Аллелопатические эффекты

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Староюрьевская средняя общеобразовательная школа

Староюрьевского  района Тамбовской области

Аллелопатические эффекты

                              Автор: Перегудова Ольга Юрьевна,      

                                         ученица 11 класса «А»

                                      Руководитель: Бубенцова Татьяна Николаевна,

                                                                                      учитель биологии.

Староюрьево 2016

Содержание

  Введение………………………………………………………………….3-4

Глава I Работа с информационными источниками

1.1 Аллелопатия растений………………………………………….……5-6

1.2 Влияние аллелопатического эффекта в садоводстве………………6-7

1.3 Действие аллелопатии в сельском хозяйстве…………………...….7-9

1.4  Характеристика исследованных растений………………….…..10-11

1.5 Сорняки – «друзья» или «враги»?..................................................12-13

1.6 «Плохие» соседи среди растений……………………………...…13-14

Глава II Исследовательская работа

2.1 Заложение опыта по методике профессора  Ивановой  И. А……....15

2.2 Выявление  аллелопатического влияние водных настоев некоторых сорных растений на прорастание семян пшеницы, овса и фасоли…………...15

            Глава III Результаты работы

3.1 Анализ опыта………………………………………………………16-19

3.2 Выводы……………………………………………………………...…20

3.3 Заключение……………………………………………………………21

    Информационные источники…………………………………….…....22

    Приложения……………………………………...……………….…23-25

Актуальность

          Сельское хозяйство в Тамбовской области весьма развито. Им занимаются не только фермеры в промышленных целях, но и  простые люди  для  своего  стола. Чтобы получить достойный урожай следует знать все тонкости ведения земледелия. Одной из них является аллелопатическтй эффект - влияние одних организмов, входящих в состав биоценоза, на другие через изменение среды в результате выделения биологически активных веществ. Иными словами сорные растения, выделяя танины и флаваноиды в окружающую среду, замедляющие рост культурных растений. Явления аллелопатии были замечены уже в глубокой древности. Например, ученый Древнего Рима Плиний Старший отмечал в своих записках отрицательное воздействие капусты на виноградную лозу. Меня заинтересовало это явление так как моя семья живет в сельской местности и мы занимаемся ведением сельского хозяйства и садоводством.  Поэтому я решила провести экологическую исследовательскую работу по аллелопатическому эффекту, чтобы знать «врага в лицо» и понять его влияние в первую очередь на всхожсть, рост и урожай растений.

         Проблемный вопрос: изучить аллелопатические отношения между некоторыми культурными и сорными растениями.  

         Цель  работы: выявить аллелопатическое влияние водных настоев некоторых сорных растений на прорастание семян пшеницы, овса и фасоли.

         Задачи:

1. Изучить аллелопатию  растений, как биологический и химический способ взаимного влияния

2. Узнать влияние аллелопатического эффекта в садоводстве

3. Рассмотреть действие аллелопатии в сельском хозяйстве

4. Выявить « плохих» соседей среди растений

5.  Дать морфологическую характеристику исследуемых растений

         6. Использовать методику профессора  Ивановой  И. А

7. Заложить опыт и выявить аллелопатическое влияние водных настоев некоторых сорных растений на прорастание семян пшеницы, овса и фасоли.

         8. Проанализировать полученные результаты.

           9. Сделать выводы по проделанной работе.

10. Написать заключение.

11. Разработать рекомендации для сельских жителей по правильному размещению культурных растений.    

Рабочая гипотеза: одинаково ли аллелопатическое влияний сорных растений на культурные?

Материалы и оборудование:

- чашки Петри

- семена фасоли овса, озимой пшеницы

-  свежие или сушеные корневища пырея ползучего,  листья и стебли  ромашки непахучей, горчицы полевой, осота полевого.

Обзор литературы.

