов зависит от многих факторов, в частности от
стрессовых ситуаций количество пигментов увеличивается, как и других
соединений
вторичного
метаболизма.
При
уменьшении
количества
98
хлорофилла a,b, в нашем случае с овсом обработанным водной экстракцией
борщевика усилилось накопление каротиноидов. Каротиноиды также
выполняют в растениях важные функции, в том числе и антиоксидантную
функцию (табл. 6). В таблице приведены количественное содержание
пигментов, в мг/г сухого вещества.
Таблица 6. Пигментный состав редиса
Редис
Контроль (вода)
Экстракт борщевика
С хл а
8,3
7,6
С хл в
3,7
3,13
С хл а+в
12
10,73
С кар
2
2,4
Таким образом растения редиса при поливе водной вытяжкой
(экстрактом) из опада борщевика проявили слабое, но угнетение. Также
зафиксировано, что водная вытяжка индуцировала преждевременную
бутонизацию, свидетельствующее возможно о реакции на стресс.
3.6.2. Реакция растений овса на обработку водным экстрактом опада
борщевика
При поливе растений овса водным экстрактом борщевика выявлены
особенности: формирование сырой и сухой биомассы овса ингибировалось
после полива водным экстрактом опада борщевика (рис. 30, 31).
7
6
Контроль
(вода )
Сырая биомасса овса, г .
5
4
Экстра кт
борщевика
3
2
1
0
Стебль с
листьями
Корень
Соцветие
метелка
Обща я
ма сса
99
Рисунок 30. Сырая биомасса овса в водном экстракте опада частей
борщевика
Надо отметить, что ингибировнаие происходило в незначительной
степени. Общая сухая биомасса после полива водным экстрактом опада
борщевика не сильно отличалась от контрольных данных (рис. 31).
Рисунок 31. Сухая биомасса овса в водном экстракте опада частей H.
sosnowskyi
Полив водным экстрактом опада борщевика не оказало существенного
влияния на формирование количество и качество зерновок (табл.7). Вместе с
тем показатели формирования качественных зерновок являются основными
для культурных злаков.
Таблица 7. Формирование урожая овса
Овес Конкур
Контроль (H2O)
Экстракт борщевика
Кол-во зерен в
метелке, n
19,2
19,2
m 1000зерен
28,5
28,1
Чистую продуктивность фотосинтеза для овса считали по выше
указанной формуле:
Контроль – 0,15 г/(м2·сут);
Водный экстракт опада борщевика – 0,17 г/(м2·сут).
100
Чистая продуктвиность фотосинтеза также отражает нейтральность
воздействия активных веществ из водных вытяжек опада борщевика.
Уровень
пигментов
определен
по
методике
[29].
Полученные
результаты приведены в мг/г сухого вещества (табл. 8). Низкое содержание
пигментов
(хлорофилла
а+в
и
каротиноидов)
в
растениях
редиса
обработанных поливом водной вытяжки (экстракции) из опада борщевика
показывают низкую реакцию, т.е. экстракция не оказывает ингибирующий
эффект на овес.
Таблица 8. Формирование основных пигментов.
Овес
Контроль (вода)
Экстракт борщевика
С хл а
4,75
3,15
С хл в
1,65
1,09
С хл а+в
6,4
4,24
С кар
1,06
0,41
Согласно полученным данным, можно высказать мнение, что опад
борщевика на растения овса оказывает нейтральное действие (рис.31, табл. 7,
8).
101
3.6.3. Реакция растений редиса на обработку водным раствором
смеси фурокумаринов
Опрыскивание водным раствором смеси фурокумаринов слабо, но
стимулировало накопление сырой биомассы (рис.32).
Рисунок 32. Формирование сырой биомассы редиса при опрыскивании
водным раствором СФ
Было отмечено, что водный раствор СФ стимулирвал накопление сухой
биомассы, особенно листьев и корнеплодов. Биомасса корней слабо
ингибировалась водным раствором СФ. Общая биомасса существенно
превышало после опрыскивания водным раствором СФ в сравнении с
контрольными растениями редиса (рис.33). При этом чистая продуктивность
фотосинтеза была снижена после обработки.
102
Рисунок 33. Формирование сухой биомассы при опрыскивании
надземных частей редиса водным раствором СФ.
При
проведении
расчетов,
определялась
величина
наименьшей
существенной разницы при вероятности P = 0,95.
Расчетным путем вычислена ЧПФ редиса в контроле – 0,29 г/(м2·сут);
ЧПФ после обработки СФ – 0,21 г/(м2·сут).
Опрыскивание вегетативных органов водным раствором СФ заметно
оказывал стимулирующий эффект на формирование корнеплода, но это не
было также четко выражено в формирвании площади листовой поверхности
(рис. 34).
Рисунок 34. Формирование листьев редиса после опрыскивания
водным раствором смеси фурокумаринов.
103
Таблица 9.
Соотношение удельной поверхности листа и доли корневой массы
Редис сорт Сакса
Контроль (вода)
Смесь фуранокумаринов
Доля корнев.массы,
мг/мг
0,06
0,05
УПЛ м2/кг
24,5
24,4
Также выявили стимулирующий эффект в образовании основных
пигментов после опрыскивания водным раствором СФ. В таблице 10
приведены данные в мг/г сухого вещества.
Таблица 10. Содержание основных пигментов редиса
Редис
Контроль (вода)
СФ
Таким
образом,
С хл а
8,3
10,7
С хл в
3,7
4,2
полученные
данные
С хл а+в
12
14,9
указывают
С кар
2
2,49
на
слабый
стимулирующий эффект водных вытяжек опада борщевика и водного
раствора СФ на рост и развитие растений редиса сорта Сакса (табл. 11, рис.
35).
Таблица 11. Биометрические показатели растений редиса сорта Сакса
Варианты
Контроль
Экстракция опада
Раствор СФ
НСР 05
Высота
надземных
органов, см
23,9 ± 0,7
25,8 ± 1,2
24,0 ± 1,1
1,3
Число
листьев,
шт
7,1 ± 0,2
7,6 ± 0,4
6,8 ± 0,3
0,5
Площадь
листьев, мм2
368,8 ± 29,1
429,8 ± 41,1
393,8 ± 36,1
36,2
104
Рисунок 35. Сравнительная характеристика растений редиса после
полива водным экстрактом опада борщевика и опрыскивания водным
раствором СФ.
Более существенные отличия в реакции редиса на обработку
экстрактом из опада борщевика и водным раствором смеси фурокумаринов
отмечались в накоплении растениями сухой массы (Рис. 35). Расчёт
наименьшей существенной разности с 95%-ным уровнем достоверности [13]
позволил выявить положительный эффект водного раствора СФ на
накопление сухой массы корнеплодом редиса.
На развитие растений редиса Сорт Сакса водный экстракт борщевика
оказывал ингибирующее действие, а водный раствор СФ,
наоборот,
оказывал стимуляцию, что отражалось на накопление сырой и сухой
биомассы корнеплода.
3.6.4. Реакция растений овса на обработку водным раствором смеси
фурокумаринов
При проведении экспериментов выявлены особенности: данные сырой
и сухой биомассы овса указывали на слабый ингибирующий эффект от
опрыскивания водным раствором СФ в сравнении с контрольными
растениями (рис. 36).
105
Рисунок 36. Накопление сырой биомассы овса после опрыскивания
водным раствором СФ
Отмечено, что на накопление сухой биомассы растений овса водный
раствор СФ оказывал слабый, но устойчивый стимулирующий эффект (рис.
37).
Рисунок 37. Накопление сухой биомассы овса после опрыскивания
водным раствором СФ
106
Также водный раствор СФ оказывал устойчивый стимулирующий
эффект на образование количества зерен в метелке и количества метелок на
одном растении (табл. 12). Но в тоже время такой показатель, как масса 1000
зерен, уступало контрольным данным.
Таблица 12. Формирование зерен овса при опрыскивание водным
раствором СФ
Овес Конкур
Контроль (H2O)
Смесь фуранокумаринов
Кол-во зерен в
метелке, n
19,2
29
m 1000зерен
28,5
24
В опыте с водным раствором СФ мы выявили стимулирующий
эффект на образование количества зерен в соцветии – 29 по отношению к
контрольным растениям – 19,2. Также биомасса соцветий отличалось явным
положительным эффектом при опрыскивании водным раствором СФ - 1,08г.,
тогда как в контрольных растениях (опрыскивание H2O) – 0,71г. При
проведении расчетов, определялась величина наименьшей существенной
разницы при вероятности P = 0,95.
Расчетным путем вычислена чистая продуктивность фотосинтеза
овса:
Контроль – 0,15 г/(м2·сут);
Водный раствор СФ – 0,18 г/(м2·сут).
