Аллелопатия в органическом мире: понятия, классификация, значение

Аллелопатия ‑ наука о том, как растения усиливают или ослабляют друг друга. Изучение аллелопатии – единственный способ разработки действенных методов для развития растениеводства. Использование совместимости культур ‑ одно из самых многообещающих направлений в растениеводстве.

Аллелопатия, или химическое взаимодействие растений, описанное Г. Молишем на нескольких примерах, впоследствии оказалось широко распространенным явлением. Практически каждое растение создает в своем окружении определенную биохимическую среду, благоприятную для одних и вредную для других видов. Первоначально аллелопатию понимали только как вредное взаимовлияние, но давно отмечен сложный характер взаимодействия, которое может быть односторонним или обоюдным, положительным или отрицательным и вообще изменяться в течение вегетации. 

В изучение аллелопатии большой вклад внесли Г. Молиш, Г. Грюммер, Дж. Боннер, А. Г. Винтер, Э. Райе, С. И.  Чернобривенко, В. П. Иванов, Т. А. Работнов, 3. Лаштувка,  А. М. Гродзинский, М. В. Колесниченко и многие другие ученые. Для почвоведения и агрономической практики  эти исследования имеют особое значение. Познание  аллелопатии чрезвычайно важно также в экологическом  отношении.

Целью нашего исследования является теоретическое изучение аллелопатии в органическом мире.

Для достижения поставленной цели исследования предусмотрено решение следующих основных задач:

1. Изучить, что такое и как проявляется аллелопатия.

2. Дать характеристику явлению аллелопатии в жизни растений.

2. Выявить научно-теоретическое и практическое значение аллелопатии.

Термин «аллелопатия» состоит из двух греческих слов, означающих «взаимное страдание». Таким образом, аллелопатия является важнейшим свойством живой фазы почв и оказывает большое влияние на уровень их плодородия.

Взаимодействие растений между собой обнаружено человеком с незапамятных времен. Еще при первых попытках возделывания растений древний земледелец столкнулся с невозможностью совместного прорастания многих растений на одной площади, с неудачей выращивания полевых растений под пологом леса, с быстрой утратой плодородия при бессменной культуре и т.д [2]. 

Чаще всего, высаживая растения на дачном участке, мы в первую очередь продумываем место для посадки, а затем изучаем правила ухода, которые для него предназначены. Но порой случается так, что все условия соблюдены, а культура или плохо растет, или вовсе погибает. Тогда начинаются размышления на тему того, с чем же это связано. Причиной этому может послужить аллелопатия, что это такое мы предлагаем разобраться.

Аллелопатия в дословном переводе с древнегреческого языка означает «взаимное страдание», и это емко и понятно объясняет суть. В процессе своей жизнедеятельности влияние растений друг на друга может быть различным, и в том числе угнетающим.

Дело в том, что каждый обитатель флоры в той или иной степени способен выделять химические вещества, которые не всегда приходятся по вкусу его соседям. Это является неотъемлемой частью борьбы за существование растений в дикой природе, там, где они защищают себя и свое место под солнцем самостоятельно.

Для гарантии своей безопасности они выделяют химикаты через корневую систему и листья, а при помощи осадков или полива вредные вещества распространяются на другие посадки и приносят им вред, а иногда пользу.

Иногда, абсолютно случайно получаются такие посадочные комбинации, которые повышают урожайность и укрепляют растительность, но, к сожалению, бывает и наоборот. Выделяют четыре основные группы веществ, которые отвечают за аллелопатию, к ним относят:

антибоитики;

колины;

маразмины;

фитонциды.

Если вы более подробно разберетесь в аллелопатии, узнаете, что это такое, и изучите конкретные примеры, вы всегда сможете с пользой использовать эти необычные характеристики растений, чтобы сделать свой сад и огород очень красивыми.

Культуры влияют друг на друга совершенно по-разному, и аллели могут проявляться в положительных, отрицательных и нейтральных формах. Высвобождаемые химические вещества могут нанести вред и принести пользу или излучать нейтралитет.

