Управління освіти і науки виконкому Криворізької міської
ради
Відділ освіти і науки виконкому Саксаганської районної у
місті ради
Криворізька загальноосвітня школа І – ІІІ ступенів № 21
Виявлення алелопатичних
властивостей сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana)
Роботу виконав:
Батрак Данііл Сергійович,
учень 5-А класу
КЗШ № 21
Керівник:
Кот Тетяна Юріївна,
вчитель хімії КЗШ
№ 21
м. Кривий Ріг – 2017
ТЕЗИ
Тема роботи: Виявлення
алелопатичних властивостей сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana). Автор: Батрак
Данііл Сергійович, учень 5-А класу Криворізької загальноосвітньої школи № 21. Керівник: Кот Тетяна Юріївна, вчитель
хімії КЗШ № 21
Мета дослідження: вивчення алелопатичного впливу водного екстракту хвої
сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana) з рослин, що були використані
як новорічні ялинки, на проростання насіння рослин – тестів для з’ясування
виправданості використання їх як добрива та мульчі при вирощуванні культурних
рослин. Актуальність: визначити
доцільність використання рослин сосни кримської як добрива і мульчі після
новорічних свят для розв’язання проблеми утилізації цього виду сміття. Завдання: провести алелопатичну оцінку
сосни кримської; вивчити алелопатичну дію водного екстракту вегетативних
органів сосни кримської на проростання насіння тест – рослин і проходження
початкових етапів онтогенезу сільськогосподарських культур; визначити
виправданість використання «новорічних ялинок» як добрива та мульчі для вирощування
культурних рослин.
Зі збільшенням
концентрації екстракту вегетативних
органів сосни кримської спостерігалося сильне стримування проростання і
розвитку проростків тест-рослин. Водний екстракт пригнічує проростання насіння
і початковий ріст проростків тест-рослин навіть в невеликих концентраціях,
обраних для досліджень. Даний факт дає підстави припускати, що сосна кримська
належить до видів-едифікаторів. Ми б не
рекомендували вносити в грунт свіжі чи висушені залишки будь-яких частин цієї
рослини у якості мульчі або добрива на ділянках, де вирощують рослини з
насіння, або висаджуються молоді саджанці.
Алелопатично активні речовини будуть гальмувати
проростання, ріст та розвиток молодих рослин.
ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………………4
РОЗДІЛ І. СОСНА КРИМСЬКА ЯК БІОЛОГІЧНИЙ ВИД
1.1. Ботанічна
характеристика та поширення сосни кримської………………6
1.2. Хімічний склад хвої сосни………………………………………………….
7
1.3. Біологічна активність сосни ………………………………………………..8
РОЗДІЛ ІІ. ВИДІЛЬНА ФУНКЦІЯ
РОСЛИН……………………………....9
РОЗДІЛ ІІІ. АЛЕЛОПАТИЧНА ОЦІНКА
СОСНИ КРИМСЬКОЇ (Pinus nigra subsp. Pallasiana)
3.1. Алелопатична дія водного екстракту сосни кримської на проростання
насіння тест-рослини редису……………………………………………………10
3.2. Алелопатична дія водного екстракту сосни кримської на проростання
насіння тест-рослини крес-салату………………………………………………12
ВИСНОВКИ……………………………………………………………………..13
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ
ДЖЕРЕЛ…………………………………….14
ДОДАТКИ……………………………………………………………………….15
ВСТУП
Щорічно після новорічних та різдвяних свят мільйони рослин
сосни, рідше – ялини або смереки завершують своє життя на сміттєзвалищах. І мене
стало хвилювати питання: "Що тепер робити з ялинкою?" і «Куди
відвозять ті ялинки, що не розкупили люди?». Просто викидати на смітник – це
найпростіший, але не найкращий варіант. Адже її
декілька років вирощували. І нехай, навіть, продані рослини - це результат
санітарної рубки в лісництвах, шкода її просто викинути. Ми ознайомилися з
літературою і інтернет-виданнями з цього питання і з’ясували, що повторно використати новорічну ялинку (вона ж – сосна кримська) можна кількома способами. Один з них мене дуже зацікавив – це спосіб використання рослин сосни як мульчі і добрива. Але
я також знаю, що під пологом соснового лісу рослин мало, отже їм щось заважає
рости, незважаючи на достатню кількість світла. Чи не буде ефект від такого
добрива зворотним?