Накопление пигментов происходит слабо при опрыскивании водным
раствором СФ, в сравнении с контролем, но высокая степень ЧПФ, что может
свидетельствовать
об
эффективном
использовании
хлорофиллов
в
накоплении фотосинтетической продукции (табл. 13).
107
Таблица 13. Содержание основных пигментов при опрыскивании водным
раствором СФ, мг/г сух. вещества.
Овёс
С хл а
С хл в
С хл а+в
С кар
Контроль (вода)
4,75
1,65
6,4
1,06
СФ
2,07
1,38
3,45
0,44
Накопление пигментов при опрыскивании водным раствором СФ
происходило существенно ниже в сравнении с контрольными растениями.
Полученные результаты переведены в мг/г сухого вещества (табл. 13).
Овес на 40 день от всходов
Овес на 50 день от всходов
Овес на 76 день от всходов
1. Контроль (вода); 2. Водный экстракт опада борщевика; 3. Обработка водным
раствором смеси фурокумаринов
Рисунок 38. Сравнение разных обработок в различных стадиях
развития растений овса
Регулярный полив сосудов водной вытяжкой из опада H. sosnowskyi и
водным раствором СФ практически не отразился на внешнем облике
растений редиса и несколько угнетал рост растений овса (Рис. 38, табл. 14).
Масса 1000 зерен уступало в обоих вариантах контрольным растениям и
составило: контроль – 28,5г., экстракт борщевика – 28,1, водный раствор
108
СФ – 24г. Расчёт наименьшей существенной разности с 95%-ным уровнем
достоверности [13].
Таблица 14. Сравнительная характеристика обработок овса
Параметры
H2O
Водный экстракт
Раствор СФ
НСР05
Кол-во зерен в
метелке, n
19,2± 2,1
19,2 ± 2,1
29± 2,8
2,9
Масса 1000зерен, г
28,5 ± 0,2
28,1 ± 0,4
24 ± 0,5
0,6
Таким образом, в результате двух экспериментов с обработкой овса
получены следующие данные. В опыте с экстрактом борщевика растения
овса уступали в развитии стебля и образовании зерен в метёлке к
контрольным растениям. И показали слабое угнетение в развитии корня при
обработке экстрактом борщевика. Но показатели накопления сырой и сухой
биомассы, накопления пигментов (хлорофилла а+в и каротиноидов), данные
ЧПФ говорят, о стимулирующем эффекте водного раствора СФ на развития
растения овса.
109
3.7. Влияние активных веществ почвы из-под борщевика на рост и
развитие дикорастущих растений
3.7.1. Накопление ионов азота, калия, фосфора в повче из-под борщевика
Приведенный анализ почвы на количественное содержание в ней
азота, фосфора и калия показал, что он в почве из-под борщевика составляет
допустимую норму и не имеет существенной разницы с контрольной почвой
взятой из того же района, но не прошедшей экспансию борщевиком [162].
Полученные данные свидетельствуют о высоком содержании в почве
из-под борщевика азота и фосфора и среднем – у калия (табл. 15).
Таблица 15. Содержание N, P, K в почве из-под борщевика
Накопление N, P, K
Контроль
Почва из-под борщевика
Таким
образом,
при
N мг/100г
36
40
проведении
P мг/100г
19,5
19,5
дальнейших
K мг/100г
14
15
экспериментов,
полученные различия или какие-либо существенные отличия от контрольных
данных будут интерпретированы не содержанием основных элементов
питания, микроэлементов, а присутствием в почве из-под борщевика
элементов аллелопатического воздействия на растения, испытывающие то
или иное воздействие.
110
3.7.2. Воздействие активных веществ почвы из-под борщевика на
процессы роста и развития растений ромашки аптечной
Перезимовавшие осенние всходы H. sosnowskyi, весной очень рано
трогаются в рост, при этом не исключено, что выпадающими дождями часть
компонентов клеточного сока может вымываться из надземных органов и,
попадая на поверхность почвы, входить в контакт с прорастающими
семенами других травянистых видов растений [165].
Рисунок 39. Ромашка аптечная на 40 день от всходов:
1. Контроль - слой 0-10см (почва без присутствия борщевика); 2. Почва
борщевика – слой 0-10 см
Наблюдения показали различия уже на ранних стадиях развития
ромашки в почве из-под борщевика. Проростки ромашки из-под борщевика
явно испытывали стимуляцию в сравнении с проростками выращенными в
контрольной почве (рис. 39). На 40 день от всходов растения ромашки в
почве из-под борщевика уже сформировали цветоносы и переходили в
стадию бутонизации. Когда как контрольные растения ромашки только
начали формировывать цветоносы (рис. 39).
111
Рисунок 40. Ромашка аптечная на 65 день от всходов:
1. Контроль - слой 0-10см (почва без присутствия борщевика); 2. Почва
борщевика – слой 0-10 см.
На 65 день от всходов растения ромашки аптечной в почве из-под
борщевика завершали фазу бутонизации и готовились к периоду покоя. Они
имели удлиненный габитус и меньшее количество цветоносов в сравнении с
контрольными растениями.
Рисунок 41. Формирование вегетативных органов растений ромашки
аптечной
112
Контрольные
растения
ромашки
аптечной
состояли
в
фазе
бутонизации, а некоторые ещё только переходили в эту фазу. Габитус
формировали более компактный и цветоносы формировались в больших
количествах (рис. 40, 41, 42).
Рисунок 42. Высота растений ромашки аптечной
Высота растений в почве из-под борщевика существенно
испытывало стимуляцию, со стороны активных веществ почвы.
Рисунок 43. Сырая биомасса ромашки аптечной
113
Накопление сырой и сухой биомассы ромашкой аптечной в почве
из-под борщевика происходило медленнее, чем в контроле, растения в
почве из-под борщевика явно испытывали угнетение. Такая реакция
возможно связана с содержанием в почве из-под борщевика активных
аллелохимикалий, взаимодействующих с корневой системой ромашки
аптечной (рис. 43, 44).
Рисунок 44. Сухая биомасса ромашки аптечной
По результатам исследований отмечено, что семена ромашки
аптечной, помещённые в почву из-под борщевика (0-10 см), прорастали на 45 дней раньше, чем семена, помещённые в контрольную почву. Кроме этого,
сухая масса надземных органов (листьев, стеблей, соцветий) и корней была
больше, чем в контроле. У растений на почве из-под борщевика отмечался
более ранний переход к генеративному развитию [167, 169, 170].
3.7.3. Воздействие активных веществ почвы из-под борщевика на
процессы роста и развития растений чертополоха курчавого
Чертоплох курчавый в почве из-под борщевика на ранних этапах
развития испытывал угнетающий эффект. Отмеченный эффект сохранялся на
всём протяжении эксперимента (рис. 45).
114
Рисунок 45. Чертополох на 65 день от всходов
1. Контроль - слой 0-10см (почва без присутствия борщевика); 2. Почва
борщевика – слой 0-10 см
Во взрослом состоянии угнетение зафиксировано в накоплении сырой
и сухой биомассы. Причем ингибирование накопления общей биомассы
составляло больше 30% (рис. 45, 46, 47).
Рисунок 46. Накопление сырой биомассы чертополоха
115
Рисунок 47. Накопление сухой биомассы чертополоха курчавого
Таким образом, проведенный эксперимент с растениями чертополоха
курчавого выращенными в почве из-под борщевика испытывали устойчивое
угнетение (рис. 45-47). Подобный эффект доказывает содержание в почве изпод борщевика аллелохимикалий, вступающих во взаимоотношения с
растениями, а именно действуя на корневую систему ингибируют процессы
роста чертополоха [165, 167].
116
3.8. Ответная реакция борщевика на обработку растворами
агрессивной жидкости (растворами содержащими натрий)
С экологической точки зрения вызывает определённый интерес
возможность заселения борщевиком пустырей, дорожных отвалов и земель,
находившихся
под
промышленным
использованием.
Для
выявления
устойчивости борщевика к некоторым видам антропогенного воздействия,
было проведено исследование реакции молодых растений борщевики на
резкое повышение концентрации солей в почве и изменение её рН (рис. 48)
[163].
Рисунок 48. Действие химических веществ на выживаемость
молодых растений борщевика Сосновского
В качестве эффекторов на растения борщевика использовались солевой
раствор (5 М NaCL) и раствор щёлочи (5 М NaOH). Повторность –
трёхкратная. Под выбранные растения борщевика вносилось: 1) два литра
воды (контроль), или 2) солевого, или 3) щелочного раствора. По истечении
пяти суток опытные растения полностью погибали, причём действие
щелочного раствора было более сильным, но по истечении 10 дней борщевик
в местах обработки NaOH возбновлял рост и развитие. Растения борщевика
обработанные NaCl погибали окончательно. При этом даже корневая система
117
полностью погибала под действием резкой концентрации соли. Из этого
следует, что борщевик Сосновского не способен заселять территории,
загрязнённые отходами химических производств.
