Химическое взаимодействие растений— аллелопатия

Категория: Животные

Поверхность суши земного шара покрыта растениями. Даже в безводных пустынях, высоко в горах, на ледовых арктических полях встречаются высшие растения и бактерии. Растения образуют своеобразные сообщества. Жизнь каждого растения в них тесно связана с жизнедеятельностью остальных. Более того, лесные, степные, пустынные или другие сообщества такого рода далеко не случайное явление. Они всегда имеют определенный состав растительных видов и развиваются по определенным законам. Эти законы изучает геоботаника.

В сообществах бывают взаимно полезные или просто не мешающие друг другу виды. Однако, когда в сообщество попадает «чужое» растение, начинается борьба не на жизнь, а на смерть. Семена его с трудом всходят. Они могут много лет лежать, не прорастая, а потом, дав всходы, погибнуть, так как молодые растения не выдерживают влияния непривычных для них соседей.

1570-1.jpg

Схема, показывающая действие корневых выделений: а — вода, омывающая корни одного растения, не попадает на корни другого, и оно развивается нормально; б — корневые выделения угнетают подопытное растение.

Если же чужое для сообщества растение все-таки уцелеет и окрепнет, то оно начнет изменять растительность вокруг себя. Возле него появятся привычные для такого вида соседи. Вскоре здесь образуется небольшой островок нового сообщества. Все разрастаясь, оно в конце концов вытеснит старое сообщество с его собственной территории. Итак, не только отдельные растения взаимодействуют между собой, но и целые растительные сообщества сменяют друг друга, наступают или отступают. Так степь сменяется лесом, который затем снова может стать степью, если изменится климат, и т. д. С переменным успехом побеждают то одни, то другие растения. Этот процесс идет миллионы лет, длится он и теперь срэди дикой растительности.

Огромные площади давно уже заняли культурные сообщества — посевы. Развитие их направляется человеком. Тем не менее определенные взаимоотношения растений существуют и здесь. Достаточно вспомнить вред, который приносят посевам сорняки, или, напротив, преимущества совместного выращивания растений в смешанных посевах.

Мы рассмотрим один из способов взаимовлияния растений — химический способ, или аллелопатию. Этот термин происходит от греческих слов «аллелон» — взаимный и «патос» — страдание и означает взаимовлияние, взаимодействие.

С самого начала своего существования растение еще в виде семени выделяет во внешнюю среду продукты своей жизнедеятельности. С момента прорастания семени количество выделений резко возрастает и достигает максимума, когда организм начинает отмирать. Некоторые вещества растение выделяет активно. Так, через специальные водные устьица — гидатоды, расположенные на кончиках листьев, просачиваются излишняя вода и ненужные растению вещества. Другие вещества могут смываться с листьев дождем или росой. В растительных выделениях содержатся очень активные вещества — ферменты, витамины, алкалоиды, эфирные масла, органические кислоты, фитонциды (см. статьи «Витамины» и «Фитонциды — химическая защита растений»). Некоторые из этих соединений по своим свойствам напоминают гербициды, применяющиеся для уничтожения сорняков. Эти вещества, получившие название тормозителей, убивают растения или задерживают их рост, подавляют прорастание семян, снижают интенсивность физиологических процессов и жизнедеятельности. Важно, однако, заметить, что эти вещества, подобно гербицидам, действуют отрицательно лишь в довольно большом количестве. В слабых концентрациях они будут действовать уже как ускорители физиологических процессов, т. е. как стимуляторы.

1570-2.jpg

Так действуют выделения тополя на овес.

Очень важно также, что растения могут поглощать выделения других растений. В опытах с мечеными атомами наблюдалось, что усвоенный кукурузой в процессе фотосинтеза углерод уже через несколько часов обнаруживался в соседних бобовых растениях.

Очень «оживленно» обмениваются растения многими органическими веществами. Это означает, что совместно растущие растения, переплетаясь корнями, имеют общий обмен веществ, питаются и живут как одна сложная система. Путем такого обмена растения влияют друг на друга химически и изменяют свой химический состав. Например, кукуруза, растущая вместе с бобами, обогащается белком, что очень важно для кормления сельскохозяйственных животных. Иногда эти изменения химических свойств бывают и нежелательными. Так, культурные растения могут снизить свои качества, если они поглотят какие-то ядовитые вещества, выделенные другими растениями.

