Аллелопатическое воздействие горца птичьего Polygonum aviculare на развитие и устойчивость к солевому стрессу льна посевного

4036-2025-11-83-91.

Введение. Механизмы, формы, а также роль аллелопатических взаимодействий между различными видами растительных организмов (кроме того, между растениями и микроорганизмами) в природных, антропогенно измененных и искусственных биоценозах активно изучаются на протяжении последних десятилетий как российскими, так и зарубежными исследователями. К настоящему времени достаточно хорошо изучен целый ряд химических соединений, вырабатываемых различными органами растений в процессе метаболизма и выделяемых последними в окружающую среду для обеспечения повышенной выживаемости в конкурентной среде. В первую очередь внимание специалистов традиционно привлекает изучение фитотоксичности сорных, и особенно инвазивных видов, на территории агроценозов, проявляющейся в негативном эффекте для всхожести и прорастания семян культурных растений [1]. В частности, И.В. Горепекин, Г.Н. Федотов и С.А. Шоба отмечают эффект аллелопатического почвоутомления, замедляющего развитие живых организмов и проявляющегося в изменении почвенной среды посредством нарушения стандартной структуры, физико-химических свойств, рН, солевого баланса и других показателей вследствие воздействия комплекса аллелотоксинов, содержащихся в корневой системе и опавшей листве чужеродных для агрокомплексов видов растений [2]. Негативный эффект от воздействия экс- трактов различных эврибионтных представителей флоры (чаще всего в экспериментах in vitro) на онтогенез зерновых, технических и других культур неоднократно отмечался в научных публикациях [3–6]. Как правило, ингибирующее влияние проявляется в снижении жизнеспособности и ослаблении показателей, характеризующих онтогенез, таких как всхожесть и энергия прорастания семян, длина главного корня и гипокотиля и др. Тем не менее, не следует упускать из внимания тот факт, что «аллелопатическая сфера», включающая разнообразные метаболиты высших растений, способна оказывать и диаметрально противоположное, стимулирующее воздействие, определяющееся как конкретным химическим составом метаболитов, так и видоспецифичностью растений-акцепторов [7–11]. Очевидно, что аллелохимикаты позволяют не только обеспечивать конкурентное преимущество растению-хозяину в конкретной среде обитания, но и способствовать формированию мутуалистических взаимоотношений между видами, что может быть использовано в сфере агроэкологии, в частности, при разработке альтернативных гербицидам механизмов защиты культурных растений и новых биотехнологических средств стимулирования роста и развития последних [12–13].

Особый интерес представляет изучение воздействия экстрактов растений, традиционно используемых в качестве источников лекарствен- ного сырья пролонгированного действия, основанного на высоком содержании в органах первых разнообразных биологически активных веществ стимулирующего действия. В исследованиях P. Gupta показано, что экстракты, полученные из ряда видов высших растений, являющихся фармацевтическим сырьем, способны не только оказывать стимулирующее воздействие на онтогенез зерновых и технических культур, но и повышают общий уровень толерантности последних к неблагоприятным факторам окружающей среды [14]. Одним из подобных негативных факторов для большинства видов растений, относящихся к числу гликофит-ных, является солевой стресс — негативная реакция на повышенное содержание ионов хлора в почве, проявляющаяся, в частности, в снижении всхожести семян, замедлении темпов роста всходов, уменьшении биомассы растений и сокращении площади листовой поверхности. Известно, что растения существенно отличаются по степени чувствительности к солевому стрессу: высокой толерантностью отличается, например, хлопчатник, к гликофитным культурам традиционно относят гречиху посевную. В отношении Linum usitatissimum L. сведения о толератности к ионам хлора не столь однозначны, хотя в целом отмечается, что данный вид растений характеризуется достаточно высокой устойчивостью к солевому стрессу в условиях in vitro, постепенно снижающейся по мере нарастания концентрации изучаемых растворов [15]. Ранее отмечалось, что аллелопатический эффект способен усиливать уровень солевого стресса, отрицательным образом сказываясь на жизнеспособности растений, однако нельзя исключать и противоположный эффект, определяемый видовой принадлежностью растений-доноров и акцепторов, составом и концентрацией биологически активных веществ, выделяемых видом – источником аллелопатических метаболитов, а также степенью толерантности экспериментальной культуры к солевому стрессу [5].

Цель исследования – изучение влияния аллелопатического воздействия экстрактов горца птичьего Polygonum aviculare L. на развитие семян и проростков льна посевного Linum usitatissimum L. , а также толерантность растений данного вида к солевому стрессу на ранних стадиях онтогенеза в условиях in vitro.

