V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Аллелопатическое влияние вытяжек из частей растений на прорастание семян культурных растений.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Табакова М.Л. 1

---

1МБОУ "Лицей №11 г. Челябинска"

Виторская  А.А. 1

---

1МБОУ "Лицей №11 г. Челябинска

Работа в формате PDF

675.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Природа – очень тонко устроенный механизм. Чем больше изучаешь её, тем больше удивляешься. Сегодня вопросы экологии, экологического равновесия особенно актуальны. Цивилизация многое изменяет в жизни природных сообществ, но всё ли мы знаем о том, во что вмешиваемся? Я живу за городом и имею возможность много наблюдать за природой. Меня заинтересовало то, как по-разному чувствуют себя одни и те же растения в соседстве с другими. И я решила подробнее изучить этот вопрос, чтобы лучше понимать взаимодействие растений и возможности создания гармоничного сообщества.

В связи с тем, что сорные растения нуждаются в тех же факторах жизни, что и культурные растения, они являются их конкурентами и влияют на урожай культурных растений. По данным многочисленных исследований, проведенных Гродзинским А.М, Хохловым И.Г., Власовым О.И., Шутко А.П, и др. происходит это не только вследствие борьбы за факторы жизни, но и за счет аллелопатии. Изучение данных литературы показали, что среди растений и в естественных, и в искусственных условиях прослеживается высокая степень аллелопатического влияния. Сорные растения, способны к угнетению процессов прорастания культур, а также вызывают замедление темпов прорастания, роста и развития растений. Каждый вид растений обладает своим, особым, свойственным только данному виду обменом веществ. Вещество, которое для одного вида безразлично и выделяется им в окружающую среду, может оказать сильное положительное или отрицательное действие на соседние растения другого вида. Такое химическое взаимодействие называют аллелопатией.[1]

Цель исследования: изучить аллелопатическую чувствительность семян культурных растений к действию водных вытяжек корней одуванчика, хвои сосны и ели, укропа пахучего.

Задачи исследования

Изучить литературу по теме “Аллелопатическое влияние водных вытяжек частей растений на прорастание семян культурных растений».

Получить водорастворимые аллелопатически активные вещества из корней одуванчика, хвои сосны и ели, семян укропа.

Экспериментальным путём установить влияние вытяжек растений (сорных, пряных, хвойных) на прорастание семян культурных растений.

Определить pH водных вытяжек растений и его воздействие на прорастание семян.

Определить характер влияния вытяжек.

Объект исследования

Семена культурных растений (огурца, редиса, моркови) и вытяжки сорных, хвойных и пряных растений.

Предмет исследования

Влияние вытяжек корней, семян, хвои сосны и ели на прорастание семян культурных растений.

Гипотеза

Корневые выделения сорных растений, фитонциды хвойных, эфирные соединения пряных культур двояко влияют на рост и развитие культурных растений.

Методы исследования: изучение литературы и интернет-источников, извлечение активных веществ семян методом экстрагирования, проращивание семян, измерение показания pH, анализ и обобщение результатов опыта.

1. Теоретическая подготовка к исследованию.

1.1 Аллелопатическое взаимодействие растений

В процессе эволюции высшие растения, конкурируя между собой в экосистемах за влагу, свет и питательные вещества, выработали различные средства защиты с помощью химических веществ [1]. Химическое взаимодействие растений посредством специфических органических выделений получило название аллелопатия [3].

Аллелопатическое влияние проявляется как у культурных сельскохозяйственных растений на сорняки, так и у сорняков на культурные растения. Растительные организмы не только поглощают вещества из окружающей среды, но и выделяют химические соединения в жидком или газообразном виде. В растительных выделениях присутствуют разнообразные физиологически активные вещества – витамины, фитонциды, антибиотики, ферменты [5]. Выделение веществ растениями происходит в результате секреторной деятельности организма, или является следствием воздействия стрессовых факторов [6].

По источникам выделений можно разделить их на прижизненные: листовые, корневые и стеблевые выделения, выделения плодов, цветков и семян, а так же образующиеся после разложения отмерших органов и поступающие в почву в виде опада. [2].