С целью изучить аллелопатию  растений, как биологический и химический способ взаимного влияния я использовала Интернет-энциклопедия живого мира Zoodrug.ru и учебник биологии с основами экологии Пехова А.П.  Чтобы определить « плохих» соседей среди растений, использовался сайт в Интернете  www.lubludachu.ru.  Для изучения морфологической характеристики была взята за основу  Интернет – энциклопедия  «Википедия».   С целью правильного заложения опыта была изучена методика профессора  Ивановой  И. А.

Научная новизна.

Первые научные описания аллелопатии высших растений проведены О. П. Декандолем (1832). Г. Молиш (1937) разработал учение о химическом взаимодействии растений. Он выделил факторы аллелопатии: летучие выделения цветков, плодов, семян, др. органов, а также веществ а-ингибиторы, содержащиеся в различных тканях растений. Аллелопатия может служить одним из факторов снижения урожая при длительном возделывании одной культуры на поле (монокультуры), вызывающем почвоутомление

Глава I

Аллелопатия растений.

В растительном мире, как правило, наблюдается максимальное заполнение пространства и использование солнечной энергии при сохранении запасов минерального питания. Лимитирующими факторами служат физическая заполненность территории, поток лучевой энергии, предшествующие события, материализованные в процессах почвообразования, собственное воздействие растений на среду (например, аллелопатия) и сложные взаимосвязи с представителями других царств  природы — микроорганизмами, грибами и животными. Превентивных механизмов саморегуляции плотности населения не наблюдается. Однако существует мощный рычаг ее восстановления в случае изреживания — почвенный запас семян, спящие почки и т. п. И параллельно этому имеется генетический механизм ограничения размеров индивидов. В противном случае одно растение было бы способно занять всю площадь и не оставалось бы места для процессов дублирования как инструмента обеспечения надежности системы. Емкость местообитания используется растениями максимально полно в рамках совокупности экологических ограничений. Основной их биотический механизм перенесен в область взаимодействия собственных размеров, межвидовых отношений и индивидуального воздействия на среду жизни. Свободный запас вещества и энергии минимален. В основном действуют факторы, непосредственно зависящие от плотности населения популяции.

 Аменсализм — это биотические отношения, при которых происходит торможение роста одного вида  (аменсала) продуктами выделения другого (см. приложение 1).Такие отношения обычно относят к прямой конкуренции и называют антибиозом. Наиболее хорошо они изучены у растений, которые применяют различные ядовитые вещества в борьбе с конкурентами за ресурсы, и данное явление называют аллелопатия.

 Аменсализм соответствует прямой конкуренции, антибиозу и антагонизму. Так, благодаря выделению корнями токсических веществ ястребянка из семейства сложноцветных вытесняет другие однолетние растения и нередко образует чистые заросли на довольно больших площадях. Многие грибы и бактерии синтезируют антибиотики, которые тормозят рост других бактерий.

Аллелопатия означает подавление роста одних растений другими при помощи выделения токсичных веществ. Выделяя токсические вещества в окружающую среду растение становится более конкурентоспособным в борьбе за выживание. Наиболее важной группой токсических веществ являются танины и флаваноиды. Последние содержатся в эпидермисе листьев, и помимо всего, защищают растения от ультрафиолетового излучения. Танины являются общими токсинами. Их функция, как ядовитых веществ, больше направлена на защиту растения от поедания растительноядными организмами.

Влияние аллелопатического эффекта в садоводстве

Аллелопатия давно учитывается в практике садоводства. Например, для посадок ветрозащитных полос, окаймляющих производственные сады, используют только благоприятно воздействующие породы (конечно, с учетом и других биологических признаков), в частности, тополь, березу. Эти деревья обильно выделяют фитонциды (летучие вещества, подавляющие вредные микроорганизмы) и стимулируют рост и развитие яблони и груши.

      Рост яблони и груши могут подавлять также конский каштан, пихта, сирень, роза, жасмин (чубушник). В то же время замечено, что деревья яблони и груши хорошо растут в соседстве с тополем, кленом, дубом, липой, березой и некоторыми другими древесными породами.

