Аллелопатия это в экологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Аллелопатия растений – это взаимное влияние растительных культур посредством выведения в воздух и почву различных веществ. Знание сочетаемости растений важно для правильной посадки цветов в саду и плодоносящих культур в огороде. Профессиональные садоводы советуют пользоваться правилами аллелопатии обладателям участков небольшой площади, когда дачник вынужден на маленькой территории вместить много разнообразных видов и сортов растений.

Что такое аллелопатия растений

Антибиотики – выделяются микроорганизмами, влияют на микроорганизмы;
Маразмины – выделяются микроорганизмами, влияют на растения;
Фитонциды – выделяются растениями, влияют на микроорганизмы;
Колины – выделяются растениями, влияют на растения.

Подробнее рассмотрим последние вещества, отвечающие за аллелопатию растений. Причина этого явления заключается в сохранении вида растения, уничтожении конкурентов вокруг себя.

Влияние колинов на соседние растения делится на 3 вида:

Отрицательное аллелопатическое влияние. Происходит угнетение и задержка роста и развития соседних растений, уменьшение урожайности, снижение устойчивости к зимовке, гибель растения.
Нейтральное аллелопатическое влияние. Растения никак не влияют друг на друга, взаимодействия не происходит.
Положительное аллелопатическое влияние. У соседних растений наблюдается рост урожайности, снижение бактериальных инфекций и поражения вредителями, вегетация улучшается. Объясняется это явление просто: выделяемые вещества пагубно влияют на развитие сорной травы, отпугивают вредителей, что позволяет соседним растениям спокойно расти и плодоносить.

Отрицательное аллелопатическое влияние

Положительное аллелопатическое влияние

Выделяемые корнями и листьями вещества не производят положительного влияния непосредственно на растения. Они влияют на условия жизни растений, меняя их в лучшую сторону. К примеру, чтобы уберечь величественные лилии от полевок, посадите по соседству черную смородину, мыши и близко не подойдут к растениям. Известный вредитель огорода – крот. В борьбе с кротами люди принимают жестокие решения. А между тем, достаточно посадить по периметру участка чеснок, базилик или бархатцы, назойливый зверек обойдет территорию стороной.

Бархатцы способны оригинальным образом спасти розы и луковичные цветы от нематод, тяжело устраняемого вредителя корней. Корни бархатцев не отпугивают нематод, а наоборот, привлекают и задерживают. Хосту, тюльпаны и георгины защитят от улиток ромашка, полынь и тимьян. Чеснок не только убережет огород от вредителя. Выделяемые чесноком летучие масла не допустят распространение мучнистой росы и других грибковых заболеваний. Посадке люпина будет радо любое растение, люпин насыщает почву азотом, кислородом, разрыхляет ее, а также привлекает пчел для опыления.

Знание правил аллелопатии растений поможет правильно расположить цветы и сельскохозяйственные культуры на участке, чтобы максимально выгодно использовать ограниченную территорию.

Н есмотря на то, что растения лишены подвижности, природа наделила их множеством приспособлений, помогающих выжить в условиях жестокой внутри и межвидовой борьбы. К ним относятся разнообразные органические вещества, которые растение выделяет в воздух и почву в целях самозащиты.

Вещества эти и их роль в жизни растений составляют суть аллелопатии – влияния растений друг на друга путем различных выделений в окружающую среду.

Выделяемые вещества не только защищают своего донора от врагов. Они играют и регулирующую роль в природе.

Вы замечали удивительное явление – смену доминант на каком-нибудь заброшенном поле?

Наступает лето, все поле становится желтым – это сурепка покрыла его своими солнечными цветками.

На следующий год сурепки почти и не видно: поле укрыто уже белым одеянием – его заполонила ромашка.

На третий – все оно пушится зрелыми одуванчиками.

И, наконец, на четвертый год поле оккупирует постепенно накопивший силу иван-чай. Именно такую смену на протяжении нескольких лет можно было наблюдать на давно заброшенном колхозном поле в Ярославской губернии.

Это явление лежит в основе так называемого почвоутомления . Оно проявляется не только в диких травостоях, но и в огороде, в саду и даже в лесу.

Явления аллелопатии были замечены уже в глубокой древности. Ученый Древнего Рима Плиний Старший отмечал в своих записках отрицательное воздействие капусты на виноградную лозу. Лоза уклонялась от гряды с капустой в противоположную сторону, становилась угнетенной, ухудшался вкус винограда, а следовательно, и вина.