Химический состав таких веществ сложен и разнообразен. Все вещества, участвующие в химическом взаимодействии растений, можно разделить на три большие группы. К первой из них относятся вещества вторичного происхождения – органические кислоты, эфирные масла, алкалоиды, глюкозиды, флавоноиды, дубильные вещества и другие соединения. Вторая группа аллелопатически активных веществ образуется в результате гидролитического распада растительных белков в ходе обмена веществ, а также при отмирания тканей. При таком распаде образуются многочисленные «осколки» белковых молекул: пептиды, аминокислоты, амиды кислот, аммиак. К третьей группе веществ, имеющих значение в фитоценозах, относятся разнообразные продукты минерализации растительного материала- гуминовые кислоты и ряд их предшественников [5]. Характер воздействия аллелопатически активных веществ носит специфический характер. Выделения одного растения на различные виды носит двойственный характер: угнетение одних видов, и стимуляция других видов.

Взаимодействие растений в природе осуществляется через почву. Источником физиологически активных веществ, поступающих в почву, являются растительные остатки. Аллелопатически активные вещества, выделяемые органами растений в почву, оказывают влияние на прорастание семян и развитие проростков: задерживают или ускоряют развитие семян, изменяют или преодолевают состояние их покоя, воздействуют на прорастание семян и формирование органов проростка. [2]

1.2. Морфологические и биологические особенности сорных и культурных растений

Одуванчик лекарственный--многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных. Корневая система стержневого типа. Главный корень относительно толстый, вертикальный. Все листья розеточные, длиной 10 - 25 см и шириной 1,5 - 5 см. Цветочных стрелок несколько. Они безлистные, гладкие, полые. Все цветки язычковые, обоеполые, желтые. Корни, стебли и листья обычно содержат белый млечный сок. Плоды - светло-бурые или буроватые семянки.

Одуванчик лекарственный обитает в местах с нарушенной естественной растительностью, на слабозадерненных почвах, особенно вблизи жилья, на паровых полях, молодых залежах. Часто он встречается на лесных полянах и опушках, по обочинам дорог, вдоль придорожных канав, на эродированных склонах, реже на лесных прогалинах, среди зарослей кустарника, на вырубках и просеках.

Одуванчик лекарственный имеет широкий спектр входящих в него химических соединений: стероиды, фенолкарбоновые кислоты, углеводы, жирное масло, каучук, воска, высшие жирные кислоты, витамины, кумарины, каротиноиды, липиды. Флавоноиды присутствуют в корнях, листьях и цветках. Стероиды найдены во всех частях растения. Жирное масло корней содержит глицериды пальмитиновой, олеиновой кислот. Среди высших жирных кислот присутствуют пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линоленовая, кислоты. В листьях высшие жирные кислоты представлены пальмитиновой кислотой. В цветках и пыльце одуванчика обнаружен богатый спектр каротиноидов. Содержатся каротиноиды и в листьях. В корнях найдены Fe, Ti, Mg, Ba, Zn, Sr, и Mn, 2-3% каучука, фенолкарбоновые кислоты, винная и лимонная кислоты, 0,25% яблочной кислоты, до 24% полисахаридов, фруктоза, глюкоза, сахароза, олигосахариды.. В листьях и надземной части присутствуют витамины В₁, В₂, С, β-каротин, никотиновая кислота, макро- и микроэлементы, в частности Fe, Mn, Ca, P.

Укроп пахучий однолетнее растение семейства сельдерейных (Apiaceae)- высотой 40-120см, с тонким маловетвистым веретенообразным корнем. Стебель покрыт беловатым или голубоватым восковым налетом. Листья очередные, трижды- или четырежды перисто-рассеченные. Соцветие - сложный зонтик. Плод - яйцевидная или широкоэлиптическая, сжатая со спинки, ребристая двусемянка.

Плоды укропа огородного богаты эфирным (от 2 до 4%) и жирными маслами (от 10 до 20%). Основным компонентом эфирного масла является карвон (40-60%). Жирное масло содержит до 93% глицеридов жирных кислот, среди которых пальмитиновая, олеиновая, линолевая. В плодах обнаружены также кумарины, фенолкарбоновые кислоты, флавоноиды, смолы, воск, белок (14-15%).

Трава укропа содержит 0,56-1,5% эфирного масла с более низким содержанием карвона (до 16%) по сравнению с эфирным маслом плодов; она богата витаминами С, B1, B2, РР, Р, провитамином А, солями калия, кальция, фосфора, железа, содержит фолиевую кислоту, флавоноиды .

Хвойные - самая распространенная и важнейшая группа среди современных голосеменных. Хвойные - вечнозеленые деревья и кустарники. Свое название они получили из-за игольчатые листья, которые называют хвоей. Хвоя бывает длинной (сосна) и короткой (ель). Хвойные распространены в теплых, умеренных и холодных областях земного шара, но большинство - в Северном полушарии. Наиболее распространенными являются сосны и ели. Хвойные достигают 100-120 м высоты и до 10-16 м в диаметре, могут жить 2000-3000 лет и более.