Задачи: оценить влияние водных экстрактов различных концентраций, полученных из лис- тьев P.aviculare на всхожесть семян, а также ряд показателей раннего развития проростков L. usi-tatissimum (массу, длину главного корня и гипокотиля) в условиях солевого стресса, вызванного воздействием раствора NaCl и при отсутствии солевого стресса, сравнив данные значения с контрольными.

Объекты и методы. В качестве объекта исследования использовались листья горца птичьего Polygonum aviculare L., которые собирались в июне-июле 2023 г. в районе с. Слобода Свердловской области на берегу р. Чусовой вдали от автомагистралей. Сырье было высушено стандартным воздушно-сухим способом и измельчено с помощью фарфоровых ступки и пестика. Оценка уровня аллелопатической активности осуществлялась согласно широко практикуемой методике, описанной в ряде источников, в частности, М.Н. Яхновца и Е.О. Юрченко, и состоящей в последовательном воздействии экстрактов высушенной фитомасссы исследуемого растения различных концентраций на всхожесть и развитие экспериментальной тест-культуры [3]. Исходный водный экстракт P. aviculare L получали путем помещения 5 г. сухих измельченных листьев данного растения в фарфоровую емкость, в которую добавляли 100 мл бидистиллированной воды [4]. Содержимое доводили до кипения и затем настаивали в течение 2 ч при комнатной температуре (23–24 °С) при периодическом перемешивании раствора для достижения наилучшего эффекта экстрагирования. Полученный экстракт пропускался через бумажный фильтр и помещался в холодильник на 24 ч при температуре 6–8 °С. Для проведения эксперимента приготовленный настой последовательно разводили дистиллированной кипяченой водой комнатной температуры в соотношениях 1 : 20, 1 : 40 и 1 : 80. Данные концентрации экстракта наиболее часто используются в подобных исследованиях и зарекомендовали себя как удобные для выявления аллелопатического эффекта и оценки результатов его проявления [5].

Для выполнения поставленных задач потребовалось проведение биотестирования, описание которого приведено ниже.

Эксперимент осуществлялся в условиях in vitro в шестикратной повторности. Семена L. usi-tatissimum помещали в стеклянные чашки Петри между листами фильтровальной бумаги (в чашку помещалось 20 семян льна), в которые вно- сили водный экстракт горца птичьего комнатной температуры заданной концентрации. Параллельно в половину чашек добавляли по 2 мл 0,05 М раствор NaCl. В качестве контроля использовали семена, проращиваемые при поливе дистиллированной водой. Культивирование содержимого чашек Петри осуществлялось в течение 144 ч при комнатной температуре. Всхожесть оценивалась ежедневно, начиная с 48 ч эксперимента, согласно стандартной методике. Помимо этого, начиная со вторых суток культивирования, регулярно определяли массу проростков, измеряли длину гипокотиля и главного корня во всех вариантах эксперимента. Обработка результатов осуществлялась с помощью программ LibreOffice Calc 6.4 и Statistica с оценкой средних арифметических значений всех показателей по каждой из выборок, коэффициентов вариации (CV) и t-критерия, на основании которого определялась достоверность различий между контролем и экспериментальными выборками.

Результаты и их обсуждение. Проведенные исследования позволили выявить аллелопатическое влияние водных экстрактов горца птичьего на всхожесть и ряд морфологических показателей ранних этапов онтогенеза L. usita-tissimum, а также уровень устойчивости данной культуры к солевому стрессу. В таблице 1. представлены в динамике данные по всхожести семян льна посевного во всех вариантах эксперимента, включая воздействие солевым стрессом.

Таблица 1

Влияние водных экстрактов листьев Polygonum aviculare L. на всхожесть семян Linum usitatissimum L. и их устойчивость к солевому стрессу