Полученные
результаты
можно
использовать
при
борьбе
с
распространением борщевика, как минимум вдоль автотрасс и железных
дорог.
118
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Выяснение механизмов взаимодействия и взаимоотношений между
культурными растениями и сорняками, представителями дикой флоры и
культурными растениями привлекло внимание физиологов растений,
фитоценологов, экологов начиная с середины прошлого столетия [5, 6, 22,
76]. Это было связано, как с необходимостью поддержания высокого уровня
продуктивности сельскохозяйственных растений [41], так и обнаруженным
экологогами и физиологами растений явлением инвазивности чужеродных
видов растений [5, 40, 168], а также эргазиофигофитов [165, 167, 169, 170] в
естественные и агроэкосистемы. В целом ряде описанных случаев явление
инвазивности оказывало сильный угнетающий эффект на представителей
аборигенной флоры [68, 90, 98, 165]. Единого мнения на механизмы
инвазивности растительных видов не выяснено до настоящего времени.
Ведётся интенсивная разработка данной проблемы [164, 165, 167, 169].
Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) в средней полосе
Российской
Федерации
является
типичным
эргазиофигофитом.
Его
спонтанное распространение, захват пустующих земель, внедрение в
естественные и агроэкосистемы имеют чётко выраженный характер
инвазивности, но механизмы инвазивности в настоящее время остаются не
выясненными. По нашему мнению, именно это обстоятельство не позволяет
разработать действенных мер для ограничения его распространения.
Проведенные нами эклого-физиологические исследования внедрения
борщевика Сосновского в дичающие агроэкосистемы в Дмитровском районе
Московской области показали, что борщевик распространяется плодами и
интенсивнее по направлению господствующих воздушых масс, среди
видов растений совместно произрастающих в синузиях борщевика,
представлены в основном виды семейств злаковых и сложноцветных,
густые синузии борщевика склонны к самоизреживанию.
119
Другим направлением нашей работы были выявление возможного
аллелопатического действия компонентов сока из различных органов H.
sosnowskyi на прорастание семян и рост широкого спектра представителей
культурной и дикой флоры, включая лекарственные растения, в органах
которых содержится значительное количество вторичных соединений [20, 33,
48, 98, 165]. Это представляло интерес особенно в связи с тем, что борщевик
Сосновского является культурным видом и содержащиеся в его органах
фуранокумарины [33, 42, 91] могли оказывать негативный эффект на другие
виды. Мы установили, что токсичное действие происходит в разбавлениях
1:1 для всех видов протестированных нами лекарственных растений.
Ромашка
аптечная
из
семейства
сложноцветные
оказалась
самой
чувствительной по отношению к соку борщевика, это проявилось уже в
разбавлении 1:16 (табл. 4). Ощутимое стимулирование зафиксировали в
сильном разбавлении 1:16 при действии сока на проростки зверобоя.
Так,
например,
даже
сильное
разбавление
1:16,
оказало
резкое
ингибирующее действие на проростки ромашки (больше 55%) и душицы
(больше 11%) (табл.4). Особый интерес при изучении эффектов водных
вытяжек из органов борщевика представляло изучение ответных реакций
представителей видов культурной и дикой флоры. В литературе по проблеме
инвазивности растительных видов [22, 33, 37, 40, 31, 90] имеются сведения о
наличии видовой специфичности в устойчивости отдельных представителей
аборигенной флоры. Но нет данных, указывающих на наличие такой
специфичности в ответных реакциях у культурных растений. Наши
исследования показали, что ингибирующий эффект сока проявлялся
даже для самых стойких видов растений таких как Pisum и Triticum (рис.
16). Разбавленный сок борщевика в два раза, усиливал ингибирующее
действие на проростки всех культур, причём его действие сильнее всего
отражалось
на
проростках
злаковых
культур
(рис.
17).
Процент
ингибирования, по мере увеличения его разбавления, у пшеницы уменьшался
с 71 до 29, тогда как у гороха - от 22 до 9. По-видимому, это связано с тем,
120
что семена гороха значительно больше по величине зерновок пшеницы (рис.
15, 16), обладают большим запасом питательных веществ и поэтому менее
интенсивно поглощали растворимые в воде компоненты сока борщевика.
Подобная
реакция
проростков
не
опровергает
теорию
действия
аллелохимикалий на тестируемые проростки, а наоборот, подтверждает нашу
гипотезу. Согласно работам исследователей вторичных метаболитов многие
фенольные соединения являются антагонистами ИУК и гиббереллина
[93]. Однако при значительных разбавлениях сока жизнеспособность
проростков заметно возрастала, что могло быть связано с уменьшением
концентрации
ингибиторов
в
большей
степени,
чем
активаторов,
содержащихся в вытяжках из органов растений.
Многими
содержанием
авторами
объясняется
частях
борщевика
в
аллелопатическая
активность
аллехимикалий,
а
именно
фуранокумариновой активностью [20, 33, 91]. В наших исследованиях мы
выявили зависимость содержания в водном растворе смеси фурокумаринов и
ингибирующим
воздействием
на
проростки
Lactuca
и
Raphanus.
Содержащиеся в борщевике фуранокумарины проявляют такую же
аллелопатическую активность как и сок листьев и корней борщевика,
смыв с листьев и водная экстракция плодов борщевика. Таким образом,
можно
заключить,
что
фурокумарины
являются
компонентоми
аллелохимикалий борщевика Сосновского.
Естественных
условиях,
в
природной
среде,
концентрация
аллелохимикалий борщевика воздействующих на растения очень низкая и
поэтому сильное разбавление сока 1:16, экстракта плодов 1:100, водного
раствора СФ 0,0000226 М, больше отражает реальные взаимоотношения в
ценозах. Но нужно отметить, что это воздействие происходит постоянно.
Только зимой покоящиеся плоды выделяют меньшее всего химических
веществ, но при наступлении оптимальных условий плоды начинают
активное дыхание, набухание и развитие проростков происходит уже в
конце февраля, и дальнейшее воздействие на окружающие растения
121
усиливаются, приходя к максимуму во время цветения [68]. Даже осенью
гниющиеся остатки выделают токсические вещества [32, 37, 98]. Поэтому,
многие виды растений не выдерживают такого соседства, остаются
только нейтральные к воздействию аллелохимикалий борщевика.
При
описании
эколого-физиологических
особенностей
распространения борщевика мы обратили внимание на то, что в синузиях
борщевика в осенний период, под опадом засохших органов практически
отсутсвуют зимующие побеги многолетних сорных растений. Исследование
водных вытяжек из опада растений борщевика показало, что на развитие
растений редиса Сорт Сакса водный экстракт борщевика оказывал
ингибирующее действие, а водный раствор СФ наоборот оказывал
стимуляцию, что отражалось на сырой и сухой биомассе корнеплода (рис. 35,
табл. 11).
Однако растения редиса обоих опытных вариантов, при относительно
равном количестве листьев, имели большую площадь ассимиляционной
поверхности, по сравнению с растениями, которые поливались водой
(табл.11). При этом положительная ответная реакция растений редиса
была более выражена на полив экстрактом из опада борщевика (116%) и
в меньшей степени при поливе водным раствором СФ (107%).
Также регулярный полив сосудов водной вытяжкой из опада H.
sosnowskyi и водным раствором СФ практически не отразился на внешнем
облике растений редиса и несколько угнетал рост растений овса (Рис. 38).
Масса 1000 зерен уступало в обоих вариантах контрольным растениям и
составило: контроль – 28,5г., экстракт борщевика – 28,1, водный раствор
СФ
–
24г
[165,
170].
Это
позволило
сделать
заключение,
что
аллелопатической активностью обладают компоненты водных вытяжек
только из вегетирующих растений, и что эти компоненты растворимы в
воде и, скорее всего, легко вымываются атмоферными осадками,
попадая в почву.
122
Выращивание растений ромашки аптечной, чертополоха курчавого на
почве из-под борщевика показало, что семена ромашки
аптечной,
помещённые в почву из-под борщевика (0-10 см), прорастали на 4-5 дней
раньше, чем семена, помещённые в контрольную почву. Кроме этого, сухая
масса надземных органов (листьев, стеблей, соцветий) и корней была
больше, чем в контроле. У растений на почве из-под борщевика отмечался
более ранний переход к генеративному развитию [167, 169, 170].