Стимуляторы или ингибиторы

Основные группы веществ, выделяемых растением-донором в окружающую среду

Посмотрим на приведенную схему. На ней показаны основные группы веществ, выделяемых растением-донором в окружающую среду. Эти выделения бывают:

водорастворимыми и летучими;
прижизненными и посмертными.

Прижизненные делятся на:

активные, обусловленные нормальной жизнедеятельностью растений;
пассивные, происходящие, например, вследствие вымывания веществ из листьев осадками. Такое вымывание случается, в частности, в процессе гуттации – выделения листьями капельной жидкости.

У некоторых деревьев (липы, конского каштана) гуттация наблюдается в момент распускания почек. Аллелопатическое значение ее можно представить следующим образом: капли, появляющиеся на листьях, стряхиваются ветром на почву, на листья, расположенные ниже, и высыхают или впитываются. Вещества, растворенные в них, помимо легко выявляемых кальция, магния, калия, натрия, фосфора содержат и множество сложных физиологически активных веществ: аминокислот, алкалоидов, витаминов. Оказавшись в почве, они существенно меняют ее свойства.

Мы воспринимаем многие из этих соединений как запах. Вспомните, как сильно пахнут распускающиеся почки тополя, молодая хвоя ели, кора черемухи. Эти ароматические вещества не только выделяются в воздух, окутывая невидимым туманом собственное растение и распространяясь на все окружающие, но и растворяются в дождевых каплях и росе, чтобы потом попасть на листья подлеска и подроста, на травы под пологом леса и, наконец, оказаться в почве.

Органические вещества, выделяемые в окружающую среду при разложении растительных остатков, помимо того что используются другими организмами в качестве пищи, могут также и непосредственно влиять на состояние всего биогеоценоза. Известно, что глюкозиды, которые содержатся в опавших листьях ив, тополей, ясеня, конского каштана быстро разрушаются, превращаясь в высокоактивные аглюконы. Последние и обусловливают значительную фитотоксичность опада этих растений.

Большое количество водорастворимых органических соединений выделяют в почву и сами корни. В корневых выделениях имеются органические вещества различной природы: фенольные соединения, аминокислоты, органические кислоты, ферменты, витамины.

Среди них немало биологически активных, стимуляторов или ингибиторов роста. Они достигают корней расположенных рядом растений (как своих, так и других видов) и оказывают на них определенное воздействие.

Порой такие вещества уникальны и выявляются лишь у какой-то одной породы. Так, в листьях и ветвях тисса обнаружен глюкозид двуметилового эфира флороглюцина таксикатина. Возможно, наличием именно этого глюкозида и обусловлена высокая устойчивость тисса к хвоегрызущим насекомым.

В аллелопатии имеют значение все выделения растений. Совместно они образуют своеобразную биохимическую защитную сферу вокруг продуцирующих их растений, чем-то напоминая защитную роль крепостных стен вокруг древнего города.

Рассматривая приведенную выше схему, следует учесть, что на ней изображено лишь одно направление действий: от растения-донора к растению-акцептору. На самом деле в любом фитоценозе каждое растение является одновременно и донором, и акцептором. Так что схему следовало бы дополнить зеркальным отображением.

Летучие выделения листьев и тонкой коры делят на три типа:

фитогенные – выделения неповрежденных органов;
фитонциды – выделения поврежденных тканей;
миазмины – выделения из отмерших, гниющих тканей.

Аллелопатия у деревьев

Аллелопатия довольно детально изучена на примере травянистых растений. Полученные результаты во многих случаях используются практиками. Что же касается древесных, то в силу их долголетия аллелопатические влияния одних пород на другие выявить сложнее. Вместе с тем древесные растения представляют особый интерес для изучения накопления колинов (см. справку), так как по сравнению с травянистыми долго существуют на одном месте, образуют большую массу органических веществ и создают более стойкую аллелопатическую обстановку. И здесь уже накоплено немало данных, которые положены в основу практических рекомендаций.

Колины (от лат. collide – сталкивать враждебно) – органические вещества, выделяемые высшими растениями и подавляюще действующие на другие виды высших растений.

Влияние на грушу и яблоню других пород: красные стрелки – положительное, серые – отрицательное

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

Выявлен механизм губительного воздействия грецкого ореха на рядом расположенные растения. Такое воздействие объясняется свойствами сока, каплями падающего с дерева. Он обладает токсическим воздействием на соседние плодовые растения. Именно поэтому молодые посадки яблони и груши вблизи ореха плохо растут, а иногда даже погибают.