Influence of Polygonum aviculare L. leaves aquatic extracts on

Linum usitatissimum L. seed germination and their tolerance towards salt stress

Концентрация экстракта Polygonum aviculare L.	Всхожесть, %
	Проращивание при отсутствии воздействия раствора NaCl
	48 ч	72 ч	96 ч	120 ч	144 ч
0 (контроль)	86,1±2,3	87,6±2,1	88,1±2,0	88,3±2,0	89,2±2,0
1 : 20	87,2±2,4	88,8±2,2	89,0±1,8	89,3±1,9	90,3±2,0
1 : 40	88,9±3,1	92,3±2,8	93,2±2,4	93,7±2,1	93,9±2,1
1 : 80	90,2±2,7	94,6±3,1*	95,2±2,3*	96,1±2,6*	96,1±2,4*
	Проращивание при воздействии 0,05 М раствора NaCl
	48 ч	72 ч	96 ч	120 ч	144 ч
0 (контроль)	73,2±2,2	74,6±2,4	78,1±2,1	78,3±2,2	78,5±2,2
1 : 20	77,4±2,3	78,5±2,4	83,0±1,9	84,3±2,3	86,1±2,3*
1 : 40	86,3±2,4*	88,5±3,1*	90,2±2,6*	91,2±2,8*	91,2±2,9*
1 : 80	89,0±3,7**	91,2±2,4**	93,2±3,0**	94,1±2,8**	94,2±3,3**

Здесь и далее . Статистически достоверное различие между выборкой и контролем: *P < 0,05; **P < 0,01.

Как показывает анализ представленных результатов, на протяжении первых двух суток проращивания семян льна посевного, подвергшихся воздействию только экстрактов P. avicu-lare, не наблюдается достоверных различий между экспериментальными выборками и контролем, что противоречит ряду литературных данных [1–3]. На третьи сутки проращивания было выявлено достоверное (P < 0,05) возрастание всхожести семян L. usitatissimum при минимальной концентрации экстракта горца птичьего (1 : 80) и данная тенденция продолжала сохраняться на протяжении оставшегося времени культивирования. При более высоких концентрациях экстрактов достоверные различия между контрольными и экспериментальными объектами по-прежнему не фиксировались, что может свидетельствовать о значимости уровня концентрации метаболитов, обладающих аллелопатической активностью, что отмечалось и другими исследователями [6–8]. В частности, И.А. Гетманец, Д.Ю. Нохрин и П.В. Левченко указывают, что многомерный анализ аллелопатической активности продемонстрировал статистически значимое влияние концентраций растворов аллелопатических метаболитов на всхожесть растений-акцепторов с обратной зависимостью: наиболее высокие показатели всхожести наблюдались при минимальной концентрации водных вытяжек [8]. Данный эксперимент подтверждает указанную зависимость, но, кроме того, выявляет стимулирующий эффект экстрактов горца птичьего на всхожесть семян, что, как ранее указывалось, отмечалось гораздо реже.

Гораздо больший интерес представляют результаты оценки аллелопатического воздействия экстрактов P. aviculare в условиях солевого стресса, вызванного влиянием раствора хлорида натрия. Достаточно высокая концентрация раствора (0,05 М) была выбрана, поскольку ранее экспериментальные данные показали более успешную адаптацию проростков L. usitatissi-mum к повышенному содержанию ионов хлора по сравнению со многими другими гликофитны-ми культурами [15]. В данном случае был зафиксирован отчетливый негативный эффект солевого стресса для всхожести контрольной выборки (под контролем подразумевалось проращивание семян L. usitatissimum только при воздействии раствора хлорида натрия на протяжении всех пяти суток эксперимента). Однако использование растворов, содержащих метаболиты аллелопатического действия, приводит к стимулирующему воздействию на всхожесть семян: экстракты концентраций 1 : 40 и особенно 1 : 80 достоверно усиливали значения данного показателя и этот позитивный тренд сохранялся в течение всей продолжительности эксперимента; в то же время для более высокой концентрации экстракта горца птичьего (1 : 20) достоверного эффекта практически не наблюдалось, за исключением последнего дня измерений. Таким образом, можно предположить, что стимулирующее воздействие метаболитов P. aviculare демонстрирует обратно пропорциональную зависимость от концентрации раствора последних.

Ниже в таблице 2 отражены результаты оценки аллелопатического влияния экстрактов горца птичьего на массу проростков льна посевного.

Таблица 2

Влияние водных экстрактов листьев Polygonum aviculare L.

на массу проростков Linum usitatissimum L.