З’ясовуючи
це питання, я познайомився з явищем алелопатії і провів низку дослідів, щоб
підтвердити або спростувати доцільність використання залишків хвойних дерев як
добрива.
Великий
інтерес викликають дослідження алелопатичного впливу хвойних рослин. Соснові фітонциди згубні для палички Коха
(збудника туберкульозу) і для кишкової палички. Гектар соснового бору виділяє в
атмосферу близько 5 кілограмів летких фітонцидів на добу, ялівцевого лісу -
близько 30 кг, знижуючи кількість мікрофлори в повітрі. Тому в хвойних лісах
(особливо в молодому сосновому борі) повітря практично стерильне (містить лише
близько 200-300 бактеріальних клітин на 1 м³), що представляє інтерес для
гігієністів, фахівців з озеленення та ін. [9].
Мета дослідження: вивчення алелопатичного впливу водного екстракту хвої
сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana) з рослин, що були використані
як новорічні ялинки, на проростання насіння рослин – тестів для з’ясування
виправданості використання їх як добрива та мульчі при вирощуванні культурних
рослин.
Для
досягнення поставленої мети роботи вирішувалися наступні завдання:
1.
Провести
алелопатичну оцінку сосни кримської.
2.
Вивчити алелопатичну дію водного екстракту вегетативних
органів сосни кримської на проростання насіння тест – рослин і проходження
початкових етапів онтогенезу сільськогосподарських культур.
3.
Визначити
виправданість використання «новорічних ялинок» як добрива та мульчі для
культурних рослин.
Об'єкт дослідження: рослинний матеріал вегетативних органів сосни кримської (Pinus
nigra subsp. Pallasiana).
Предмет дослідження: алелопатичний вплив сосни кримської (Pinus nigra subsp.
Pallasiana).
Матеріали дослідження: екстракти хвої сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana),
зібраної з рослин, що були використані як новорічні ялинки.
Методи дослідження: метод Т.А. Работнова.
Алелопатичну
активність визначали методом Т.А. Работнова [5], шляхом пророщування в чашках
Петрі насіння редису та крес-салату в різній концентрації водного екстракту вегетативних
органів сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana) з подальшим обчисленням
відсотка схожості як непрямого показника ступеня алелопатичного впливу.
РОЗДІЛ І. СОСНА КРИМСЬКА ЯК БІОЛОГІЧНИЙ ВИД
1.1.
Ботанічна характеристика та поширення сосни кримської
Сосна кримська,
або сосна Палласа (Pinus nigra subsp. Pallasiana) - вічнозелене дерево, підвид виду Сосна чорна (Pinus nigra) роду
Сосна (Pinus) родини Соснові (Pinaceae). Ареал рослини включає Крим, головним
чином південний схил Яйли, і Кавказ, де відома по схилах гір на південь від
Геленджика. У давнину кримська сосна покривала мало не всі схили і відроги гір
Криму до морського берега. Живе 500-600 років. Віддає перевагу вапняним
грунтам, але також зростає на щебеневих і піщаних грунтах. Світлолюбна і добре
росте на відкритих сонячних місцях, при затіненні пригнічується і уражається
шкідниками. Дерево заввишки 20-30 (до 45) м. Крона широка, пірамідальна, у
старіших дерев плоска. Гілки горизонтальні, з загнутими вгору пагонами. Кора
чорна або темно-бура, з тріщинами, глибоко-борозниста, у верхній частині
стовбура червонувата. Молоді пагони жовто-бурі, блискучі. Шишки великі з
прямими, не відігнутими лусками. Хвоя темно-зелена, дуже щільна довжиною 8-12
см, шириною 1,6-2,1 мм. Шишки сидячі, горизонтальні, поодинокі або по кілька,
коричневі, блискучі, яйцевидно-конічні, довжиною 5-10 см, діаметром 4,5-6 см;
щитки молоді синьо-фіолетові, зрілі буро-жовті, спереду широко закруглені,
опуклі. Насіння завдовжки 5-7 мм, темно-сірі або майже чорні з чорними цятками;
крило довжиною 2,5 см, шириною 5-6 мм. В 1 кг 42 000 насінин. Дає корабельний,
і взагалі будівельний ліс, і каніфоль. У живиці 17-21% скипидару; отримання
його промислового значення мати не може внаслідок невеликих площ, зайнятих в
Криму лісами цієї сосни, які до того ж перебувають під охороною. Вперше введена
в культуру в Англії в 1790 році насінням, отриманими з Криму від академіка
Петера Палласа. В СРСР введена в культуру Нікітським садом при його заснуванні
(1812 рік).Занесена до Червоної Книги РФ і України [4;
6].