Рост яблони и груши могут подавлять конский каштан, пихта, сирень, роза, чубушник. В то же время замечено, что яблони и груши хорошо растут в соседстве с тополем, кленом, дубом, липой, березой.

Известно, что в природных условиях происходит естественная смена лесных древесных пород. Лесоводы связывают это явление климатическими условиями, пожарами, биологическими особенностями растений. Наряду с температурным, водным и световым режимами, химическими и физическими свойствами почвы важным фактором, определяющим подобные смены пород, может быть и аллелопатия.

Историческая справка

Еще в 1924 году выдающийся лесовод Г.Ф. Морозов указывал, что при разложении лесной подстилки в почве могут накапливаться вредные вещества, препятствующие произрастанию деревьев, из листвы которых образовалась подстилка. Однако благодаря адсорбирующим свойствам почвы часть их накапливается и может стать не только регулятором прорастания семян и роста корней растений, но и в дальнейшем – регулятором стабильности всего растительного сообщества.

Биологическая активность водорастворимых выделений листьев, опада, корней проявляется при очень низких концентрациях. В лабораторных условиях её оценивают на семенах тестовых, быстро прорастающих растений – редиса и кресс-салата. Доля прорастающих семян, помещенных в вытяжку из опытных растений, свидетельствует о степени аллелопатического воздействия последних.

В одном из опытов сравнивали аллелопатическую активность катальпы, каштана конского, альбиции и софоры. Наибольшей активностью отличилась катальпа. Высокой активностью обладали вытяжки из плодов софоры и семян каштана. Листовой опад альбиции оказал стимулирующее воздействие на прорастание семян софоры, в то время как выделения собственных листьев тормозили прорастание этих семян. Да и сама альбиция ленкоранская – дерево-пионер, хорошо растущее в моно- и смешанных посадках, – оказалась подверженной аллелопатическому воздействию со стороны других растений. Отмечен случай, когда правильно пересаженная из питомника альбиция через год погибла, поскольку была высажена внутри круга из самшита, где не приживались и многие другие растения.

Раскопки корней в насаждении лиственницы показали: к растениям своей популяции она направляла в 2 раза меньшее количество корней, чем в сторону поляны.

Очень высокой активностью отличается водный экстракт опавшей хвои и корней лиственницы. В опытах он существенно задерживал рост своих же сеянцев, особенно корневой системы.

В высоких концентрациях выделения оказывали даже летальное действие; они полностью подавляли прорастание семян салата и редиса.

В растворе из ткани лиственницы с трудом прорастали семена ели и сосны. Это не удивительно, поскольку известно, что с растительными остатками лиственницы в почву поступают в довольно большом количестве флавоноиды, дубильные вещества, кумарины, сапонины.

Многие из них обладают действием, токсическим даже для самой лиственницы. Это подтверждается наблюдениями в природе. Раскопки корней в насаждении лиственницы показали: к растениям своей популяции она направляла в 2 раза меньшее количество корней, чем в сторону поляны.

Даже в пределах одного рода различные древесные виды различаются по аллелопатической активности, что удалось выявить при сравнении лиственниц сибирской, европейской и японской. Эффективность так называемых тормозителей – веществ, препятствующих прорастанию семян редиса, различалась у этих лиственниц в 2–4 раза.

Почва из-под вековых деревьев дуба, ели, бука, граба и березы, произрастающих на одном участке, оказалась более благоприятной для лиственницы европейской, нежели почва из-под материнского дерева. Высота сеянцев лиственницы в почве из-под дуба и ели была на 40% больше, чем из-под лиственницы.

Эти данные позволяют предположить, что в одинаковых почвенно-климатических условиях культуры лиственницы европейской, созданные на участках, вышедших из-под спелых насаждений этого вида, будут менее продуктивны, чем на площадях из-под спелых древостоев других древесных пород.

На основе подобных опытов можно получать данные для оптимизации создания смешанных культур, в том числе и с участием интродуцентов.

Теперь ясно, что судьба каждого вновь интродуцированного растения (это растения, переселенные в местность, где они раньше не существовали) определяется не только зимними температурами и качеством посадки, но и тем, какое воздействие на него окажут защитные вещества окружающих его аборигенных видов.

Да и сам интродуцент порой обладает столь мощной биохимической защитой, что способен быстро обосноваться на чуждой для него территории и начать вытеснять соседние растения.

Как проявляется аллелопатия

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.

Как определить негативное аллелопатическое влияние?