Действие аллелопатии в сельском хозяйстве

Выделения соплодий свеклы, тормозят прорастание семян куколя. Нут подавляюще действует на картофель, кукурузу, подсолнечник, томаты и другие культуры; фасоль — на рост яровой пшеницы; корневые выделения пырея и костреца — на растущие вблизи с ними другие травянистые растения и даже деревья.

Выделения живых корневищ пырея ползучего в почву снижают рост кукурузы, овса и озимой ржи в 1,5—2,0 раза и уменьшают густоту стеблестоя ржи в 2—3 раза. Торица полевая, горец щавелелистный, рыжик льняной уменьшают рост льна-долгунца в 1,5—2,0 раза, а густоту его стеблестоя в 5—20 раз.  Пырей легко внедряется в растительные сообщества, подавляя или вытесняя остальные виды. При этом они вызывают почвоутомление, поэтому не могут быть доминантами. Аллелопатические взаимодействия могут быть значимы между внедренными из других регионов растениями и растениями местной флоры.  На посевы ячменя отрицательное влияние оказывают торица полевая, горец щавелелистный, пикульник двурасщепленный. Посевы озимой пшеницы сильно страдают от выделений ромашки непахучей, василька синего, метлицы обыкновенной, щавеля малого. Рост кукурузы тормозят выделения щетинника сизого, ежовника петушье просо, редьки дикой, горчицы полевой, мари белой.

Так, вытяжки из мари белой, торицы полевой снижают энергию прорастания и всхожесть семян озимой ржи, овса, льна-долгунца и клевера лугового в 1,3—4,0 раза и более.

Водные вытяжки из листьев и корневых отпрысков осота полевого уменьшают всхожесть ячменя, проса и кукурузы.

В природных фитоценозах аллелопатия не играет существенной роли, так как там нет условий для накопления аллелопатических веществ.

Аллелопатические эффекты очень наглядно проявляются в экспериментах, проводимых в замкнутых экологических средах "микрокосмах": чашках Петри, под стеклянными колпаками, в вегетационных сосудах с использованием концентрированных вытяжек из растений или смывов с них.

В искусственных условиях четко прослеживается высокая степень аллелопатического влияния. Оно часто проявляется в реакции выращиваемого растения на присутствие экстрактов, фильтратов или покровного растительного материала. Однако в процессе подготовки к эксперименту донорский растительный материал может изменить свою химическую активность, что искажает результаты опыта.

В опытах при совместном произрастании канатника Теофраста с однолетним клевером ползучим на 23% уменьшилась длина корня у сорного вида. Однако клевер ползучий не оказал влияния на длину побегов ни одного из высеянных в опыте видов сорняков.

Рожь и клевер красный способствовали или не оказывали никакого существенного влияния на рост проростков сорняков. Более интенсивный рост проростков при совместном прорастании с рожью и клевером красным наблюдался у костра кровельного. Длина корня на фоне развития ржи увеличилась у вики мохнатой и щетинника зеленого. Стимуляцию роста сорняков можно объяснить выделением в малых концентрациях данными покровными культурами аллелопатически активных химических веществ.  

Воздействие выделяемых химических веществ может быть трех типов:

1. Отрицательное – проявляется в угнетении роста и развития соседних растений, снижении способности к зимовке, низкой урожайности, гибели культур. Выделяемые вещества накапливаются почвой и постепенно создают аллелопатическую среду, которая благоприятно влияет на одни растения, и угнетает другие;

2. Положительное – проявляется в повышенной вегетации соседних культур, высокой урожайности и устойчивости растений к вредным факторам среды.

Происходит это за счет того, что некоторые растения выделяют вещества, угнетающие рост сорняков, а также препятствующие распространению вредителей и различных микробных и грибковых заболеваний;

3. Нейтральное – данный вид взаимодействия никак не сказывается на росте и развитие соседствующих растений.

