Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В современной экологии весьма существенное значение имеет вопрос о механизмах поддерживания относительного равновесия и устойчивости в экосистемах. Для понимания этих механизмов важную роль играют взаимодействия организмов посредством органических химических веществ, которые могут продуцироваться биологическими системами. В настоящее время хорошо известно, что все растения в процессе своей жизнедеятельности образуют и выделяют в окружающую среду (почву, воду и атмосферу) разнообразные органические химические вещества, свойственные каждому виду растений. В результате этого, взаимодействие между видами растений может осуществляться как при непосредственном контакте друг с другом, так и в случае их пространственной разобщенности. Химические вещества, которыми растения воздействуют на соседей, могут находиться в различных агрегатных состояниях (твердом; жидком, газообразном) и в зависимости от этого может меняться характер их влияния. Данное явление получило название аялелопапш (Грюмер Г., 1957).
При изучении аллелопатии в естественных сообществах рядом авторов показано наличие экологических механизмов химического взаимодействия: выщелачивание фенольных веществ из живых листьев и опада, накопление летучих терпенов в сухой почве, межкорневой обмен метаболитами, образование токсических восстановленных соединений в почве при анаэробном почвоутомлении.
Несмотря на многочисленность исследований, связанных с явлением аллелопатии, имеется еще много неизученных вопросов. Недостаточно полно изучен качественный и количественный состав органических соединений, входящих в газообразную фазу растений. Органические соединения разных классов ответственны за явление аллелопатии в том или другом сообществе растений. Представляют определенный интерес вопросы, связанные с влиянием фитонцидов одного вида растения на прорастание семян другого и взаимовлияние этих растений в культурных агрофитоценозах в полевых условиях. Знание этих вопросов будет способствовать рациональному
формированию агроэкосистем и применению экологически выгодных способов и приемов культивирования растений.
Целью данной научной работы является комплексное исследование по идентификации органических соединений внутреннего воздуха растений аллелопатического характера, установление их влияния на прорастание семян полевой и овощной культур (яровой пшеницы и огурца) в лабораторных условиях, а также формирование урожая этих культур в полевых условиях.
Для достижения этой цели в исследовании были поставлены следующие задачи:
- идентифицировать качественный и количественный состав
внутренней газовой фазы несколько попарно взятых растений с
отрицательными аллелопатическими свойствами: репчатый
лук - огурец, грецкий орех - томат, горчица белая - белладонна;
на примере репчатого лука "Стригуновский острый" сопоставить качественный и количественный состав внутреннего воздуха надземной части растения (перья) с подземной (луковица);
в лабораторных условиях выявить действие летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца;
в полевых условиях, при совместном произрастании лука репчатого с яровой пшеницей и огурцом выявить аллелопатический эффект лука в зависимости от фона питания и способа посева севка в указанных сообществах, а также относительно сорных растений.
Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование аллелопатии культурных и сорных растений с применением физико-химического метода анализа. Разработаны новые методические подходы в изучении идентификации летучих компонентов внутренней газовой фазы растений аллелопатического характера. В лабораторных условиях выявлено влияние идентифицированных органических соединений репчатого лука и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца. В полевых условиях в
фитоценозе установлен аллелопатический эффект лука репчатого с яровой пшеницей, огурцом и сорными растениями, что является важным моментом с точки зрения охраны окружающей среды.
Теоретическая н практическая значимость работы. Масс-спектрометрический анализ внутренней газовой фазы исследуемых растений показал разнообразие качественного и количественного состава органических соединений, их функциональную роль в процессе метаболизма, а также компоненты, ответственные за аллелопатическую активность разных растений. Установлено, что лук репчатый обладает наиболее сильной биологической активностью, обусловленной, в основном, действием серосодержащих соединений (меркаптаны, дисульфид).
Последние могут вызывать как положительное, так и отрицательное влияние на растения.
Лабораторными опытами установлены наиболее благоприятные режимы действия фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца, что дает возможность приготовления водных экстрактов для предпосевной обработки семян.
Положительное аллелопатическое влияние лука на пшеницу и отрицательное на огурец в полевых условиях может служить теоретической предпосылкой для дальнейшего изучения других растений, разработки технологий совместного возделывания, выбора предшественников, культур-уплотнителей и т.д.
Данные об угнетающем влиянии лука на просо куриное показывают на возможность использования аллелопатическои активности лука для биологической борьбы с сорняками. В результате исследований разработаны и выносятся на защиту следующие основные положения:
-
Качественный и количественный состав органических соединений внутреннего воздуха несколько попарно взятых растений с отрицательным аллелопатическим эффектом.
-
Результаты лабораторных исследований по влиянию летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца.
-
Аллелопатия лука репчатого в сообществах с яровой пшеницей, огурцом и сорными растениями на разных фонах питания в полевых условиях.,
Апробации работы. Основные положения и результаты исследований доложены и получили положительную оценку на: Межреспубликанской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов сельскохозяйственного производства, 22-24 ноября 1972 г. (г. Ленинград); 2-й Всесоюзной конференции по масс-спектрометрии, 22-24 октября 1974 г. (г. Ленинград); научно-техническая конференция Агрофизического научно-исследовательского института в 1973 и 1974 гг. (г. Ленинград); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и межкафедральном заседании Курской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И.Иванова.
Материалы исследований включены в программы учебного процесса по специальности 1502 - агрономия и 11.00.11 - охрана окружающей среды.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и три находятся в печати.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включает 49 таблиц, 18 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, рекомендаций производству, списка, использованной литературы И5 173 наименований, в том числе 70 зарубежных, приложений.