Листья в большинстве голосеменных - многолетние, кожистые, линейные, имеют вид чешуек или игл. Игольчатые листья называют хвоей. На поперечном разрезе хвоя плоская, двух- или трехгранная. Сверху лист покрыт покровной тканью. Под ней находится слой клеток с утолщенными стенками, который защищает внутренние клетки от высыхания. Далее располагаются фотосинтезирующая и ведущая ткани. Есть в листьях и смоляные ходы.

Хвоя богата витамином С. В хвое сосны содержатся витамины: Е, А, РР. Содержание каротина (витамина А) в иголках примерно такое же, как в моркови. Количество этих веществ увеличивается в зимнее время.

Иголки содержат бензойную кислоту, которая обладает бактерицидными свойствами. Дезинфицирующими свойствами обладают эфирные масла сосны.

В сосне содержатся микроэлементы: марганец, железо, кобальт, а также растительные гормоны. Иголки сосны богаты крахмалом, белком и минеральными солями.

2. Исследование аллелопатического взаимодействия растений

2.1. Методика исследования

Объектами исследования служили семена следующих растений:

1) семена огурца сорт «Родничок»

2) семена редиса сорт «Сосулька»

3) семена моркови сорт «Нантская»

Для извлечения физиологически активных веществ из семян укропа, корней, хвои сосны и ели проводили экстрагирование по методике А.М. Гродзинского. Из корней одуванчика, семян укропа пахучего, хвои сосны и ели готовили 24-часовые водные (в дистиллированной воде) 5%-ые (5г растений на 100 мл воды и 10%-ные (10 г растений на 100 мл воды) вытяжки. Испытуемые семена тест-культур расположили по 20 штук в чашки Петри на двух слоях увлажненной бумаги и проращивали при температуре (23°С). Подсчет проросших семян тест-объектов проводили каждые 24 часа в течение 9 дней, при необходимости увлажняли. В качестве контроля использовали отстоянную водопроводную воду. Исследования проводились в лабораторных условиях, в школьном кабинете, при одинаковом солнечном освещении.

Степень аллелопатического воздействия пряных растений определяется по следующей градации: сильная - степень всхожесть составляет менее 50%, средняя от 50% до 75%, слабая от 75 % и выше (Стаценко, 1999).

Измерен показатель рН водных вытяжек семян укропа, корней одуванчика, хвои сосны и ели с помощью «Архимеда».

2.2. Результаты и обсуждение

При изучении аллелопатической чувствительности семян культурных растений к действию водных вытяжек корней одуванчика, семян укропа, хвои сосны, хвои ели двух концентраций мы получили следующие результаты: данные вытяжки, в первые дни прорастания, проявили угнетающее действие на всхожесть семян огурца, моркови, редиса. На пятый день наибольшее подавляющее действие семена моркови и редиса испытывают под действием водных вытяжек из корней одуванчика, а также хвои ели. Эта закономерность обнаруживается и на восьмой день прорастания для семян моркови и редиса. В опытах наблюдается и полное подавление прорастания семян при действии водных вытяжек корней одуванчика (10%) на семена моркови и хвои ели (5%) , хвои ели (10%) на семена моркови и редиса.

Что же касается действия вытяжки укропа пахучего, здесь наблюдается сходное действие: понижение процента всхожести семян огурца, моркови и редиса по сравнению с контролем. Под действием 5%-ой и 10% -ой концентрации раствора хвои сосны наблюдается стимулирование прорастания семян огурца по отношению к контролю. Процент всхожести семян, под действием 5%-ой и 10%-ой вытяжки хвои сосны составляет 100%, что на 10% выше по отношению к контролю (таблица 1.).

Таблица 1. Проценты всхожести семян огурца

При изучении аллелопатической чувствительности семян культурного растения огурца сорта «Родничок» к действию водных вытяжек корней одуванчика, семян укропа, хвои сосны, хвои ели в двух концентраций мы получили следующие результаты: на третий день роста ингибирующее действие на прорастания семян оказала 5%-ая вытяжка из корней одуванчика, которая ингибировала всхожесть семян на 30% по сравнению с контролем. Уже на пятый день интенсивность прорастания семян сопоставима с контролем, кроме воздействия вытяжки семян укропа. На восьмой день прорастания стимулирующее действие по сравнению с контролем оказала 5% и 10% вытяжка хвои сосны. В целом же можно сказать, что особого ингибирующего действия на интенсивность прорастания семян огурца не оказывает ни один из аллелопатических агентов (таблица 1.).