Influence of Polygonum aviculare L. leaves aquatic extracts on Linum usitatissimum L. seedlings mass

Концентрация экстракта Polygonum aviculare L.	Средняя масса проростков, мг
	Проращивание при отсутствии воздействия раствора NaCl
	48 ч	72 ч	96 ч	120 ч	144 ч
0 (контроль)	22,1±0,9	29,6±1,2	34,2±1,4	41,1±1,8	47,2±2,1
1:20	17,2±1,4*	23,8±1,2*	28,0±1,3*	32,3±1,2*	34,5±1,0**
1:40	25,9±1,3	32,4±1,6	37,5±1,4	46,7±1,7*	53,4±1,8*
1:80	23,2±1,7	30,6±1,1	35,2±1,3	42,1±1,6	48,6±1,3
	Про	ращивание при воздействии 0,05 М раствора NaCl
	48 ч	72 ч	96 ч	120 ч	144 ч
0 (контроль)	16,4±1,2	21,7±1,5	23,8±1,1	33,8±1,6	37,1±1,7
1:20	17,8±1,3	24,5±1,2	29,0±0,9	37,1±1,3	40,1±1,1
1:40	20,6±1,4	26,5±1,1*	32,2±1,6*	38,6±1,8*	44,6±1,9*
1:80	23,0±1,6*	30,2±1,4**	33,9±1,0*	41,8,1±1,8**	48,2±1,6**

Анализируя данные, представленные в таблице 2, можно сделать несколько предварительных заключений. Во-первых, минимальная концентрация экстракта горца птичьего (1 : 80) без всяких дополнительных факторов практически не оказывает воздействия на общую массу проростков в течение всех дней эксперимента. Во-вторых, повышение первого показателя в два раза (до 1 : 40) демонстрирует определен- ное позитивное влияние на среднюю массу (до 53,4 ± 1,8 по сравнению с 47,2 ± 2,1 в контроле), начиная со 120 ч эксперимента, и эта тенденция сохраняется. В-третьих, дальнейшее нарастание концентрации аллелопатических метаболитов (до 1 : 20) сопровождается однозначным негативным воздействием на среднюю массу проростков льна посевного на протяжении всех дней исследования, постепенно усили- вающимся к моменту завершения эксперимента, но при этом значение величины не отклоняется от контрольного. Таким образом, подтверждается тезис о достоверной роли концен- трации экстракта для величины и направления эффекта от воздействия последнего на ранний онтогенез растений.

Оценка аллелопатического влияния Polygonum aviculare в условиях дополнительного солевого стресса не выявила дополнительного усиливающего воздействия экстрактов на чувствительность проростков к ионам хлора, что несколько противоречит результатам экспериментов А.О. Герасимова [5]. Очевидно, что результаты во многом определяются конкретной видовой принадлежностью как растения-донора метаболитов, так и акцептора. Более того, постепенное снижение концентрации экстракта приводит к достоверно значимому стимулирующему воздействию на массу проростков, которая при аллелопатических показателях 1 : 80 (48,2 ± 1,6) практически не отличается от таковой при контрольном поливе L. usitatissimum исключительно дистиллированной водой (47,2 ± 2,1), что позволяет предположить нейтрализующий эффект метаболитов горца птичьего по отношению к повышенной концентрации ионов хлора в окружающей среде.

В работе М.В. Лабковской, В.А. Куркина и А.А. Шмыгаревой показано, что горец птичий Polygonum aviculare L. является широко распространенным эврибионтным видом с боль- шим диапазоном толерантности в отношении различных неблагоприятных факторов, получившим применение в фармацевтической промышленности благодаря высокому содержанию биофлавоноидов в надземной части растений [16]. Возможно, определенная группа биологически активных веществ не только обеспечивает растению высокую степень адаптабельнос-ти, но и позволяет создавать мутуалистическое взаимодействие с представителями других видов, занимающих сходные экологические ниши.

В таблице 3 представлены результаты оценки длины надземной части растений льна посевного (гипокотиля) и длины главного корня в динамике на протяжении пяти суток эксперимента. Несмотря на то, что в ряде работ отмечается более высокая чувствительность корневой системы к действию аллелопатических веществ по сравнению с гипокотилем, в данном эксперименте уделялось внимание обоим показателям, поскольку токсичность растворов горца птичьего a priori не была установлена [1–3].