Проведенный эксперимент с растениями чертополоха курчавого
выращенными в почве из-под борщевика испытывали устойчивое угнетение
(рис. 45-47). Подобный эффект доказывает содержание в почве из-под
борщевика аллелохимикалий, вступающих во взаимоотношения с
растениями, а именно действуя на корневую систему ингибируют
процессы роста чертополоха [165, 167].
Несмотря на интерес к борщевику как к источнику аллелохимикалий,
которые в дальнейшем можно использовать в сельскохозяйственной
практике и фармацевтике, не иссякает страх перед распространением и
актуальность борьбы с агрессивным видом борщевика возрастает с каждым
годом [31, 32]. В связи с этим частичное ограничение распространения
борщевика вдоль автотрасс и железнодорожных насыпей возможно
обработкой
растворами
агрессивной
жидкости
(растворами,
содержащими натрий). В наших работах показали эффективность
солевых
растворов
в
ограничении
распространения
растений
борщевика, не достигших генеративного возраста (рис. 48).
123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Внедрение борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden) в
естественные и дичающие агроэкосистемы, расселение его по пустошам,
вдоль дорог, по опушкам разреженных лесных фитоценозов приобретает
характер экологического бедствия во многих территориях Российской
Федерации. Проведенные нами исследования в полевых и лабораторных
условиях дают основание утверждать, что борщевик Сосновского, являясь
эргазиофигофитом, обладает чертами инвазивного растительного вида.
Основным
механизмом
физиологические
его
внедрения
характеристики,
как
являются
мощная
такие
морфо-
надземная
сфера
вегетирующих растений, большое количество образуемых плодов, которые
разносятся ветром и птицами, наличие в популяциях как моно-, так и
поликарпиков,
неоднородность
во
времени
достижения
семенами
физиологической зрелости, устойчивость к воздействию низких температур в
осенний и весенний период.
Борщевик Сосновского содержит в своих органах (плодах, корнях,
листьях, цветоносах, цветках) большое количество вторичных соединений
различных классов с преобладанием фуранокумаринов, алкалоидов и
небелковых аминокислот, что позволило прогнозировать у этого вида
аллелопатические свойства. Исследования показали, что неразбавленный и
слабо разбавленный водой сок из вегетативных органов борщевика обладает
чётко выраженным ингибиторным действием на прорастание семян, рост
проростков и молодых растений многих видов культурных, сорных и
лекарственных растений. В ряде случае отмечалась полная гибель
прорастающих семян и проростков таких тест-растений, как зверобой
продырявленный (Hypericum perforatum L.), ромашка аптечная (Matricaria
chamomilla L.), душица обыкновенная (Oríganum vulgáre L.). Ингибиторными
свойствами обладали также пасока растений борщевика и смыв (имитация
атмосферных осадков) с листьев взрослых растений.
124
Однако водные вытяжки из осенне-зимнего опада с растений
борщевика Сосновского ингибиторным действием на рост и развитие
культурных видов растений (овес сорт Конкур и редис сорт Сакса) не
обладали. То есть, аллелопатические соединения, находящиеся в опаде, или
быстро окислялись на воздухе, или вымывались атмосферными осадками в
почву. Во всяком случае, до весны-лета следующего года в сннузиях
борщевика всходов других видов растений не появлялось.
Более того, сильно разбавленный водой сок из органов вегетирующих
растений борщевика, в ряде случае оказывал стимулирующее действие на
прорастание семян и рост проростков культурных видов (пшеница мягкая
(Triticum aestivum) сорт Звезда, ячмень яровой (Horderum vulgare) сорт
Михайловский, горох посевной (Pisum sativum), редис (Raphanus sativus),
(Lactuca sativa). Выявлено, что ответная реакция на действие вытяжек из
органов борщевика зависела от вида и возраста целевых растений, то есть она
видоспецифична. Кроме этого, мы установили, что борщевик Сосновского,
являясь культурным видом, весьма чувствителен к аутоинтоксикации (со
временем происходит изреживание синузий), переувлажнению почвы
(избегает микро- и мезодепрессий на поверхности почвы, занимаемых
осоковыми, вейником, щучкой), сдвигом рН в щелочную область и высокой
концентрации солей (NaCl).
Основываясь на своих исследованиях, мы вправе предположить, что
слабо разбавленный сок из вегетативных органов борщевика Сосновского
можно использовать в качестве биогербицида, а сильно разбавленный водой
сок использовать в качестве стимулятора прорастания семян культурных
растений.
125
ВЫВОДЫ
1. Морфо-физиологическими свойствами борщевика Сосновского (Heracleum
sosnowskyi Manden), которые характеризуют его в качестве инвазивного вида,
являются: мощная надземная сфера (высота растений в среднем 2,5- 3,5 метра,
высокая облиственность (7-10 листьев), главный и до 10 пазушных
цветоносов), мощный стержневой корень со значительным количеством
тонких боковых корней, большое количество образуемых плодов, созревание
которых растянуто во времени (от 7 до 20 дней), устойчивость осенне-зимних
и ранне-весенних всходов к низким положительным температурам и
заморозкам. Факторами, частично ограничивающими его распространение на
территориях, являются наличие на поверхности микро- и мезодепрессий,
плотный
стеблестой
и
войлок
засохшей
травянисто-бурьянистой
растительности, затрудняющей попадание плодов на поверхность почвы,
способность к самоизреживанию (аутоинтоксикация), загрязнение почвы
некоторыми химическими веществами.
2. Молодые растения борщевика Сосновского полностью погибали при
обработке поверхности почвы 5 М раствором NaOH (сдвиг рН) и 5М
раствором NaCl (солевой стресс).
3. Эффект аллелопатически активных соединений, содержащихся в органах
борщевика, зависит от их концентрации в соке и восприимчивости к ним тестрастений. При сильных разбавлениях сока, содержащиеся в нём химические
компоненты могут оказывать стимулирующее действие на прорастание семян
и рост проростков ряда культурных и лекарственных растений.
4. Водная вытяжка из опада (отмершие листья, цветоносы, кусочки коры
стебля, плоды), образующегося в синузиях борщевика Сосновского в осеннезимний период, не оказывают ингибирующего или стимулирующего эффекта
на рост и развитие тест-растений, что может косвенно свидетельствовать об
отсутствии, либо низком содержании в опаде фуранокумаринов.
5. Водный раствор смеси фуранокумаринов, (содержащий изопимпинеллин,
бергаптен,
ксантотоксин),
оказывал
преимущественно
стимулирующее
126
действие на накопление сухой массы корнеплодом редиса и метёлкой овса.
Растения
овса,
регулярно
поливаемые
водным
раствором
смеси
фуранокумаринов, имели большую озернённость метёлки, но существенно
меньшую массу 1000 зёрен.
6. При проращивании семян целевых растений в присутствии водной вытяжки
из плодов борщевика Сосновского, уменьшалась их энергия прорастания и
всхожесть на 18-20%. Некоторая часть семян полностью погибала.
7. Некоторое ингибирующее действие на рост тест-растений оказывали
компоненты пасоки и смыва с листьев вегетирующих растений борщевика,
полученные в период их массового цветения.
8. Неразбавленный и слабо разбавленный (1:1, 1:4) водой сок из вегетативных
органов борщевика (листьев, корня) обладал угнетающим действием на
прорастание семян и рост проростков изученных целевых растений, что в
перспективе
может
быть
использовано
для
приготовления
растворов
биогербицида.
127
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бриттон, Г. Биохимия природных пигментов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986.
–
422 с.
2. Гребинский, С. О. Биохимия растений // С. О. Гребинский Издат. объед.
«Вища школа», М.: - 1975. 280с.
3. Гродзинский, А. М. Аллелопатия в жизни растений и их сообществ /А.М.
Гродзинский. – Киев: Наукова думка, 1965. – 198 с.
4. Гродзинский, А.М. Экспериментальная аллелопатия. Киев: Наукова думка,
1987. – 236 с.
5. Гродзинский, А. М. Краткий справочник по физиологии растений /
А.М. Гродзинский, Д. М. Гродзинский. ‒ Киев: Наукова думка, 1973. ‒ 591 с.
6. Грюммер, Г. Взаимное влияние высших растений. Аллелопатия. М., ИЛ,
1957.
7. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. — М.:
Агропромиздат, 1985. — 351 с.
8. Ипатов, В. С. Фитоценология / В. С. Ипатов, Л. А. Кирикова. Учеб. – СПб.:
Изд-во С.-Петербург. Ун-та, 1999. – 316 с.
9. Кошкин, Е. И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур:
учебник / Е. И. Кошкин. – М.: Дрофа, 2010. — 638с.