Как показывают многочисленные исследования, физиологически активные вещества встречаются в выделениях каждого растения. По качеству эти вещества различны, к тому же у одного растения их больше, у другого — меньше. Таким образом, каждое растение в течение своей жизни создает вокруг себя химическую защиту. Вещества, выделяемые деревьями, привлекают определенные виды растений, которые находят себе защиту под их сенью. Для других подобные выделения — сильный яд, и они не могут расти в этом месте. Мы хорошо знаем, например, запах соснового бора, дубового леса, луга, степи. Было замечено, что летучие и водорастворимые органические вещества, выделяемые растениями леса, вредны для произрастания степных растений. В свою очередь древесные растения, отчасти из-за веществ, выделяемых степными растениями, отчасти из-за засухи, не в состоянии проникнуть в степь и т. д.

Надо сказать также, что выделения растений представляют собой пищу для многочисленных и необычайно разнообразных микроорганизмов. Поэтому возле каждого растения формируется своя микрофлора. Бактерии и микроскопические грибы, питаясь органическими выделениями растений, в свою очередь, выделяют в окружающую среду множество своих физиологически активных веществ. Это антибиотики, витамины, органические кислоты, летучие и водорастворимые соединения. Все они очень сильно действуют на живые организмы, в том числе и на высшие растения. Следовательно, к физиологически активным выделениям высших растений добавляются выделения их специфической микрофлоры. В результате всего этого создается общее защитное пространство вокруг растения.

Между собой растения взаимодействуют и иначе. Они перехватывают друг у друга пищу, воду, свет, но и в этом случае химические выделения дают одним видам преимущества над другими. Вода и питательные вещества, которые растения поглощают корнями из почвы, всегда смешаны с корневыми выделениями соседних растений. Эти выделения могут ускорять или замедлять физиологические процессы. Так действуют, например, выделения тополя на посеянный рядом овес. Ближайшие растения совершенно угнетены, на краю гибели; немного дальше — растения выше, еще дальше — достигают нормальной величины, вслед за ними идет полоса, где растения стимулированы — они выше, зеленее, чем на остальном поле. Такое явление часто наблюдается по краям лесополос из дуба, тополя, ивы, лоха — их выделения угнетают рост не только овса, но и подсолнечника, кукурузы, свеклы, фасоли, сои, древесных саженцев и т. д. Особенно большое количество веществ-тормозителей выделяется сорняками. Так, например, пырей выделяет чрезвычайно ядовитый для растений агропирен, а горькая полынь — множество различных соединений (абсинтин, артеметин и др.). Грецкий орех выделяет листьями вещество юглон, которое, смываясь каплями росы и дождя, угнетает все, что всходит под этим деревом.

Тормозители выделяют не только живые растения. Их очень много в послеуборочных остатках. Не всегда пожнивные остатки, которые запахиваются в почву, служат удобрением. Нередко они могут повредить всходам последующей культуры. Бывает это главным образом тогда, когда послеуборочные остатки не успели еще разложиться и попадают в сухую песчаную почву. Никогда нельзя поэтому запахивать срезанные лозы на виноградниках или срезанные ветви в садах.

Однако, как мы уже знаем, небольшое количество веществ-тормозителей полезно для растений — усиливает их рост, повышает накопление хлорофилла и интенсивность фотосинтеза и т. д. Все это в целом положительно сказывается на урожайности. Следовательно, регулируя количество этих веществ в почве, можно достичь значительного повышения урожайности. Регулировать содержание тормозителей в почве не так сложно. Для того чтобы тормозителей было больше, надо высевать растения, которые выделяют их много, или вносить в почву органические остатки. А если мы хотим уменьшить количество тормозителей, то для этого следует усилить микробиологические процессы — провести рыхление почвы, внести удобрения и др.

Так, изучение химического взаимодействия — аллелопатии, раскрывая перед человеком законы жизни растительных сообществ, помогает управлять ими, дает возможность получать высокие и устойчивые урожаи на полях и на пастбищах.

Интересное