Определить причину угнетения тех или иных сортов растений достаточно сложно, тем более в случае аллелопатического влияния. Для начала следует исключить такие факторы, как качество почвы, условия полива, освещение и др. О негативном влиянии соседних растений, можно говорить только вследствие эксперимента. При гибели культуры, вместо нее следует посадить новое растение этого же сорта. Если оно опять гибнет или находится в угнетенном состоянии по необъяснимым причинам, при соблюдении всех правил ухода, полива, подбора почвы и др., то необходимо задуматься о растениях, расположенных по соседству и их влиянии на выращиваемый сорт.

Аллелопатическая активность растений

Аллелопатическую активность важно учитывать при севообороте растений. Большинство культурных растений имеют слабую аллелопатическую активность, в отличие от сорняков, которые достаточно легко угнетают другие виды, и в целом ухудшают состояние почвы. Чтобы избежать подобных проблем, можно ознакомиться с основными примерами аллелопатического влияния 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;
Картофель с малиной, тыквой, огурцами, помидорами, подсолнечником, вишней, яблоней;
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.

Таким образом, если правильно распределить различные культуры на участке, с учетом аллелопатического влияния, то возможно предотвратить угнетение и плохой рост некоторых растений, добиться высокой урожайности, при этом избавится от вредителей и болезней.

Австралийская сосна подстилка полностью подавляет прорастание предыстория растения, как показано здесь, несмотря на относительную открытость навеса и обильные осадки (> 120 см / год) в этом месте.

Аллелопатия это биологический феномен, с помощью которого организм производит один или несколько биохимические вещества которые влияют на прорастание, рост, выживание и размножение других организмов. Эти биохимические вещества известны как аллелохимикаты и могут оказывать положительное (положительная аллелопатия) или пагубное (отрицательная аллелопатия) воздействие на целевые организмы и сообщество. Аллелохимические соединения - это подмножество вторичные метаболиты, [1] которые не требуются для метаболизма (т.е. роста, развития и размножения) аллелопатического организма. Аллелохимические вещества с отрицательными аллелопатическими эффектами являются важной частью защита растений от травоядных. [1] [2]

На производство аллелохимических веществ влияют биотические факторы, такие как доступные питательные вещества, и абиотические факторы, такие как температура и pH.

Аллелопатия характерна для некоторых растения, водоросли, бактерии, коралл, и грибы. Аллелопатические взаимодействия - важный фактор в определении распространение видов и изобилие в растении сообщества, а также считаются важными для успеха многих инвазивные растения. Для конкретных примеров см черный орех (Juglans nigra), водяника черная (Empetrum nigrum), василек пятнистый (Centaurea stoebe), чесночная горчица (Alliaria petiolata), Казуарина/Аллокасуарина виды, и орех.

Процесс, при котором растение получает больше доступных ресурсов (таких как питательные вещества, вода или свет) из окружающей среды без какого-либо химического воздействия на окружающие растения, называется ресурсом. соревнование. Этот процесс не является отрицательной аллелопатией, хотя оба процесса могут действовать вместе, повышая выживаемость видов растений.

Содержание

История

Задолго до того, как был использован термин аллелопатия, люди наблюдали негативное воздействие одного растения на другое. Теофраст, жившие около 300 г. до н.э., заметили тормозящие эффекты свинка на люцерна. В Китае примерно в первом веке CE, автор Шэннун Бен Цао Цзин, книга по сельскому хозяйству и лекарственным растениям, описала 267 растений, обладающих пестицидными способностями, включая растения с аллелопатическим действием. [8] В 1832 году швейцарский ботаник De Candolle предложил растениеводство экссудаты были ответственны за проблему сельского хозяйства, названную почвенная болезнь.

Аллелопатия не является общепринятой среди экологи. Многие утверждали, что его эффекты нельзя отличить от соревнование который возникает, когда два (или более) организма пытаются использовать один и тот же ограниченный ресурс в ущерб одному или обоим. Аллелопатия - это прямое отрицательное воздействие на один организм в результате попадания веществ в окружающую среду другим. В 1970-х годах одни исследователи приложили большие усилия для различения конкурентных и аллелопатических эффектов, в то время как в 1990-х другие утверждали, что эффекты часто были взаимозависимыми и их было нелегко различить. [3]