10. Конарев, В. Г. Цитохимия и гистохимия растений: М.: Высшая школа,
1966. 324с.
11. Кондратьев, М. Н. Биохимические взаимодействия между растениями в
агрофитоценозах / М. Н. Кондратьев, Ларикова Ю. С. // Учеб. пособ. – 2005,
с.51.
12. Кретович, В. Л. Биохимия растений: Учеб. – 2-е изд., перераб. и доп.; –
М.: Высш. шк., 1986. – 503с.
13. Кузнецов, Вл. В. Физиология растений. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.:
Высшая школа, 2006. – 742с.
128
14. Лазурьевский, Г. В. Практические работы по химии природных
соединений/ Терентьева И. В., Шамшурин А. А. – 2-е изд., перераб. и доп.
М.: Высшая школа, 1966. - 335с.
15. Лукнер, М. Вторчный метаболизм у микроорганизмов, растений и
животных. М.: Мир, 1979. 548с.
16. Плешков, Б. П. Биохимия сельскохозяйственных растений. – 5-е изд., доп.
и перераб. – М.: Агропромиздат, 1987. – 494 с.
17. Плешков, Б. П. Практикум по биохимии растений. – 3-е изд., доп. и
перераб. – М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с.
18. Плешков, Б. П. Биохимия сельскохозяйственных растений. изд. 3-е доп. И
перераб. М.: Колос, 1975. - 496с.
19. Путырский, И. Универсальная энциклопедия лекарственных растений/
сост. И. Путырский, В. Прохоров. – М.: Книжный Дом; 2000. – 656с.
20. Саловарова, В. П. Введение в биохимическую экологию : учеб. пособие /
В. П. Саловарова, А. А. Приставка, О. А. Берсенева. – Иркутск : Изд. Иркут.
гос. ун., 2007. – 159 с.
21. Страйер, Л. Биохимия в 3-х т, пер.с англ. – М.: Мир, 1985. – Т. 2. – 312 с.
22. Токин, Б. П. Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах. Изд. 3-е,
испр. и доп. – Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1980. – 280 с.
23. Третьяков, Н. Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных
растений/ Н. Н. Третьяков, Е. И. Кошкин, Н. М. Макрушин и др.; под ред. Н.
Н. Третьякова. 2-е изд. – М.: КолосС, 2005. – 656с.
24. Филипцова, Г. Г. Основы биохимии растений. Курс лекций. – Мн.: БГУ,
2004. - 136с.
25. Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С.Гиляров.–
М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – 864 с.
26. Микробиология: учеб. пособ. В. В. Лысак. – Минск: БГУ, 2007. – 427 с.
27. Микробиология: учебник для вузов. В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. – 5-е
изд., перераб. и доп. – М. : Дрофа, 2005. – 445 с.
129
28. Практикум по микробиологии: учеб. пособ. А. И. Нетрусов, М. А.
Егорова, Л. М. Захарчук и др. – М.: Академия, 2005. – 608 с.
29. Практикум по физиологии растений / Третьяков Н. Н., Карнаухова Т. В.,
Паничкин Л. А. и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1990. –
271 с.
30. Практикум по физиологии растений. Третьяков Н. Н., Паничкин Л. А.,
Кондратьев М. Н. и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: КолосС, 2003. – 288с.
31. Богданов, В. Л. // Биологическое загрязнение территории экологически
опасным растением борщевиком Сосновского / Богданов, В.Л. Николаев, Р.В.
Шмелева, И.В.
Сб. "Проблемы и перспективы современной медицины,
биологии и экологии". Название сборника "Фундаментальные науки и
практика Т. 1. – 2010. – С. 147-164.
32. Бочкарев, Д. В. Трансформация пойменно-лугового фитоценоза при
внедрении в него адвентивного сорного вида – борщевика Сосновского. Д. В.
Бочкарев, А.Н. Никольский, Н.В. Смолин,– Ж.: Вестник Алтайс. гос. ун. №7
(81), 2011. – С. 36 – 40.
33. Бахтенко Е.Ю. Многообразие вторичных метаболитов высших растений:
учебное пособие. Вологда, 2008. – 266с.
34. Гельтман, Д. В. Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.)
на Северо-Западе России. Ботанический институт им.В.Л. Комарова РАН.
35. Глубшева, Т. Н. Аллелопатия амброзии полыннолистной (Ambrosia
Artemisifolia L.) // Т.Н.Глубшева, Е.Н. Карпушина. Белгородский Гос. ун-ет,
науч. ведом., №11 (66), 2009, стр 5-9.
36. Глубшева, Т. Н. Влияние настоя из амброзии полыннолистной на
важнейшие сельскохозяйственные культуры / Т. Н. Глубшева // Белгородский
государственный университет. Ж. Науч. вести. Серия Естественные науки.
2010. № 9 (80). Выпуск 11, c. 55-58
37. Дубровин, А. П. Биотестирование активности водорастворимых веществ,
содержащихся в плодах Heracleum sosnowskyi Manden / А. П. Дубровин //
Моск. гос. обл. ун-ет. Вестник №1. с. 56-59.
130
38. Зенкевич, И. Г. Использование растворов неорганических солей для
увеличения выхода эфирных масел методом гидродистилляции / И. Г.
Зенкевич, К. Г. Ткаченко, М. М. Коробова // Растит. ресурсы. – 1998. – Т. 34,
вып. 3. – С. 107–111.
39. Игнатов, М. С. Конспект флоры адвентивных растений Московской
области / М. С. Игнатов, В. В. Макаров, А. В. Чичев // В сб.: Флористические
исследования в Московской области. – M.: Наука, 1990. – С. 5-105.
40. Кожин, С. А. Эфирные масла из листьев и репродуктивных органов
Heracleum trachyloma Fisch. et Mey. и изменения их состава по фазам
развития растений / С. А. Кожин, Нгуен Ме Линь. // Растит. ресурсы. – 1976.
– Т. 12, вып. 1. – С. 42-52.
41. Ламан, Н. А. Гигантские борщевики – опасные инвазивные виды для
природных комплексов и населения Беларуси / Н. А. Ламан, В. Н. Прохоров,
О.М. Масловский. Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.
Купревича НАН Беларуси.: Минск, 2009. –40 с.
42.
Наумов,
С.
Ю.
Гигантские
борщевики
в
Крыму:
Heracleum
mantegazzianum вместо H. pubescens. / С.Ю. Наумов, А.В. Ена, Е.С. Крайнюк
// Науковий вісник ЛНАУ , № 8, 2009 – C. 18-22.
43. Матвеев, Н. М. Годичные и сезонные изменения аллелопатического
режима в лесонасаждениях степного Заволжья / Н. М. Матвеев // В сб.:
Вопросы лесной биогеоценологии, экологии и охраны природы в степной
зоне. Вып. 2. Куйбышевский госуниверситет, 1977, с. 12—20.
44. Матвеев, Н. М. Об аллелопатической активности некоторых древесных и
кустарниковых растений Куйбышевского ботанического сада / Н. М. Матвеев
// В сб.: Вопросы лесной беогеоценологии, экологии и охраны природы в
степной зоне. Вып. 2. Куйбышевский госуниверситет, 1977, с. 32—38.
45. Миркин, Б. М. Адвентизация растительности: инвазивные виды и
инвазибельность сообществ / Б. М. Миркин, Л. Г. Наумова // Успехи
современной биологии, 2001. Т. 121. № 6. – С. 550–562.
131
46. Мусихин, П. В. Исследование физических свойств и химического состава
борщевика Сосновского и получение из него волокнистого полуфабриката /
П. В Мусихин, А. И. Сигаев // Современные наукоемкие технологии № 3.
Сыктывкар. 2006. С. 65 ‒ 67.
47. Орлин, Н. А. Об извлечении кумаринов из борщевика / Н. А. Орлин //
Владимирский государственный университет Владимир, Россия. Успехи
современного естествознания №3 – 2010. С. 28-30.
48. Пасешниченко, В. А. Растения – продуценты биологически активных
веществ / Пасешниченко В. А. // Институт биохимии им. А.Н. Баха.
Российской академии наук, Москва. Соросовский образовательный журнал,
том 7, №8, 2001. С. 13-19.
49. Попов, А. М. Механизмы биологической активности гликозидов
женьшеня: сравнение с гликозидами голотурий. Вестник ДВО РАН. 2006. №
6 стр. 92-104.
50. Песня, Д. С. Исследование токсического, митозмодифицирующего и
мутагенного действия борщевика Сосновского // Д. С. Песня, Д. А. Серов, С.
А. Вакорин, И. М. Прохорова. Ярославский педагогический вестник – 2011 –
№ 4. Т. – III. С. 93-98.