1.2.
Хімічний склад хвої сосни
Продукти, що отримують з хвої: скипидар, дьоготь,
каніфоль. Живиця (терпентін) містить смоляні кислоти, ефірну олію (до 35%), до
складу якої входять:
α- і β-пінени, карен, дипентен, терпинеол і ін. У бруньках є ефірна олія (до 0,36%), дубильні
речовини і гірка
речовина
пініцікрін C22H36O11; в хвої - аскорбінова кислота (0,1-0,3%), дубильні
речовини (5%), незначна кількість алкалоїдів, а також ефірна олія (0,13% - 1,30%), що складається з
α-пинена, лимонена
, борнеолу, борнілацетата,
кадінена і ін .; в насінні - олія (26-32%); в голках і корі -
антоціани.
Вміст
вітаміну С в хвої в 25 разів більше, ніж у картоплі.
У хвої
виявлено також значний вміст жиророзчинних вітамінів, серед яких особливе місце
займають каротини, причому їх кількість близька до вмісту каротину в моркві,
вітамін Е.
Жири та
смоли, наявні в хвої сосни, містять складні ефіри органічних кислот кислот, а
також спирти. До розчинних в органічних розчинниках речовин відносяться також хлорофіл,
каротин і ксантофіл. В водорозчинній частини крім вітаміну С, сахарози, глюкози
і фруктози, пектинових речовин і дубильних речовин присутні глюкозиди, піцеїн і
коніферін [7].
1.3.
Біологічна активність сосни
Соснові
бруньки вживають у вигляді відвару, настою і настоянки як відхаркувальний,
дезінфікуючий і сечогінний засіб, а також для інгаляцій при захворюваннях
верхніх дихальних шляхів; настій хвої - для профілактики і лікування цинги;
екстракт - для лікувальних ванн. Скипидар широко відомий як подразнюючий засіб
при ревматизмі, невралгіях, подагрі, а також для інгаляцій, як протимікробний
засіб, дезодоруючий засіб - при катарі
верхніх дихальних шляхів і хворобах легенів. Дьоготь володіє дезинфікуючою,
інсектицидною і подразнюючою властивістю. Призначають його зовнішньо для
лікування шкірних захворювань (екземи, лускатого лишаю, корости і т. д.) у
вигляді мазей, лініментів, сірчано-дьогтярного мила). З гілок сосни отримують
сосновий екстракт, який застосовують для хвойних ванн, що надають заспокійливу
дію. При гіпертонії п'ють пилок сосни (по чайній ложці на склянку гарячого
молока) (Суріна, 1974). Відвар гілок - протипухлинний засіб. При туберкульозі
легенів, захворюванні серця, радикуліті, виразкової хвороби і катарах шлунка
п'ють відвар незрілих шишок сосни (Мінаєва, 1991). У народній медицині живицю
використовують зовнішньо при тріщинах губ, сосків, п'ят, пальців, фурункульозі,
екземі, всередину - при запаленні і виразковій хворобі шлунка (Пастушенков,
1990).
Хвоя - відмінне добриво. Хвойна мульча добре
зберігає вологу, захищає молоді саджанці від хвороб і паразитів, не дає розвиватися
численним бур'янам. За смаком новорічні ялинки припадають слонам, приматам,
копитним тваринам і навіть деяким хижакам. Вельми широко подібну практику
застосовують в європейських країнах.
Американські
лісничі радять занурити хвойне дерево в яке-небудь водоймище, в якому водиться
риба. У водоймах, оснащених ялиновими і сосновими будинками, за статистикою,
популяція риб зростає швидше. Дерево слід занурювати на глибині в декількох
метрах від берега, прив'язавши його мотузкою, наприклад, до каменя
[9; 10].
РОЗДІЛ ІІ. ВИДІЛЬНА ФУНКЦІЯ
РОСЛИН
В грунт надходять різноманітні залишки
рослин, що є важливим джерелом фізіологічно активних речовин. Вони значно
впливають на проростання насіння і
розвиток проростків: затримують або прискорюють розвиток , змінюють формування
органів проростка.
Алелопатично
активні речовини виділяються в грунт (кореневі виділення), в атмосферу
(газоподібні речовини з сильним запахом) і воду (змиви з листя), а також при
розкладанні мертвої органічної речовини, наприклад, при перегниванні лісової
підстилки. Вважається, що роль колінів (органічних речовин, що
виділяються вищими рослинами і пригнічують інші види вищих рослин) у взаєминах рослин
вторинна, первинно вони використовувалися рослинами для відлякування комах. Ефект
алелопатії можуть викликати і
продукти розкладання рослин.
З часів Теофраста відомо, що під пологом волоського горіха не ростуть інші
плодові культури. Під інтродукованими
на Кавказі
австралійськими евкаліптами ростуть
місцеві види трав. Оцінити
внесок алелопатії
у взаємини між видами рослин дуже складно, тому що вона тісно переплітається з
іншими варіантами взаємин організмів і в першу чергу - з конкуренцією. Алелопатія є одним з факторів
зниження врожаю при тривалому вирощуванні однієї культури на полі (монокультури), що викликає грунтовтому. До алелопатії близькі інші варіанти
хімічних взаємовпливів організмів. Так, летючі речовини, за допомогою яких вищі
рослини впливають на мікроорганізми, а іноді і на комах, називаються фітонцидами. Мікроорганізми впливають
один на одного, виділяючи антибіотики
[5]. Деякі види, дуже активні в прямому
аллелопатичному
впливі, не залишають
після себе шкідливих продуктів життєдіяльності [2].
У алелопатії мають значення усі виділення
рослин, що утворюють разом біохімічну захисну сферу навколо продукуючої їх
рослин.
РОЗДІЛ ІІІ. АЛЕЛОПАТИЧНА ОЦІНКА
СОСНИ КРИМСЬКОЇ (Pinus nigra subsp. Pallasiana)
3.1.
Алелопатична дія водного екстракту сосни кримської на проростання насіння тест-рослини
редису (Raphanus sativus L. Сорт
ЖАРА ранньостиглий, торговельної марки Грін Лайн насіння, партія 609, терміном
придатності 10.2021).
Як відомо, проростання
і розвиток рослин залежить не тільки від їх біологічних особливостей, а й від
умов зовнішнього середовища. Одним з таких умов є явище алелопатії, яке А.М.
Гродзинський розглядає як прямий, безпосередній вплив виділень одного організму
або його залишків на інший. Алелопатія може викликати як пригнічення, так і
стимуляцію проростання і розвитку рослин [2].
Одним з
теоретичних аспектів вивчення взаємин організмів є з'ясування ролі алелопатії в
природних і штучних біоценозах (екосистемах), знання яких дозволяє створити
кращі умови для формування рослин з високим рівнем продуктивності і якісних
характеристик. Переважна більшість дослідників розглядає алелопатію як прямий,
безпосередній вплив виділень одного організму на інший [2]. Згідно з одними
авторами [2; 3], алелопатія охоплює лише явище пригнічення. Інші дослідники
вважають, що алелопатія включає також явище стимуляції [3].
Алелопатичну
активність ми визначали методом Т.А. Работнова [5], шляхом пророщування в
чашках Петрі насіння редиски і крес-салата в різній концентрації водного
екстракту вегетативних органів сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana) з
подальшим обчисленням відсотка схожості як непрямого показника ступеня
алелопатичного впливу. Для цього приготували водний екстракт з висушеної хвої і
бруньок сосни. Для приготування водної витяжки брали 10 г навіски хвої і
бруньок сосни і розтирали в ступці з піском. До підготовленої навіски додавали
100 мл кип’яченої
води. Щоб уникнути утворення хвороботворної мікрофлори воду доводили до
кипіння. Експозиція екстракції становила 1 годину. Потім проводили фільтрацію
розчину.
Концентрація
екстракту сосни становила 0; 100; 50; 25; 12,5%. Слід сказати, що в міру збільшення
концентрації настою колір розчину набував все більш насичений коричневий колір.