Вещества, выделяемые надземными и подземными органами живых растений и органические соединения, получающиеся в процессе разложения мертвых растительных остатков и оказывающие влияние на другие растения – называются колинами.

Среди газообразных выделений большую роль играет этилен, выделяемый например яблонями.

Аллелопатический эффект отчетливо проявляется в экспериментах с закрытыми искусственными системами - чашками Петри, под стеклянными крышками, контейнерами для питательных веществ с использованием концентрированных экстрактов растений или ополаскивающих растений. Однако в естественных фитоценозах аллельные эффекты обычно не играют важной роли, поскольку отсутствуют условия для накопления активных веществ. Дело в том, что большинство из них являются летучими соединениями, и их концентрация постоянно снижается ветром, водой и микроорганизмами. Кроме того, практически невозможно провести различие между аллелями и конкурентными отношениями между растениями в природе.

В научной литературе также имеются доказательства того, что между корнями растений также могут существовать аллельные связи. Это приводит к тому, что корни растений разных видов равномерно распределяются в объеме почвы и фактически не сталкиваются друг с другом. Предполагается, что роль сигнала "занято" могут выполнять органические кислоты, выделяющиеся из корней в почву, хотя в то же время есть свидетельства того, что электрические сигналы также играют эту роль.

Многие ученые пытались объяснить аллелопатический эффект усталости почвы, то есть снижение урожайности при длительной посадке на почву одной и той же культуры. Однако позже было установлено, что в дополнение к накоплению токсичных веществ в почве (аллелопатия), усталость почвы в большинстве случаев все еще вызвана увеличением количества патогенных микроорганизмов в почве, а также из-за экстракции монокультурами тех же веществ [8].

Как правило, в состав консорций входят бактерии (включая актиномицеты и цианобактерии), грибы, животные (главным образом членистоногие, особенно насекомые). Между растениями и непосредственно связанными с ними консортами возникают многочисленные типы взаимоотношений, из которых наиболее важными являются три типа взаимоотношений: оказывающие отрицательное воздействия на растение, но выгодные для консортов (паразитизм и хищничество); взаимовыгодные как для растений, так и для их консортов (мутуализм); выгодные для консортов, но не оказывающие сколь бы то ни было значительного воздействия на растение (комменсализм).

В подавляющем большинстве случаев (за исключением взаимоотношений растений с эпифитами) взаимоотношения между растениями и их консортами являются взаимоотношениями организмов различных трофических уровней.

Среди животных, поедающих живые органы растений, имеются виды, употребляющие в пищу древесные растения, травы, водоросли, лишайники, реже - мхи. У сосудистых растений животные поедают как генеративные (цветки, плоды, семена), так и вегетативные органы (у древесных растений иногда только кору). В любом случае фитофаги используют энергию и пластические вещества растений для поддержания своей жизнедеятельности и, тем самым, ослабляют их. Среди животных различают моно- и олигофагов, питающихся одним или немногими видами растений, и полифагов, поедающих многие виды растений. У растений выработались механизмы, снижающие вред, приносимый фитофагами. Это шипы, колючки, сильное опушение, различные вещества: токсины (ядовитые вещества), детерренты (вещества, понижающие питательную ценность и усвояемость растений) и репелленты (отпугивающие вещества). В результате этих приспособлений растение делается либо слабо доступным для фитофагов, либо непригодным в пищу [8].

Среди паразитов есть вирусы, бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, растения и животные. Паразиты не только получают от хозяина вещества и связанную с ними энергию, которые могут повредить их жизнедеятельности, но и выделяют свои метаболиты в организм хозяина. Паразиты могут уменьшить свою поверхность, воздействуя на фотосинтетические устройства; выделять токсины в ткани растений, задерживать рост и развитие; разрушать репродуктивную систему хозяина, снижать его семенную продуктивность и т.д. Они могут убить растение или ослабить его настолько, что погибнут под воздействием здоровых конкурентов. 