51. Сагындыков, У. З. Биологическое силосование борщевика Сосновског / У.
З. Сагандыков, А. А. Касенова, Н. К. Чуканов, З. А. Кожахметова //
Исследования, результаты КазНАУ. - 2007. - №3. - c.61-63.
52. Свиридова, Т. П. Интродукция флавоноидо-содержащих лекарственных
растений в сибирском ботаническом саду Томс. Г. Ун. Свиридова Т. П.,
Зиннер Н. С., Томск. 2009. ‒ С. 132-154.
53. Симонов, Г. А. Борщевик Сосновского – злостный засоритель полей / Г.
А. Симонов, В. С, Никульников, В. С. Зотеев // Ж. Ученые записки, сельское
хозяйство. 2009. – С. 324-326.
54. Смирнов, А. А. Некоторые итоги и перспективы развития ботанических
исследований на Сахалине / А. А. Смирнов // Вестник ДВО РАН. № 1. – 2006.
– С. 49 – 66.
132
55. Снисаренко, Т. А. Московский государственный областной университет,
(МГОУ) Роль физиологически активных соединений в некоторых группах
ксерофитов Предкавказья. стр. 60-69.
56. Ткаченко, К. Г. Состав эфирного масла зрелых плодов Heracleum
ponticum (Lipsky) Schischk. ex Grossh., выращиваемого в Ленинградской
области / К. Г. Ткаченко, С. А. Кожин // Растит. ресурсы. – 1983. – Т.19, вып.
4. – С. 520-523.
57. Ткаченко, К. Г. Сравнительный состав эфирных масел из плодов
Heracleum dissectum Ledeb. и H. lehmannianum Bunge. // Рациональное
использование растительных ресурсов Казахстана. – Алма-Ата: Изд-во Наука
Казахской ССР, 1986. – С. 275-277.
58. Ткаченко, К. Г., Покровский Л.М., Ткачев А.В. Компонентный состав
эфирных масел некоторых видов Heracleum L., интродуцированных в
Ленинградскую область. Сообщ. 3. Эфирные масла цветков и плодов //
Растит. ресурсы. – 2001. – Т. 37, вып. 4. – С. 69-76.
59. Ткаченко, К. Г. Особенности цветения и семенная продуктивность
некоторых видов Heracleum L., выращенных в Ленинградской области. //
Растит. ресурсы, 1989 Т.25, вып. I. С. 52-61.
60. Ткаченко, К. Г. Эфирные масла плодов Heracleum ponticum schischk. и H.
sosnowskyi Manden / К.Г. Ткаченко // Санкт-Петербург. – 2011. 142с.
61. Ткаченко, К. Г. Эфирные масла плодов Heracleum ponticum (lipsky)
Schischk. и H. Sosnowskyi Manden / К. Г. Ткаченко // Научные ведомости,
Серия Естественные науки. 2010. № 3 (74). Выпуск 10, стр 23-27.
62.
Ткаченко,
К.
Г.
Оптимизация
выделения
эфирного
масла
из
растительного сырья / К. Г. Ткаченко, И. Г. Зенкевич, М. М. Коробова //
Современное состояние и перспективы научных исследований в области
фармации. Тез. докл. – Самара, 1996. – С. 167-169.
63. Филатова, И. А. Борщевик Сосновского «осваивает» новые территории /
И.А. Филатова, Ю.В. Власов // Защита и карантин растений. — 2002. — №
12. - с. 24.
133
64. Харкевич, С. С. Борщевик Сосновского - высокоурожайное кормовое
растение / С.С. Харкевич, Л.Ф. Некрасова, Н.А. Токарь, Н.М. Верный // изд.
«Наукова думка» 1964. 37с.
65. Чудинова, Ю. В. Корневые выделения льна: влияние на продукционный
процесс и состав микроорганизмов ризосферы / Ю.В. Чудинова // Вестник
КрасГАУ. 2007 №5, стр. 58-62.
66. Швецов, А. Н. Дикорастущая флора города Москвы. Афтореф. дисс. на
соиск. уч. ст. к.б.н. – Москва, 2008. – 23 с.
67. Шуйская, Е. А. Синантропная флора Южной Карелии. Автореф. дисс. на
соиск. ст. к.б.н. Изд-во ПетрГУ. – Сыктывкар, 2009. – 26 с.
68.
Методические
рекомендации
по
борьбе
с
неконтролируемым
распространением растений борщевика Сосновского. – Сыктывкар, 2008. –
28 с.
69. Об активности выделений древесных и кустарниковых интродуцентов
дендрологического сада Куйбышевского сельскохозяйственного института.
Розно С. А. В сб.: Вопросы лесной биогеоценологии, экологии и охраны
природы в степной зоне. Вып. 2. Куйбышевский госуниверситет, 1977, C. 38
–42.
70. Сорные растения в изменяющемся мире: актуальные вопросы изучения
разнообразия, происхождения, эволюции / Материалы I Международной
научной конференции. Санкт-Петербург, 6-8 декабря 2011 г. СПб.: ВИР,
2011. 362 с.
71.
Ecology
and
Management,
2007;
Практическое
пособие,2005,
Методические рекомендации, 2008, Гигантские борщевики, 2009 и др.
72. Allelopathic activity of extracts from Impatiens species. N. Vrchotová1, B.
Šerá1, J. Krejčová2. Institute of Systems Biology and Ecology of the Academy of
Sciences of the Czech Republic, České Budějovice, Czech Republic. Plant soil
environ., 57, 2011 (2): 57–60.
73. Evaluation of Allelopathic Activity of Hibiscus sabdariffa L. Piyatida Pukclai
and Hisashi Kato-Noguchi Department of Applied Biological Science, Faculty of
134
Agriculture, Kagawa University, Miki, Kagawa 761-0795, Japan. Advances in
Biological Research 5 (6): 366-372, 2011.
74. Nicholas A. Page, Ronald E.Wall, Stephen J. Darbyshire, and Gerald A.
Mulligan The Biology of Invasive Alien Plants in Canada. Heracleum
mantegazzianum Sommier & Levier. Can. J. Plant Sci. 86: 569–589.
75. Nobanis – Invasive Alien Species Fact Sheet – Heracleum sosnowskyi. Author
of this species fact sheet: Nora Kabuce, Latvian Environment, Geology and
Meteorology Agency, Maskavas Str. 165, Riga, LV-1019, Latvia.
76. Практическое пособие по борьбе с гигантскими борщевиками. Перев. С
англ. Nielsen, C., H.P. Ravn, W. Nentwig and M. Wade (eds.), 2005.
http://www.giant-alien.dk. свободный. – загл. с экрана.
77.
Мирошниченко,
В.
М.
Борщевик
—
«Чума
21
века»
/
http://www.admoblkaluga.ru/upload/minekolog/atk/borchevik.doc. свободный. –
загл. с экрана.
78. http://dic.academic.ru/ свободный. – загл. с экрана.
79. http://ru.wikipedia.org/wiki. свободный. – загл. с экрана.
80. http://www.fito.nnov.ru/special/glycozides/flavo/ свободный. – загл. с
экрана.
81. http://www.derev-grad.ru/lesozaschita/allelopatiya.html. свободный. – загл. с
экрана.
82. http://en.wikipedia.org/wiki/Allelopathy. свободный. – загл. с экрана.
83. Одум. Экология. Пер. с англ. проф. В.В. Алпатова. Москва.
«Просвещение», 1968.
84. Ф. Дрё. Экология. Пер. с франц. профессора В.В. Алпатова (Франция,
1974) М., Атомиздат, 1976.
85. Ламан Н. А., Прохоров В. Н., Способы ограничения распространения и
искоренения гигантских борщевиков: современное состояние проблемы.
Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси.:
Минск, 2011, 469-489с.
86. http://www.nemchinowka.ru/sorta/ov
135
87. http://www.medherb.ru/car_cr.htm
88. Evaluation of Allelopathic activity from Peruvian Plant species by sandwich
method, Cecilia Ines Ono Morikawa1, Rie Miyaura1, Graciela Vilcapoma
Segovia2, Elsa Liliana Rengifo Salgado3, Yoshiharu Fujii4. Pak. J. Weed Sci.
Res., 18: 829-834, Special Issue, October, 2012.
89. Кондратьев М.Н., Ларикова Ю.С. Экофизиология семян. Формирование
фитоценозов. Москва.: РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 2011. 278 с.
90. Кондратьев М.Н., Ларикова Ю.С., Бударин С.Н., Клечковская Ю.Б.,
Паштанова Е.С. Аллелопатический эффект Heracleum sosnowskyi MANDEN,
сорных и лекарственных растений на культурные виды // Материалы
Годичного собрания ОФР. Калининград. 2014. Ч. II. С. 234.