Характеристика исследованных растений.

Культурные растения.

Пшени́ца  (лат. Tríticum) —  род травянистых, в основном однолетних, растений семейства Злаки, или Мятликовые  (Poaceae), ведущая зерновая культура во многих странах.  Травянистые растения 30—150 см высотой. Общее соцветие — прямой, линейный, продолговатый сложный колос длиной от 3 до 15 см. Колосковые чешуи обычно 6—15 (редко 25—32) мм длиной [см. приложение 1]

Фасоль (лат. Phaséolus) — типовой род растений семейства Бобовые, объединяющий около 87  видов в более тёплых областях обоих полушарий. Разводятся из-за плодов и семян — а некоторые виды также из-за цветов (под названием «турецких бобов»). Травянистые растения, чаще однолетние, большею частью вьющиеся, с перистыми листьями. Листочков 3, очень редко 1. Цветки в пазушных кистях [ см приложение 1].

Овёс посевно́й, или Овёс кормово́й, или Овёс обыкнове́нный (лат. Avéna satíva) — однолетнее травянистое растение, вид рода Овёс, широко используемый в сельском хозяйстве злак. 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  [см приложение 1].

Сорные растения.

Горчи́ца полева́я (лат. Sinapis arvensis) — вид однолетних травянистых растений рода Горчица  семейства Капустные.Однолетник, стебель 10-100 см высотой, прямостоячий, угловатый, ветвистый. Листья на черешках, которые у нижних до 2-4,5 см длиной, у верхних — 2-5 мм длиной, или они почти сидячие. Соцветие — удлинённая кисть, кисти вначале укороченные (2-3 см длиной), щитковидные, затем удлиняющиеся до 15-30 см. Плод — стручок  [см приложение 2].

Осо́т (лат. Sónchus) — род травянистых растений семейства Астровые или Сложноцветные. Однолетние, двулетние или многолетние травы, иногда древеснеющие у основания. Род включает около 80 видов. Некоторые виды, например Осот огородный и Осот полевой являются злостными сорными растениями   [см приложение 2].

Пыре́й ползу́чий (лат. Elytrígia répens) — многолетнее травянистое растение; самый известный вид рода Пырей семейства Злаки. Корневища длинные, ползучие горизонтальные, залегают на глубине от 5 до 15 см. Высота стебля от 40 до 150 см. Листья голые плоские линейные.  Цветки (от трёх до восьми) собраны в колоски длиной 1—2 см  [ см приложение 2].

Трёхрёберник  продырявленный,  или Трёхрёберник непахучий (лат. Tripleurospermum inodorum) — травянистое растение семейства Астровые  вид рода Трёхрёберник, или Трёхрёбросемянник.  В простонародье ромашка непахучая.  Однолетнее или двулетнее травянистое растение высотой от 25 до 100 см. Корень веретенообразный, тонкий. Стебель прямой или восходящий, внутри голый. Листья очерёдные, продолговатые в очертании, дважды или трижды перисторассечённые на узкие нитевидные доли. Цветки собраны в длинночерешчатые корзинки диаметром 2,0—2,5 см.  Плод — тёмно-бурая трёхгранная семянка  [см приложение 2].

Сорняки – «друзья» или «враги»?

ОСОТ.

В народной медицине осот полевой применяют в качестве общеукрепляющего, тонизирующего и витаминного средства при лечении: желтухи; воспалительных процессов, локализованных в желудке, кишечнике, легких; хронического гастроэнтерита; ангины; нефрита; костно-суставного туберкулеза; лихорадки.