Таблица 3

Влияние водных экстрактов листьев Polygonum aviculare L. на длину корней и гипокотиля Linum usitatissimum L. Influence of Polygonum aviculare L. leaves aquatic extracts on Linum usitatissimum L. root and hypocotyl length

Концентрация экстракта Polygonum aviculare L.	Проращивание при отсутствии воздействия раствора NaCl
	Длина главного корешка, мм	CV, %	Длина гипокотиля, мм	CV, %
0 (контроль)	28,7±0,6	20,9	30,7±0,6	19,5
1 : 20	24,5±0,4*	16,3	27,6±0,5*	18,1
1 : 40	29,7±0,8	26,9	34,1±0,9*	26,4
1 : 80	30,2±0,6	19,9	36,3±0,8*	22,0
	Проращ	ивание при воздействии 0,05 М раствора NaCl
0 (контроль)	18,0±0,5	27,8	22,1±0,3	13,6
1 : 20	20,4±0,7	34,3	24,7±0,6	24,3
1 : 40	25,9±0,6*	23,2	29,7±0,5*	16,8
1 : 80	30,4±0,9**	29,6	32,8±0,8**	24,4

Итоговые данные по средней длине надземной и подземной части растений к концу исследования показывают, что в данном случае, вопреки распространенному мнению, гипокотиль льна посевного оказался не менее надежным показателем чувствительности растений к аллелопатическому воздействию, возможно, в связи с практически полным отсутствием ингибирующего влияния со стороны экстрактов Polygonum aviculare (за исключением макси- мально концентрированного экстракта 1 : 20), вместо которого проявляется стимулирующий эффект. При этом длина гипокотиля достоверно отличалась (P < 0,05) при воздействии экстрактами концентраций 1 : 40 и 1 : 20 в сторону повышения значений (наблюдался однозначный стимулирующий эффект), в то время как для длины главного корня подобной тенденции выявлено не было. Следовательно, можно предположить, что если корневая система более оперативно реагирует на ингибирующее воздействие аллелопатических метаболитов, то надземная часть растений не менее активно воспринимает стимулирующее действие метаболитов растения-донора.

В случае наличия солевого стресса корневая система действительно реагирует в большей мере, чем гипокотиль – происходит существенное сокращение длины по сравнению с таковой для растений, не подвергающихся никаким внешним воздействиям, однако добавление экстрактов горца птичьего позволяет несколько снизить негативный эффект от присутствия ионов хлора даже при высокой концентрации метаболитов аллелопатического раствора, а при дальнейшем уменьшении концентрации длина как надземной, так и подземной части проростков льна посевного постепенно возвращается к норме (контрольным значениям в верхней части таблицы) и даже несколько превышает ее. Значения коэффициента вариации при этом не демонстрируют слишком высоких показателей изменчивости для обоих морфометрических величин. Таким образом, и при оценке данных морфометрических показателей ранних этапов онтогенеза проростков L. usitatissimum фиксируется не только стимулирующее аллелопатическое влияние экстрактов P. aviculare на развитие данного вида растений, но и эффект нейтрализации негативного воздействия солевого стресса, способствующий более успешной адаптации организмов к экстремальным условиям существования.

Заключение. Результаты проведенного исследования продемонстрировали наличие аллелопатической активности водных экстрактов

Polygonum aviculare (горца птичьего), проявляющейся в стимулирующем воздействии последних на массу проростков, длину гипокотиля и главного корешка растений вида Linum usita-tissimum на ранних этапах онтогенеза. В то же время концентрация экстракта играла существенную роль в проявляемом эффекте: максимальная концентрация (1 : 20) либо не оказывала достоверного влияния, либо приводила к достоверному снижению таких показателей, как всхожесть семян, масса проростков, длина корня и гипокотиля по сравнению с контролем. Однако постепенное снижение концентрации экстракта (до 1 : 40 и 1 : 80) не только возвращало указанные значения к норме, но и способствовало достоверному (P < 0,05 и P < 0,01) возрастанию значений всхожести семян, массы проростков и их длины относительно исходных величин до 10–12 %. Таким образом, можно сделать вывод о мутуалистическом, а не конкурентном механизме взаимодействия между данными видами растений. Изучение аллелопатического эффекта экстрактов горца птичьего в условиях солевого стресса, вызванного негативным воздействием на развитие льна посевного раствора 0,05 М NaCl, показало, что Polygonum aviculare оказывает положительное влияние на преодоление данной культурой последствий подобного воздействия, что проявляется в повышении всех упоминавшихся выше показателей до контрольных значений при использовании экстрактов концентраций 1 : 40 и 1 : 20. Более высокая концентрация экстракта не демонстрировала подобного положительного результата, что позволяет заключить о достоверной роли концентраций аллелопатических метаболитов в процессе воздействия на растения и обратно пропорциональной зависимости между последней и последствиями аллелопатического эффекта, что отмечалось и рядом других исследователей [2–6]. Дальнейшего изучения требует анализ аллелопатического влияния экстрактов Polygonum aviculare на другие виды технических и зерновых культур, а также оценка данного эффекта в условиях in vivo .