91. Черняк Д.М. Автореферат: Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi
Manden) и борщевик Меллендорфа (Heracleum Mellendorfii Hance) на юге
Приморского края. Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б.
Елякова ДВО РАН. Владивосток, 2013.
92. http://proborshevik.ru/images/stories/literatura/Bulochov_AD_e.a._2013.pdf
93. Kruse M., Strandberg M., Strandberg B. Ecological effects of allelopa-thic
plants – a review // NERI Technical Report. 2000. №315. 67 P.
94. Бахтенко Е.Ю. Многообразие вторичных метаболитоввысших растений:
учебое пособие. – Вологда, 2008. – 206 с.
95. Peneva A. Allelopathic effect of seed extracts and powder of coffee (Coffea
arabica L.) on common cocklebur (Xanthium strumarium L.) // Bulgarian journal
of agricultural science. 2007. 13. P. 205-211.
96. Удольская Н.Л. Введение в биометрию. Алма-Ата: Наука, 1976. 84с.
97. Рощина В.Д., Рощина В.В. Выделительная функция высших растений.
Электронное издательство “Аналитическая микроскопия”, Пущино. 2002.
417с.
98. Кондратьев М.Н., Карпова Г.А., Ларикова Ю.С. Взаимосвязи и
взаимоотношения в растительных сообществах. М.: Издательство РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева, 2014. 300с.
136
99. Abraham S., Dileep. 1976. Somatic cell abnormalities induced by water
extracts of Gloriosa superba. //Nucleus (India). Vol.19. P.17-20
100. Aniszewski, T. 2007. Alkaloids – secret of life : alkaloids chemistry,
biological significance, applications and ecological role. Amsterdam : Elsevier.
101. Asakawa Y.,Wollenweber E. 1976. A novel phenolic acid derivative from
buds of Populus lasiocarpa. //Phytochemistry. Vol. 15. P. 811-812
102. Atwell B.J, Drew M.C, Jackson M.B. 1988. The influence of oxygen
deficiency on ethylene synthesis, 1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid levels
and aerenchyma formation in roots of Zea mays. //Physiol Plant. Vol. 72. P. 15-22
103. Baas P., Gregory M. 1985. A survey of oil cells in the Dicotyledons with
comments on their replacement by and joint occurrence with mucilage cells. //Isr J
Bot. Vol. 34. P.167-168
104. Bell A.A., Stipanovic R.D., Elzen G.W., Williams H.J.Jr. 1987. Structural and
genetic variation of natural pesticides in pigment glands of cotton (Gossypium).
//In: Allelochemical role in Agriculture and Forestry. Washington;Amer Chem Soc
(ACS Symp Ser Vol 330) pp 477-490.
105. Byers R.E., Baker L.R., Sell H.M., Herner R.C., Dilley D.R. 1972. Ethylene:
a natural regulator of sex expression of Cucumis melo L. //Proc Natl Acad Sci
USA. Vol. 69. P.717-720 349.
106. Cabral, M.E.S., Fortuna, A.M., de Riscala, E.C., Catalan, C.A.N. and Sigstad,
E.E. 2008. Allelopathic activity of Centaurea diffusa and Centaurea tweediei:
Effects of cnicin and onopordopicrin on seed germination, phytopathogenic
bacteria and soil. //Allelopathy Journal Vol. 21. P. 183-190.
107. Cirkovic, T.D., Bukilica, M.N., Gavrovic, M.D., Vujcic, Z.M., Petrovic, S.
and Jankov, R.M. 1999. Physicochemical and immunologic characterization of
low-molecular-weight allergoids of Dactylis glomerata pollen proteins. //Allergy,
Copenhagen Vol. 54. P. 128-134.
108. Clair-Maczulajtys D., Bory G. 1983. Les nectaries extrafloraux pedicelles
chez l'Ailanthus grandulosa. //Can J Bot. Vol. 61. P. 683-691
137
109. Curtis J.D., Lersten N.R. 1990. Internal secretory structures in Hypericum
(Clusiaceae): H.perforatum L and H.balearicum. //New Phytol. Vol. 114. P.571580
110. Cutler, H.G. 1999. Potentially useful natural product herbicides from
microorganisms. In: Principles and Practices in Plant Ecology. Allelochemical
Interactions. Inderjit, K.M.M.Dakshini, and C.L.Foy, ed Pages 497-516. Boca
Raton: CRC Press.
111. Deus-Neumann B., Zenk M.H. 1984. A highly selective alkaloid uptake
system in vacuoles of higher plants. //Planta. Vol. 162. P. 250-260
112. Deus-Neumann B., Zenk M.H. 1986. Accumulation of alkaloids in plant
vacuoles does not involve an ion-trop mechanism. //Planta. Vol. 167. P. 44-53
113. Di Cosmo F., Misawa M. 1985. Eliciting secondary metabolism in plant cell
cultures. //Trends Biotechnol. Vol. 3 P. 318-322.
114. Fagerstedt K.V., Crawford R.M.M. 1986. Changing kinetic properties of
barley alcohol dehydrogenase during hypoxic conditions. //J Exp Bot. Vol. 37. P.
857-864
115. Fahn A. 1979. Secretory Tissues in Plants. London: Academic Press
116. Fischer, N.H. 1991. Sesquiterpene lactones. //In Methods in Plant
Biochemistry. (Eds. B.V. Charlewood and D. Banthorpe). vol. 7, pp.187-212.
London: Academic Press.
117. Fischer, N.H., Weidenhamer, J.D. and Bradow, J.M. 1989a. Inhibition and
promotion
118. Friedman J., Waller G.R. 1985. Allelopathy and autotoxicity. //Trends
Biochem Sci. Vol.10. P.47-50
119. Gunningham R.T., Chambers D.L., Forbes A.G.1975. Oriental fruit fly:
Thickened formulations of methyl eugenol in spot applications for male
annihilation. //J Ecol Entomol. Vol. 68. P. 861-863
120. Guy M., Kende H. 1984. Ethylene formation in Pisum sativum and Vicia faba
protoplasts. //Planta. Vol. 160. P. 276-280
138
121. Heinrich G., Schultze W., Wegner R. 1980. Zur Kompartmentierung der
Synthese von Monound Sesquiterpenen des atherichen Oils bei Poncirus trifoliata.
//Protoplasma. Vol. 103. P. 115- 129
122. Heisey R.M., Delwiche C.C. 1984. Phytotoxin volatiles from Trichostema
lanceolatum (Labiatae). //Amer J Bot. Vol. 71. P. 821-828
123. Hrazdina G., Wagner G.J. 1985. Compartmentation of plant phenolic
compounds: Sites of synthesis and accumulation. //In: Ann Proc Proc Phytochem
Soc Europe, van Sumere CF, Lea PJ (eds). Vol 25 pp 119-133, Oxford Clarendon
Press.
124. Huang A.H.C. 1992. Oil bodies and oleosins in seeds. //Annu. Rev.Plant
Physiol. Plant Mol.Biol. Vol.43. P. 177-200.
125. Ienaga, K., Nakamura, K., Goto, T., Konishi, J. 1987. Bioactive compounds
produced in animal tissues (II); Two hydantoin plant growth regulators isolated
from inflamed rabbit skin tissue.//Tetrahedron Letters Vol. 28. N 39. P. 4587-4588.
126. Inderjit, Cheng, H.H. and Nishimura, H. 1999. Plant phenolics and
terpenoids: Transformation, degradation and potential for allelopathic interactions.
In: Principles and Practices in Plant Ecology. Allelochemical Interactions. Inderjit,
K.M.M.Dakshini, and C.L.Foy, ed. Boca Raton: CRC Press. Pp. 255-266.
127. Jacob J., Sreekumar K.M., Rekha P. 2007. Allelopathic effects of leaf
leachates of multipurpose trees on vegetables. //Allelopathy J. Vol. 19. N 2 P. 507516.
128. Justin, S.H.F.W., Armstrong, W.1991. Evidence for the involvement of
ethene in aerenchyma formation in adventitious roots of rice (Oryza sativa L.).
//New Phytol Vol. 118. P.49-62.
129. Jutner, F. 1988. Changes of monoterpene concentration in needles of pollution
injured Picea abies exhibiting montane yellowing. //Physiol Plant Vol. 72. P. 4856
130. Kai, M., and Piechula, B. 2009. Plant growth promotion dur to rhizobacterial
volatiles volatiles – An effect of CO2? //FEBS Letters. Vol. 583.N 21. P. 34733477.
139
131. Kutchan, T.M., Rush, M., Coscia, C.J.1986. Subcellular localization of
alkaloids and dopamine in different vacuolar compartment of Papaver bracteatum.