Интересный факт! Осот (полевой,  огородный) применяют не только в медицине, но и в кулинарии. Например, из молодых листьев, а также стеблей растения готовят салаты, соусы, супы и подливы. В качестве приправы сушеный осот добавляют в мясные и рыбные блюда. Дело в том, что осот имеет горьковатый вкус, придающий блюдам своеобразную остроту (хотя наличие шипов-колючек, расположенных на листьях, затрудняет обработку растения). Чтобы убрать горечь, присутствующую в растении, листья осота вымачиваются в течение получаса в 10-процентном соленом водном растворе, после чего листья измельчаются и добавляются в салаты.

ПЫРЕЙ.

Пырей ползучий – это уникальная природная аптека, содержащая незаменимые элементы и витамины для человека. По этой причине во многих оздоровительных санаториях из корневища заваривают целебные отвары и настои, которые затем назначают диабетикам, пациентам с атеросклерозом и болезнью суставов. В составе травы обнаружена большая доза аскорбиновой, кремниевой и яблочной кислоты. Лечебные свойства пырея ползучего объясняются наличием полезных микроэлементов, принимающих активное участие в работе внутренних органов: железо, натрий, кальций и пр. Корни обогащены пектинами, фруктозой, клейковиной, полисахаридами, белковыми соединениями, тритицином, сапонинами и эфирными маслами.

В народной медицине пырей успешно применяют для лечения простуды, бронхита, воспаления легких, остеохондроза, фурункулеза, а также при водянке, болезнях печени, почек, при ревматизме, артритах и артрозах и как средство, нормализующее обмен веществ.

В виде отвара пырей пьют при гастрите, колитах, недержании мочи, в отваре купают детей при диатезе, детских экземах. Отвар всего растения принимают при частичной потере зрения; прокипяченные в воде или молоке корни пьют при туберкулезе и желтухе.

«Плохие» соседей среди растений.

Растения-враги есть и среди овощных культур. Но в этом вопросе мнения разных авторов существенно расходятся. Например, немецкие огородники, со свойственной им скрупулезностью и дотошностью в течение не одного десятилетия проверявшие на своих грядках совместимость разных овощных культур, так и не пришли к единому мнению по поводу совместимости томатов и огурцов, картофеля и гороха, картофеля и капусты. Одни пришли к выводу, что эти культуры благоприятно влияют друг на друга и что между ними существуют отношения взаимопомощи, другие утверждают, что это совершенно невозможные сочетания. Такое разногласие отчасти можно объяснить различием в условиях и технике выращивания. Например, установлено, что при выращивании на одной грядке в соседних рядах отрицательно влияют друг на друга шнитт-лук (лук-резанец) и кустовая фасоль, фенхель и кустовая фасоль, лук и капуста. Но если выращивать эти растения на рядом расположенных узких грядках, то эти комбинации дают положительный результат. Очевидно, при рядовом посеве сказывается отрицательное действие корневых выделений, а при посеве на отдельных грядках преобладает положительное влияние летучих выделений листьев.

Глава II

Заложение опыта по методике профессора  Ивановой  И. А

1. Подготовить водные настои (10%)  корневищ пырея ползучего,  листьев и стеблей  ромашки непахучей, горчицы полевой, осота полевого из расчета 10 г. сухого вещества на 100 мл. воды.

2. Отобрать 10 семян каждого вида и промыть водой семена овса, фасоли, озимой пшеницы.

3. Заложить три опыта по проращиванию семян озимой пшеницы, фасоли и овса на 4 питательных средах: настое ромашки непахучей,  пырея ползучего, горчицы полевой, осота полевого. При всех опытах использовала контроль, проращивание семян озимой  пшеницы, фасоли и овса  в воде:          

-влияние аллелопатического эффекта на семена озимой пшеницы;                  

- влияние аллелопатического эффекта  на семена фасоли;    

- влияние аллелопатического эффекта  на семена овса.        

    Опыт 1. Проращивание семян озимой пшеницы в воде, настое ромашки непахучей, настое пырея ползучего, горчицы полевой, осота полевого [см. приложение 3].

Опыт 2. Проращивание семян фасоли в воде, настое ромашки непахучей, настое пырея ползучего, горчицы полевой, осота полевого [см. приложение 3].

