Формування алелопатичної активності сортів Helianthus tuberosus L. (Asteraceae) в умовах Південного Степу України

Abstract

Мета. Дослідити вплив водорозчинних виділень рослин різних сортів топінамбура на рослини біотестори при вирощуванні культури в умовах Південного Степу України. Методи. Відбір середніх зразків (ґрунту, вегетативних органів) проводили за фазами розвитку рослин протягом вегетації на ділянках вирощування енергетичних культур. Лабораторний метод – визначення впливу водорозчинних виділень рослин на схожість насіння крес-салату, приріст коренів добових проростків рослин-біотесторів. Математично-статистичний метод – обробка експериментальних даних для встановлення впливу та індекса алелопатичної активності. Результати. У статті наводяться результати досліджень алелопатичної активності водорозчинних виділень рослин топінамбура протягом вегетації. Виділення рослин впливають на схожість насіння крес-салату у фазі відростання: найнижчий показник спостерігався за впливу виділень рослин сорту ʹФіолет Київськийʹ, найвищий – для сорту ʹУспіхʹ (82 і 100 % відповідно). У фазі вегетації схожість становив 42 % за впливу виділень у зону ризосфери. У фазі закінчення вегетації за впливу виділень у ризосферу спостерігалося збільшення схожості від 77 % (ʹДієтичнийʹ) до 100 % (ʹФіолет Київськийʹ). У фазі відростання найменші показники впливу водорозчинних виділень стебла на схожість насіння крес-салату характерні для рослин сорту ʹДієтичнийʹ, а найбільші – ʹУспіхʹ (79 та 96 % відповідно). Не встановлено відмінності впливу виділень стебел різних сортів на схожість насіння крес-салату у фазі вегетації. У фазі закінчення вегетації схожість насіння біотестора за впливу виділень стебел знаходиться в межах від 88 % (ʹУспіхʹ) до 100 % (ʹФіолет Київськийʹ). Водорозчинні виділення листків топінамбуру різних сортів впливають на схожість насіння крес-салатута та відрізняються у рослин різних сортів залежно від фази розвитку: у фазі відростання показники знаходиться в межах від 75 % (сорт ʹУспіхʹ) до 93 % (сорт ʹДієтичнийʹ); у фазі вегетації максимальна схожість становить 50 % (сорт ʹФіолет Київськийʹ), для інших сортів вона становить 42 %. У фазі закінчення вегетації виділення листків сорту ʹУспіхʹ не мають інгібуючої дії на схожість насіння, а максимальна гальмуюча дія характерна для виділень листків рослин сорту ʹДі- єтичнийʹ. На довжину коренів проростків крес-салату впливають водорозчинні виділення у зону ризосфери та вегетативних органів, що має сортові особливості та відмінність за фазами розвитку. Найбільші показники довжини коренів крес-салату характерні для фази відростання топінамбура за впливу виділень рослин сортів ʹДієтичнийʹ та ʹФіолет Київськийʹ, а за впливу виділень сорту ʹУспіхʹ приріст довжини коренів крес-салату був на 21,6 % меншим від контролю. Водорозчинні виділення стебел і листків гальмують довжину коренів проростків, порівняно з контролем. Для рослин сорту ʹУспіхʹ характерний найбільший гальмуючий вплив водорозчинних виділень стебел і листків, за яких довжина коренів проростків крес-салату на 30 та 36 % менше контролю. У фазі вегетації для впливу виділень рослин усіх варіантів характерна менша довжина коренів крес-салату, порівняно з контролем. Виділення рослин сорту ʹУспіхʹ у зону ризосфери і стебел мали більший негативний вплив на довжину коренів порівняно з іншими сортами. Довжина коренів крес-салату за впливу виділень листків рослин сорту ʹДієтичнийʹ була на 20,7, а сорту ʹУспіхʹ на 11,3 % меншими від контролю. У фазі закінчення вегетації за впливу виділень органів рослин всіх варіантів характерні найменші показники довжини коренів. Водорозчинні виділення у зону ризосфери та стебел рослин сорту ʹДієтичнийʹ мали помітний стимулюючий ефект та переважали довжину рослин контролю на 24,7 та 16,9 %, а виділення листків пригнічували цей показник. За впливу виділень рослин сорту ʹФіолет Київськийʹ довжина коренів крес-салату була більшою за контроль та знаходилася в межах від 1,2 % (виділення стебел) до 19,0 % (виділення у зону ризосфери). За впливу водорозчинних виділень рослин сорту ʹУспіхʹ довжина коренів крес-салату була