Однако к 1994 году Д.Л. Лю и Дж. В. Ловетт из отдела агрономии и почвоведения, Университет Новой Англии в Армидейл, Новый Южный Уэльс, Австралия, написал две статьи [9] [10] в Журнал химической экологии которые разработали методы отделения аллелохимических эффектов от других конкурентных эффектов, используя растения ячменя и изобретая процесс непосредственного исследования аллелохимических веществ. В 1994 году М.-К. Нильссон в Шведский университет сельскохозяйственных наук в Умео в ходе полевого исследования показали, что аллелопатия, вызываемая Эмпетрум гермафродитум снижение роста Сосна обыкновенная саженцы c. 40%, и конкуренция за подземные ресурсы E. hermaphroditum приходилось на оставшееся сокращение роста. [11] Для этой работы она вставила трубы из ПВХ в землю, чтобы уменьшить конкуренцию под землей, или добавила древесный уголь на поверхность почвы, чтобы уменьшить влияние аллелопатии, а также лечение, сочетающее два метода. Однако использование активированного угля для вывода об аллелопатии само по себе подвергалось критике из-за способности древесного угля напрямую влиять на рост растений, изменяя доступность питательных веществ. [12]

Примеры

Многие инвазивные виды растений влияют на местные растения из-за аллелопатии. [19] [20] Известный случай предполагаемой аллелопатии пустыня кусты. Одним из наиболее широко известных ранних примеров был Шалфей лейкофилла, потому что это было на обложке журнала Наука в 1964 г. [21] Предполагается, что оголенные зоны вокруг кустов вызваны летучими терпенами, выделяемыми кустарниками. Однако, как и многие исследования аллелопатии, оно было основано на искусственных лабораторных экспериментах и неоправданных экстраполяциях на естественные экосистемы. В 1970 г. Наука опубликовали исследование, в котором посадка кустарников в клетки, чтобы исключить грызунов и птиц, позволяла траве расти в голых зонах. [22] Подробную историю этой истории можно найти в Halsey 2004. [23]

Горчица с чесноком - еще один инвазивный вид растений, который, возможно, частично обязан своим успехом аллелопатии. Успех в Северной Америке умеренные леса) частично может быть связано с выделением глюкозинолаты любить синигрин что может мешать мутуализм между корнями местных деревьев и их микоризные грибы. [24] [25]

Было показано, что аллелопатия играет решающую роль в лесах, влияя на состав роста растительности, а также дает объяснение закономерностей лесовозобновления. [ нужна цитата ] В черный орех (Juglans nigra) производит аллелохимический юглон, который сильно влияет на одни виды, а на другие - нет. Опавшие листья и корневые экссудаты некоторых Эвкалипт виды являются аллелопатическими по отношению к определенным почвенным микробам и видам растений. [26] В дерево небесное, Ailanthus altissima, производит в своих корнях аллелохимические вещества, подавляющие рост многих растений. Темпы оценки аллелохимических веществ, выделяемых высшими растениями в природе, значительно ускорились, что дает многообещающие результаты в полевых исследованиях. [27]

Приложения

Возможное применение аллелопатии в сельском хозяйстве является предметом многочисленных исследований. [28] Текущие исследования сосредоточены на влиянии сорняков на посевы, посевов на сорняки и сельскохозяйственных культур на посевы. [29] Это исследование продвигает возможность использования аллелохимических веществ в качестве регуляторов роста и естественных гербициды, чтобы продвигать устойчивое сельское хозяйство. [30] Ряд таких аллелохимических веществ коммерчески доступен или находится в процессе крупномасштабного производства. Например, лептоспермон является аллелохимическим веществом в лимонной щетке для бутылок (Каллистемон цитринус). Хотя в качестве коммерческого гербицида он оказался слишком слабым, но его химический аналог, мезотрион (торговое название Callisto), оказалось эффективным. [31] Продается для контроля широколистных сорняки кукурузы, но также кажется эффективным средством контроля крабовая трава в газоны. Sheeja (1993) сообщил об аллелопатическом взаимодействии сорняков. Chromolaena odorata (Евпаторий одоратум) и Лантана камара по избранным основным культурам.

Много урожая сорта проявляют сильные аллелопатические свойства, из которых рис (Oryza sativa) наиболее изучен. [32] [33] [34] Аллелопатия риса зависит от сорта и происхождения: рис Japonica более аллелопатический, чем гибрид Indica и Japonica-Indica. Совсем недавно в критическом обзоре аллелопатии риса и возможности борьбы с сорняками сообщалось, что аллелопатические характеристики риса наследуются количественно, и были идентифицированы несколько признаков, связанных с аллелопатией. [35]

Читайте также: