ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХРОМИХ НІНА ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 574.3:632.95.025.8(477.63)

ЕКОЛОГО-ФІЗІОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ГЕРБІЦИДНОЇ ДІЇ

НА АМБРОЗІЮ ПОЛИНОЛИСТУ (AMBROSIA ARTEMISIIFOLIA L.)

В УМОВАХ СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ’Я

03. 00. 16 – екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Дніпропетровському національному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Вінниченко Олександр Миколайович,

Дніпропетровський національний університет,

кафедра фізіології рослин та екології,

професор

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Чернишенко Сергій Вікторович,

Дніпропетровський національний університет,

факультет прикладної математики, декан

кандидат біологічних наук, доцент

Полєва Юлія Львівна,

Академія митної служби України (м. Дніпропетровськ),

кафедра товарознавства та митної експертизи, доцент

Захист відбудеться «25» червня 2008 року о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ,

пр. Гагаріна, 72, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Казакова, 8.

Автореферат розісланий «14» березня 2008 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат біологічних наук, доцент Дубина А. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Природна рослинність на значній території степового Придніпров’я внаслідок синантропізації та адвентизації замінена культурфітоценозами (Соломаха та ін., 1992). Гербіцидна обробка набула значення екологічного фактора в антропогенних екотопах (Кулік, 1983; Глухов, 1995; Полєва, 2002), проте сегетальні рослини пристосувались до умов культурбіогеоценозів шляхом формування нечутливих до гербіцидів угруповань особин, які з часом зайняли провідне місце у ценопопуляції (Гамор, 1988; Duke, 1991). Процес розповсюдження адвентивного карантинного бур’яну амброзії полинолистої (Ambrosia artemisiifolia L.) у посівах за дії гербіцидів не досліджувався популяційними методами (Оніпко, 2001; Матюха, 2003); з іншого боку, при вивченні фітоценотичної стратегії амброзії полинолистої не враховано вплив гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозів (Мар’юшкіна, 1986, 2003).

Указані обставини обумовили актуальність вивчення закономірностей дії гербіцидів як екологічного фактора на амброзію полинолисту, що сприятиме розширенню наукових уявлень про функціональні взаємовідносини рослинних популяцій із антропогенним середовищем та екологізації методів контролю чисельності бур’янових видів у культурфітоценозах.

Зв’язок дисертації з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у межах планової науково-дослідної роботи НДІ біології ДНУ за темами: “Дослідження закономірностей впливу антропогенних факторів на фізіолого-біохімічні функції рослинних об’єктів в процесі онтогенетичного розвитку” (№ держреєстрації – 0100) у 2000-2002 рр.; “Дослідження видової специфічності та інтегрованості реакції вищих рослин на комбіновану фітотоксичність ксенобіотиків” (№ 0103U000551) у 2003-2005 рр.; “Формування системи адаптивних реакцій рослин до абіотичних факторів в умовах нестабільного середовища” (№ 0106U000792) у 2006-2008 рр.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було виявлення популяційних та фізіолого-біохімічних закономірностей ефективної дії гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозів на амброзію полинолисту. Для досягнення вказаної мети вважали за необхідне вирішення таких завдань:

- дослідити циклічну динаміку чисельності оброблених гербіцидами локальних популяцій амброзії полинолистої;

- вивчити вплив гербіцидних препаратів на віталітетну структуру та віталітет локальних популяцій амброзії полинолистої;

- виявити вплив гербіцидів на морфофізіологічні властивості, віталітетну диференціацію та поліпептидний склад насіння амброзії;

- установити роль антиоксидантної ферментної системи амброзії (глутатіон-S-трансферази, каталази, пероксидази, супероксиддисмутази) у детоксикації гербіцидів та захисті від окислювального стресу;

- дослідити післядію гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозів на властивості рослин амброзії наступної генерації;

- вивчити алелопатичний вплив рослинних екстрактів на амброзію полинолисту у модельних, вегетаційних та польових експериментах.

Об’єкт дослідження – ценопопуляції та локальні популяції амброзії (субпопуляційні фрагменти, що зазнали дії препаратів різних класів) в оброблених гербіцидами культурбіогеоценозах Дніпропетровщини.

Предмет дослідження – життєздатність та метаболічні особливості локальних популяцій амброзії; морфофізіологічні відмінності насіння амброзії під впливом гербіцидної обробки популяцій; ефекти післядії гербіцидів у властивостях наступної генерації рослин.