меншою контролю в межах від 25,5 % для виділень стебла до 0,7 % – виділень у зону ризосфери. Індекс алелопатичної активності показав, що водорозчинні виділення вегетативних органів рослин топінамбура досліджуваних сортів мають інгібуючу дію на довжину коренів добових проростків крес-салату, а виділення в зону ризосфери рослин сортів ʹДієтичнийʹ та ʹФіолет Київськийʹ мають стимулюючу дію. Для рослин сорту ʹУспіхʹ у фазі відростання характерна інгібуюча дія на довжину коренів проростків. Водорозчинні виділення рослин топінамбура у фазі вегетації мають інгібуючу дію. У фазі закінчення вегетації виділення рослин сортів ʹДієтичнийʹ та ʹФіолет Київськийʹ мають стимулюючу дію. Для водорозчинних виділень вегетативних органів рослин топінамбуру сорту ʹУспіхʹ характерна інгібуюча дія протягом всього періоду вегетації, що може свідчити про наявність у рослин цього сорту фітотоксичного потенціалу. Висновки. В умовах Південного Степу України сорти топінамбура, які вирощуються на дослідних полях енергетичних культур ННПЦ МНАУ, є алелопатично активними. Показники активності залежать від фази розвитку рослин, вегетативних органів і сортових особливостей, мають стимулюючу та інгібуючу дію на схожість насіння та довжину коренів добових проростків крес-салату. Найбільші показники інгібуючої дії в умовах Південного Степу України мають рослини топінамбуру сорту ʹУспіхʹ. Подальші дослідження формування алелопатичної активності рослинних решток протягом періоду їх розкладання допоможуть встановити, чи сприяє алелопатія водорозчинних виділень на неінвазійність культури на рівні сортів.

-

Purpose. To investigate the effect of water-soluble secretions from different varieties of Jerusalem artichoke on biotest plants when growing the crop in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Methods. Average samples (soil, vegetative organs) were selected according to the phases of plant development during the growing season on energy crop cultivation sites. Laboratory method – determination of the effect of water-soluble plant secretions on the germination of watercress seeds, root growth of daily seedlings of biotest plants. Mathematical and statistical method – processing of experimental data to establish the effect and index of allelopathic activity. Results. The article presents the results of studies on the allelopathic activity of water-soluble secretions of Jerusalem artichoke plants during vegetation. Plant secretions affect the germination of watercress seeds in the regrowth phase: the lowest rate was observed under the influence of secretions from the ‘Fiolet Kyivskyi’ variety, and the highest for the ‘Uspikh’ variety (82 % and 100 %, respectively). In the vegetation phase, germination was 42 % under the influence of secretions in the rhizosphere. In the phase of the end of vegetation, under the influence of secretions in the rhizosphere, an increase in germination was observed from 77 % (Diet) to 100 % (Violet Kyiv). In the regrowth phase, the lowest indicators of the effect of water-soluble stem secretions on the germination of watercress seeds are characteristic of plants of the Dietic variety, and the highest – of the Success variety (79 % and 96 %, respectively). No differences were found in the effect of stem secretions of different varieties on the germination of watercress seeds during the vegetation phase. At the end of the vegetation phase, the germination of biotester seeds under the influence of stem secretions ranges from 88 % (Uspikh) to 100 % (Fiolet Kyivskyi). Water-soluble secretions from the leaves of different varieties of Jerusalem artichoke affect the germination of watercress seeds and differ in plants of different varieties depending on the phase of development: in the regrowth phase, the indicators range from 75 % (Uspikh variety) to 93 % (Dietichny variety); in the vegetation phase, the maximum germination rate is 50 % (Fiolet Kyivskyi variety), for other varieties it is 42 %. At the end of the growing season, leaf secretions from the ‘Uspekh’ variety do not inhibit seed germination, while the maximum inhibitory effect is