//Plant PhysiolVol. 81. P. 161-166
132. Kuzovkina, I., Al'terman, I.,Schneider, B. 2004. Specific accumulation and
revised structures of acridone alkaloid glucosides in the tips of transformed roots
of Ruta graveolens. //Phytochemistry. Vol. 65, N 8. P.1095-1100
133. Kwon, C., Neu, C., Pajok S., Yun, H., S., Lipka, U., Humphry, M., Bau, M.,
Kwaaitaal., M., Rampelt H., Kasmi, F.E., Jurgens, G., Parker, J., Panstruga, R.,
Lipka, V., and Schulze-Lefert, P. 2008. Co-option of a default secretory pathway
for plant immune responses. //Nature. Vol. 451. P. 835-840.
134. Ladd, T.L. Jr., Buriff, C.R., Beroza, M., McGovern, T.P. 1975. Japanese
beetles attractancy of mixtures of lures containing phenethylpropionate and
eugenol. //J Econom Entomol Vol. 68. P. 819-820
135. Lander, V., Schreiner, P. 1990. Acorenone and g-asarone: Indicators of the
origin of Calamus oils (Acorus calamus L). //Flavour and Fragrance J Vol. 5. P.
75-79.
136. Lyte, M. and Ernst, S. 1992. Catecholamine induced growth of gram negative
bacteria. //Life Sci.Vol.50. P. 203-212.
137. Macdonald, R.C., Kimmerer, T.W. 1991. Ethanol in the stems of trees.
//Physiol Plant., Vol.82., P.582-588.
138. Mohammadifar, M.A., Musavi, S.M. Kiumars, A., Williams, P.A. 2006.
Solution properties of targacanthin (water-soluble part of gum tragacanth exudate
from
Astragalus
gossypinus).
//International
Journal
of
Biological
Macromolecules. Vol. 38. N 1. P. 31-39;
139. Molish H. 1937. Der EinfluB einer Pflanze auf die andere – Allelopathie.
Jena: Fisher.
140. Muller, C.H. 1965. Inhibitory terpenes volatilized from Salvia shubs. //Bull
Torey Bot Club. Vol.92.P. 38-45.
140
141. Murphy, S.D., Sher, I., and Bullock, C. 2009. Allelopathic pollen in Canadian
invasive species: Alliaria petiolata and Hesperis matronalis.//Allelopathy Journal.,
Vol.23. N 1. P.63-70.
142. Muzutani, J. 1999. Plants ecochemicals in allelopathy. Vol.2, Pages 27-46. in:
SS. Narwal, ed. Allelopathy. Basic and Applied aspects. New Delhi: Oxford
Publ.House.
143. Narwal, S.S. 1994. Allelopathy in weed management. //In: SS. Narwal, ed.
New Delhi: Oxford Publ.House. Vol.2, Pages 203-254.
144. Nussinovitch, A. 2009. Plant gum exudates of the world. Boca Raton: CRC
Press. 352 pp.
145. Oleszek, W.A., Hoagland, R.E. and Zablotowicz, R.M. 1999. Ecological
significance of saponins.//In: Inderjit, K.M.M.Dakshini, and C.L.Foy, ed.
Principles and Practices
146. Paiva, E.A.S. and Martins, L. C. 2011. Calycinal trichomes in Ipomoea
cairica (Convolvulaceae): ontogenesis, structure and functional aspects. //Aust. J.
Bot. Vol.59. N 1. P. 91-98.
147. Pallas, J.E.J., Kays, S.J. 1982. Inhibition of Photosynthesis by Ethylene a
Stomatal Effect. //Plant Physiology. Vol.70, P. 598-601.
148.
Richards,
J.H.
2001.
Bladder
function
in
Utricularia
purpurea
(Lentibulariaceae): Is carnivory important? //American Journal of Botany, Vol
88(1). P. 170–176.
149. Rice, E.L. 1984. Allelopathy. New York San Francisco London: Academic
Press.
150. Roshchina V.V. Yashin, V.A., Yashina, A.V., and Gol’tyaev M.V. 2012.
Microscopy for modelling of cell-cell interactions //In: Allelopathy: Current
Trends and Future Applications. Eds. Z.Cheema, M. Farooq and W. Abdul. Berlin:
Springer. Chapter 21
151. Rost, T.L., Jones,T., Robbins, J.A. 1986. The role of ethylene in the control of
cell division in cultured pea root tips: A mechanism to explain the excision effect.
//Protoplasma Vol.130. P. 68-72
141
152. Sanchez-Alonso, F, Lachica, M.1988. Oxalate salts in the leaves of plum
(Prunus salicina L) and cherry (P. avium L). //New Phytol. Vol.108. P.505-508
152. Schnepf, E. 1964. Uber Zellwandstrukturen bei der Hopfchen-drusen der
Schuppenblatter von Lathraea clandestina L. //Planta 60:473-482
153. Sharma, R., Singh, G.1987. Effect of the phenolic compounds on Hill activity
in rice (Oryza
sativa). //Ann Bot. Vol 60.P. 189-190
154. Szarka, S., Hethelyi, E., Lemberkovics, E., Balvanyos, I., Szöke, E., Farkas,
E., Kuzovkina, I.N. 2007. Essential oil constituents of intact plants and in vitro
cultures of Tagetes patula L. //J. Essential Oil Res.,Vol.19. P. 85-88.
155. Tabata, M., Nakagawa, K., Yamamoto, H., Kobayashi, Y., Suzuki, M., Fukui,
H. 1987. Formation and secretion of alkaloids in Thalictrum cell cultures. //Abstr
14th Int Bot Congr, West Berlin, p 54
156. Thurnston, E.L.1974. Morphology, fine structure and ontogeny of the stinging
emergence in Urtica dioica. //Am J Bot. Vol. 61. P.809-817
157. Wardle, K., Short, K.C. 1982. Effect of isoprenoid alcohols and fatty acids on
root elongation, germination and their association with stomatal activity.
//Biochem Physiol Pflanzen. Vol. 117. P.210-215
158. Yun, K.W., Kil, BS., Park, J.S. 1994. Identification of naturaly occurring
chemicals from Artemisia princeps var. orientalis.//Allelopathy Journal., Vol.1., N
2., P. 95-104
159. Zobel, A.M. 1986. Localization of phenolic compounds in tannin-secreting
cells from Sambucus racemosa L. shoots. //Ann Bot. Vol. 57. P.801-810
160. Zweig, G, Hitt, I.E., Cho, D.H. 1969. Possible mechanisms of the mode of
action of quinine herbicides.//In: Progress in Photosynthesis Research. Metzner H
(ed). Tübingen: Springer-Verlag, Vol 3 pp 1728-1736.
161. Grümmer, G. 1955. Die Gegenseitige Beeinflussung – Höherer PflanzenAllelopathie. Fisher, Jena, Germany.
162. Практикум по агрохимимии. Под ред. Минеева В.Г. Московский
Государственный Университет, Москва, 2001 г., 688 стр.
142
163. Agrobiodiversity for improving nutrition, health and life quality. Budarin
S.N., Kondratiev M.N., Larikova J.S. Slovak University of Agriculture in Nitra
July 16, 2015.
164.
Известия
Калининградского
государственного
технического
университета. – 2015. – № 38. – С. 103-112.
165.
«Известия
ТСХА»
научно-теоретический
журнал
российского
государственного аграрного университета — МСХА имени К.А.Тимирязева.
Выпуск 2, 2015. 36-49 стр.
166.
http://yadyra.ru/diplomi-v-pdf/tsitogeneticheskaya-harakteristika-ozimoi-
pshenitsy-sorta-zvezda-poluchennogo-metodom-otdalennoi-gibridizatsii.html
167. Международная молодежная конференция молодых ученых. МГУ им.
М.В. Ломоносова, Москва, 2013, 2-6 июня.
168. Инвазионные виды как эксперимент природы по адаптациям растений.
Силаева Т.Б., Материалы Всероссийской (с международным участием)
научной конференции (Саранск, ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва», 20–
22 ноября 2014 г.).
169. Кондратьев М.Н., Ларикова Ю.С., Бударин С.Н. и др. Роль инвазивности
растительных видов при внедрении в естественные и агрофитоценозы //
Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным
участием «Тобольск научный – 2013». Тобольск. 2013. 25-26.10.2013. С. 128132.
170. Кондратьев, М. Н. Действие компонентов сока листьев борщевика
Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden) на прорастание семян и рост
сельскохозяйственных и лекарственных растений / М.Н. Кондратьев, Ю.С.
Ларикова, С.Н. Бударин // Орел, 2015 - № 4 (67-2015). – С. 86-97.
143