Опыт 3.  Проращивание семян овса в воде, настое ромашки непахучей, настое пырея ползучего, горчицы полевой, осота полевого [см. приложение 3].

Глава III

Результаты работы.

Анализ опыта.

Опыт 1. Проращивание семян озимой пшеницы в воде (всхожесть 67%), настое ромашки непахучей (всхожесть 36%), настое пырея ползучего (всхожесть 46%), горчицы полевой (всхожесть 46%), осота полевого (всхожесть 13%).

         Опыт 2. Проращивание семян фасоли в воде (всхожесть 33%), настое ромашки непахучей (всхожесть 0%), настое пырея ползучего (всхожесть 0%), горчицы полевой (всхожесть 33%), осота полевого (всхожесть 0%).

Опыт 3.  Проращивание семян овса в воде (всхожесть 30%) , настое ромашки непахучей (всхожесть 0%), настое пырея ползучего (всхожесть 0%), горчицы полевой (всхожесть20%), осота полевого (всхожесть 20%).

Вывод.

В ходе учебно–исследовательской работы был заложен и изучен опыт прорастания семян культурных  растений (фасоли, пшеницы, овса) в настое сорных растений (осота полевого, ромашки непахучей, горчицы полевой, пырея ползучего). Во время опыта я каждый деть фиксировала прорастание семян фасоли, пшеницы и овса, и в процессе наблюдений я наглядно убедилась во влияние   настоя сорных растений на рост культурных.

 Опыт первый показал, что хуже всего на рост пшеницы влияет настой ромашки непахучей, а на всхожесть оказывает сильное воздействие осот полевой (13%)

Опыт второй выявил, что на всхожесть фасоли хуже всего влияют несколько настоев(0%): осота полевого, пырея ползучего, ромашки непахучей, а на рост отрицательное влияние оказывает горчица полевая.

 Опыт третий позволил убедиться, что на рост овса оказывает положительное влияние настой осота полевого, а на всхожесть  плохо повлияли настои пырея ползучего и ромашки непахучей (0%)

Рабочая гипотеза не нашла своего подтверждения, потому что  настои сорных растений по разному влияют на прорастание культурных семян .

Раскрыто содержание проблемного вопроса. Выявлены растения которые в большей степени оказывают отрицательное влияния на рос культурных, причем у каждого культурного растения есть свои «враги».

Заключение.

Учебно-исследовательская работа «Аллелопатические эффекты показала аллелопатическое влияние водных настоев некоторых сорных растений на прорастание семян пшеницы, овса и фасоли. Установлены растения, которые в большей степени оказывают отрицательный эффект. Вредность сорняков определяется чувствительностью к ним культурных растений в зависимости от фазы роста и развития.

Информационные источники.

1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб.пособие для студ. высш.учеб. заведений  /О.П.Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др., под ред. О.П. Мелеховой и  Е.И. Сарапульцевой.- 2-е изд., испр.- М.: Издательский центр «Академия», 2008.- 288 с.

2.Лысов П.К., Акифьев А.П., Добротина Н.А. Биология с основами экологии: Учебник/ П.К.Лысов, А.П. Акифьев, Н.А. Добротина- М.: Высшая школа, 2007.- 655 с.

3.Пехов А.П. Биология с основами экологии. Учебное пособие для вузов с грифом МО / А.П. Пехов. – СПб.: Изд-во «Лань», 2007. – 688 с.

4.  Н.П.Косолап. Аллелопатия против сорняков, 2008 г.

- http://www.zoodrug.ru/topic1818.html

- http://www.scribd.com/doc/79696570

- www.lubludachu.ru

http://www.kartoshki.net/articles/allelopatiya-sovmestimost-rastenii-v-sadu-i-ogorode

-http://www.derev-grad.ru/

Приложение №1

Приложение №2

Приложение № 3