characteristic of leaf secretions from plants of the ‘Dietichny’ variety. The length of watercress sprout roots is influenced by water-soluble secretions in the rhizosphere and vegetative organs, which have varietal characteristics and differences depending on the stage of development. The highest root length values for watercress were observed during the regrowth phase of Jerusalem artichoke under the influence of secretions from the ‘Diet’ and ‘Violet Kyiv’ varieties, while under the influence of secretions of the ‘Success’ variety, the growth in watercress root length was 21.6 % less than the control. Water-soluble extracts from stems and leaves inhibit the length of seedling roots compared to the control. Plants of the ‘Uspekh’ variety are characterized by the greatest inhibitory effect of water-soluble secretions from stems and leaves, under which the length of watercress seedlings’ roots is 30 and 36 % less than the control. During the vegetation phase, the roots of watercress were shorter in all variants compared to the control group. The allocation of plants of the ‘Uspekh’ variety to the rhizosphere and stems had a greater negative effect on root length compared to other varieties. The length of watercress roots under the influence of leaf secretions from plants of the ‘Diet’ variety was 20.7 % shorter than the control, and that of the ‘Success’ variety was 11.3 % shorter. At the end of the vegetation phase, the smallest root length values were characteristic of the influence of plant organ secretions of all variants. Water-soluble secretions in the rhizosphere and stems of plants of the ‘Diet’ variety had a noticeable stimulating effect and exceeded the length of control plants by 24.7 and 16.9 %, while leaf secretions inhibited this indicator. Under the influence of plant secretions of the ‘Fiolet Kyivskyi’ variety, the root length of watercress was greater than the control and ranged from 1.2 % (stem secretions) to 19.0 % (secretions in the rhizosphere). Under the influence of water-soluble secretions of plants of the ‘Uspikh’ variety, the length of watercress roots was less than the control, ranging from 25.5 % for stem secretions to 0.7 % for secretions in the rhizosphere zone. The allelopathic activity index showed that water-soluble secretions from the vegetative organs of Jerusalem artichoke plants of the studied varieties have an inhibitory effect on the root length of daily watercress seedlings, while the secretions in the rhizosphere zone of plants of the ‘Diet’ and ‘Violet Kyiv’ varieties have a stimulating effect. For plants of the ‘Success’ variety in the regrowth phase, an inhibitory effect on the root length of seedlings is characteristic. Water-soluble secretions of Jerusalem artichoke plants in the vegetation phase have an inhibitory effect. In the phase of the end of vegetation, the secretions of plants of the ‘Diet’ and ‘Violet Kiev’ varieties have a stimulating effect. Water-soluble secretions from the vegetative organs of Jerusalem artichoke plants of the ‘Success’ variety have an inhibitory effect throughout the entire vegetation period, which may indicate the presence of phytotoxic potential in plants of this variety. Conclusions. In the conditions of the Southern Steppe of Ukraine, Jerusalem artichoke varieties grown on the experimental fields of energy crops of the National Scientific and Production Center of the Ministry of Agriculture of Ukraine are allelopathically active. Activity indicators depend on the phase of plant development, vegetative organs, and varietal characteristics, and have a stimulating and inhibiting effect on seed germination and root length of daily watercress seedlings. The highest indicators of inhibitory action in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine are found in Jerusalem artichoke plants of the ‘Uspikh’ variety. Further research into the formation of allelopathic activity of plant residues during their decomposition will help to establish whether allelopathy of water-soluble secretions contributes to the non-invasiveness of the crop at the variety level.