Таблица 2. Проценты всхожести семян моркови

Иное действие оказывают концентрации вытяжек на интенсивность прорастания семян растения-моркови сорта «Нантская». На третий день роста полное ингибирующее действие оказали 5% и 10%-ые вытяжки семян укропа, хвои сосны, хвои ели.. На восьмой день произошли изменения, 10%-ый раствор корней одуванчика ингибировал всхожесть семян на 70%, а 5%-ый и 10% раствор вытяжки хвои ели оказал полное ингибирование всхожести семян моркови по сравнению с контролем (таблица 2).

Таблица 3. Проценты всхожести семян редиса

По результатам изучения действия водных вытяжек корней одуванчика, семян укропа, хвои сосны и ели на прорастание семян редиса получили следующие данные: полное ингибирование прорастания семян на третий день в вытяжках хвои ели разной концентрации. Такое явление наблюдалось и на восьмой день прорастания. Ниже, по сравнению с контролем, процент всхожести в вытяжках корней одуванчика, семян укропа, хвои сосны на 30%.

Нами проведен анализ кислотности водных вытяжек корней одуванчика, семян укропа, хвои сосны и ели, с целью определения оптимальные условия для прорастания семян культурных растений (огурца, редиса, моркови). Кислотность вытяжек измерялась с помощью прибора «Архимед».

Таблица 4 Уровни кислотности и щелочности почв

Большинство растений лучше произрастает при нейтральной или слабокислой реакции среды. Как кислая, так и щелочная реакция среды губительны для растений. Кислотность растворов оказывает влияние на развитие растений. При усилении кислотности угнетается рост и развитие большинства культурных растений.[5]

Таблица 5 Оптимальные диапазоны рН для овощных культур

По требованиям к кислотности почвы овощные культуры можно разделить на три группы:

первая — рН от 7 до 7,5 (морковь,);

вторая — рН от 6 до 7 (редис, огурцы);

третья — рН от 5 до 6 (тыква, картофель, пастернак, щавель).

Таблица 6 Уровни кислотности и щелочности водных вытяжек

Согласно полученным значениям рН, слабокислую реакцию имеет вытяжка хвои ели. Такой показатель, по данным литературы [5] стимулирует прорастание и развитие растений огурца. Семена растений моркови и редиса лучше прорастают и развивается при показателе рН от 6 до7 ( нейтральный).

По результатам исследований мы пришли к следующим выводам:

Вытяжки корней одуванчика 10% и хвои ели 5% и 10% оказывают ингибирующее действие на прорастание семян моркови и редиса.

Вытяжки хвои сосны стимулируют прорастание и рост семян огурца.

Вытяжки из семян укропа пахучего оказывают ингибирующее действие на прорастание и рост семян редиса и моркови. Это связано видимо с тем, что вещества семян укропа (вероятнее, группы терпеноидов, входящих в состав эфирных масел) оказывают отрицательное аллелопатическое влияние на изучаемые растения.

Также можно предположить, что в агроценозах. если рядом с культурными растениями будут произрастать растения одуванчика, то возможно угнетение роста и развития культурных растений в результате выделения аллелопатически активных веществ корнями и проявление ингибирующего действия.

Список литературы

Гродзинский, A.M. Аллелопатия в жизни растений и их сообществ. - Киев: Наукова думка, 1965. 9-24с.

Иванов, В.П. Растительные выделения и их значение в жизни фитоценозов. - М.: Наука, 1973. 109-220 с.

Гродзинский, А. М. Некоторые проблемы изучения аллелопатического взаимодействия растений / А. М. Гродзинский // Взаимодействие растений и микроорганизмов в фитоценозах. - Киев, 1977. - С. 3-12.

Матвеев, Н. М. Аллелопатия как фактор экологической среды / Н. М. Матвеев. - Самара : Кн. изд-во, 1994. - 203 с.

Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий (учебно-методическое пособие для студентов и аспирантов эколого-биологических специальностей). - Петрозаводск, 2009

Приложение I

Приложение II

Приложение III

Приложение IV

Фотографии, сделанные в процессе исследования

Взвешивание материалов для приготовления вытяжек, добавление дистиллированной воды.

Приложение V

Фотографии, сделанные в процессе исследования

Приготовление вытяжек на водяной бане, фильтрование вытяжек

Измерение pH полученных вытяжек с помощью прибора «Архимед»