В отриманих
розчинах замочували фільтрувальний папір, на який в чашках Петрі розкладали по
100 насінин редиски. Спостереження за енергією проростання, схожістю насіння і
довжиною корінців об’єктів проводили протягом 4 діб. Було проведено 2 серії
дослідів. Повторність дослідів дворазова.
Вже через 2
доби спостерігалося сильне пригнічення процесу проростання насіння редису (таблиця
1, 2). Зі збільшенням концентрації рослинного екстракту спостерігалося сильне
стримування росту (фото 1-10).
Таким чином,
водний екстракт вегетативних органів сосни кримської (Pinus nigra subsp. Pallasiana)
пригнічує проростання насіння і початковий ріст проростків редису навіть в
невеликих концентраціях, обраних для досліджень. Даний факт дає підстави
припускати, що сосна кримська належить до видів-едифікаторів (едифікатори — види рослин у рослинному угрупованні, які визначають
його особливості, створюють біологічне середовище в екосистемі та відіграють найважливішу роль у
формуванні її структури). Вивчення
взаємних відносин рослин один з одним при спільному виростанні є одним з
найважливіших питань фітоценології та біоценології.
3.2.
Алелопатична дія водного екстракту сосни кримської на проростання насіння тест-рослини
крес-салату (Lepidium
sativum, сорт ШИРОКОЛИСТИЙ
ранньостиглий, виробника-фасувальника ТОВ СІМЕЙНИЙ САД, партія 17816, терміном
придатності до 2021)
Концентрація
екстракту сосни становила 0; 50; 25; 12,5; 6,25%. В цьому досліді ми її зменшили. Спостереження
проводили протягом 2 діб (швидкість проростання насіння крес-салату вища, ніж у
редису).
Результати
досліду аналогічні: навіть в маленьких концентраціях екстракт вегетативних
органів сосни пригнічує проростання і подальший ріст проростків. Але різниця
між чашками з концентраціями 0; 12,5 і 6,25%
є тільки в інтенсивності росту, а схожість після другої доби майже
зрівнялась (таблиці 3 і 4, фото 11-20)
ВИСНОВКИ
В результаті
проведених досліджень ефект пригнічення відзначений при використанні екстрактів
з вегетативних органів сосни кримської з будь-якою концентрацією. Вже на другий
день експерименту спостерігалося сильне пригнічення процесу проростання насіння
тест-рослин. Зі збільшенням концентрації рослинного екстракту спостерігалося
сильне стримування первинного зростання проростків і коренів всіх тест-рослин.
Ми б не
рекомендували вносити в грунт свіжі чи висушені залишки будь-яких частин цієї
рослини у якості мульчі або добрива на ділянках, де вирощують рослини з
насіння, або висаджуються молоді саджанці.
Алелопатично активні речовини будуть гальмувати
проростання, ріст та розвиток молодих рослин.
Можливо,
доцільніше мульчувати пристовбурні круги дорослих дерев і кущів (під ними буде
пригнічуватись ріст бур’янів), або використовувати перепрілу хвою, яка вже
втратила більшість алелопатично активних речовин, але зберегла поживні.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Гродзинский, А.М. Краткий справочник по
физиологии растений / А.М. Гродзинский, Д.М. Гродзинский. - Киев: Наукова
думка, 1973. - 591 с.
2. Гродзинский, А.М.
Аллелопатия растений и почвоутомление / А.М. Гродзинский. - Киев: Наукова
думка, 1991. - 430 с.
3. Гроссгейм, А.А. Растительные богатства Кавказа
/ А.А. Гроссгейм - М.: Изд-во Московского общества испытателей природы, 1952. -
632 с.
4. Деревья и кустарники СССР.
Дикорастущие, культивируемые и перспективные для интродукции. / Ред.
тома С. Я. Соколов и Б. К. Шишкин. — М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1949. — Т. I.
Голосеменные. — С. 264—265. — 464 с. — 3000 экз.
5. Работнов, Т.А. Условия проявления аллелопатии
в фитоценозах // Изв. АН СССР, сер. биол. - 1974. - № 6. - С.811-820.
6. Флора СССР : в 30 т. / гл.
ред. В. Л. Комаров. — М.—Л. : Изд-во АН СССР, 1934. — Т. I / ред.
тома М. М. Ильин. — С. 166—167. — 302
+ XVI с. — 5000 экз.
Додаток А