Довольно сложно определить причину угнетения определенных сортов растений, особенно в случае влияния аллелопатии. Прежде всего, необходимо исключить качество почвы, условия орошения, освещение и другие факторы. Говорить о негативном воздействии соседних растений можно только в результате экспериментов. Если культура погибает, следует высаживать новые растения того же сорта. Если он снова умрет или окажется в подавленном состоянии по необъяснимым причинам, при этом соблюдайте все правила ухода, полива, выбора почвы и т.д., то необходимо учитывать растения, расположенные поблизости, и их влияние на сорт.

Важно учитывать аллелопатическую активность во время севооборота растений. Большинство культурных растений обладают слабой аллелопатической активностью, в отличие от сорняков, которые легко угнетают другие виды и обычно ухудшают состояние почвы. Чтобы избежать подобных проблем, вы можете ознакомиться с основными примерами аллелопатического воздействия растений друг на друга.

Примеры аллелопатии растений.

Не оказывают отрицательного влияния на другие культуры: Алыча; Базилик; Бархатцы; Бузина черная; Гладиолус; Горчица; Дельфиниум; Календула; Лук-порей; Малина; Соя; Укроп; Шалфей.

Угнетают другие растения и оказывают в основном отрицательное влияние: Чубушник; Калина; Каштан; Полынь; Барбарис; Сирень; Белая акация.

Примеры несовместимости культур:

Вишня несовместима с такими культурами, как яблоня, груша, абрикос;

Бобы с луком, чесноком, сельдереем;

Кабачки с помидорами;

Капуста с томатами, клубникой и фасолью;

Морковь с сельдереем, свеклой, хреном;

Перец с бобовыми, огурцами, сельдереем и фенхелем;

Слива с деревьями груши, яблони;

Томаты с капустой кольраби, бобовыми, огурцами;

Лук с бобовыми и капустой;

Редис и редька с бобовыми и земляникой.

Развитие биологии не только вширь, но и вглубь диктует необходимость исследования явлений жизни на разных уровнях, начиная от молекулярного, кончая биосферным. При этом каждый уровень организации живого требует своих подходов, своей методологии, своих концептуального и понятийного аппаратов, своих методов и техники исследования. В общем плане аллелопатия, которая возникла как научное направление, обобщающее ряд наблюдений за поведением растений в естественных сообществах и в посевах или посадках, переросла впоследствии в новую научную дисциплину, описывающую закономерности взаимодействия растений при совместном произрастании посредством физиологически активных соединений. Она накопила уже большое число фактов и более или менее точных наблюдений, которые можно в определенной степени классифицировать и систематизировать, создавая фундамент практического применения этой дисциплины. 

Все взаимодействия между растениями в природном фитоценозе можно разделить на: контактные взаимодействия - возникающие при полном контакте растений друг с другом; трансабиотические взаимоотношения - возникающие в результате изменения одними растениями условий существования для их сообитателей; трансбиотические взаимоотношения - возникающие в результате косвенного влияния одного организма на другое через изменение условий существования третьего организма.

Явление аллелопатии часто возникает между растениями как одного вида, так и разных видов. Растения могут воздействовать друг на друга через   выделения очень активных веществ - ферментов, витаминов, алкалоидов, эфирных масел, органических кислот, фитонцидов. Некоторые из этих соединений убивают растения или задерживают их рост,  другие действуют как стимуляторы роста.

Растение на протяжении своего развития от семени до естественной смерти непрерывно выделяет в среду разнообразные водорастворимые и летучие органические продукты. Суммарное количество выделений соизмеримо с величиной урожая растения. Растительные выделения и продукты метаболизма гетеротрофных организмов оказывают многообразные физиологические и биохимические воздействия на растения. Внешние проявления этих воздействий очень похожи, хотя внутренние механизмы неодинаковы. Действие колинов зависит от их концентрации, взаимодействия с другими веществами, присутствующими в среде, и от физиологического состояния растения-акцептора, которое определяется внешними условиями, его возрастом и видовыми особенностями [5].