Методи досліджень – польові експериментальні методи та віталітетний аналіз життєздатності локальних популяцій амброзії; спектрофотометричні методи для вивчення стану ферментної системи рослин амброзії; електрофорез для дослідження поліпептидного складу насіння амброзії та молекулярних форм ферментів; статистичні методи для обробки результатів.

Наукова новизна отриманих результатів. Еколого-фізіологічне вивчення дії гербіцидів на амброзію полинолисту розширює уявлення про функціональні взаємовідносини рослинних популяцій з антропогенним середовищем. Уперше за умов щорічного впливу гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозів проведені комплексні і детальні дослідження властивостей локальних популяцій амброзії полинолистої. Обґрунтовано закономірності ефективної дії гербіцидів за ознакою зниження життєздатності локальних популяцій амброзії та пригнічення захисної ферментної системи бур’яну в різні періоди його розвитку. Підтверджено загальну тенденцію до зниження чутливості бур’янів до широко використовуваних гербіцидів за результатами багаторічної обробки амброзії полинолистої тими самими препаратами; виявлено зростання життєздатності оброблених популяцій бур’яну на тлі зменшення чисельності особин, а також зниження токсичного ефекту гербіцидів при повторному використанні. Уперше встановлено віталітетну диференціацію насіння в оброблених гербіцидами локальних популяціях амброзії і виявлено збільшення частки насіння низького життєвого рівня. Уперше показано здатність амброзії полинолистої до активації глутатіон-S-трансферази та виявлено гербіциди з найбільшим негативним впливом на захисну ферментну систему амброзії. Розкрито адаптивну спрямованість прояву післядії гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозів у властивостях рослин амброзії наступної генерації. Установлено можливість алелопатичного впливу рослинних екстрактів на вегетативний і генеративний розвиток амброзії полинолистої.

Практичне значення отриманих результатів. Матеріали роботи враховано в польових дослідах Інституту зернового господарства УААН при доборі гербіцидів для зниження чисельності амброзії полинолистої. За умов культурфітоценозу показано ефективність негативного впливу рослинних екстрактів на зростання фітомаси, генеративний розвиток та чисельність насіння амброзії.

Під час проведення досліджень вимог біоетики було дотримано.

Особистий внесок здобувача. Польові експериментальні матеріали, результати лабораторних досліджень, обробка, аналіз та інтерпретація результатів і висновки отримані особисто автором у період з 2001 по 2007 рік. Польові досліди проведено за сприяння д-ра сільгосп. наук, зав. відділом ІЗГ УААН Матюхи Л. П. Вегетаційні досліди, фізіолого-біохімічні аналізи виконано у відділі фізіології та молекулярної біології рослин НДІ біології ДНУ. Електрофоретичний аналіз зразків та розшифровку поліпептидних спектрів проведено за участю канд. біол. наук Шупранової Л. В.

Права співавторів колективних публікацій не порушено.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на II Міжнародній науково-практичній конференції “Динаміка наукових досліджень 2003” (Дніпропетровськ, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції СУНІ-МДУ “People and the Environtment” (Москва, 2004), ІІ Міжнародній науковій конференції “Довкілля – XXI. Перехід до сталого розвитку” (Дніпропетровськ, 2004), II Міжнародній науковій конференції “Відновлення порушених природних екосистем” (Донецьк, 2005), Міжнародній конференції “Проблеми лісової рекультивації порушених земель України” (Дніпропетровськ, 2006), Міжнародній науковій конференції “Різноманіття фітобіоти: шляхи відновлення, збагачення і збереження. Історія та сучасні проблеми” (Кременець – Тернопіль, 2007).

Публикації. За матеріалами дисертації опубліковано 16 наукових праць, серед яких 6 статей – у виданнях ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота включає вступ, 7 розділів, висновки, рекомендації, список використаної літератури (292 найменування, з яких 44 іноземних), додатки. Загальний обсяг дисертації 215 сторінок, основного тексту – 162 сторінки. Дисертація містить 28 таблиць, 35 рисунків. Додатки (у кількості трьох) складають 12 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ПРИРОДНІ УМОВИ РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕННЯ

Район дослідження входить до Сурсько-Дніпровського ерозійного району

Придніпровської височини (Мищенко, 1968). Зроблено опис рельєфу і геоморфологічної структури території (Пащенко, 1985), гідрологічних (Ланько, 1968), кліматичних особливостей району (Фурдичко, 2006) та особливостей ґрунтового покриву (Бекаревич, 1966; Травлеев, 1972). Розглянуто сучасний стан рослинного покриву (Бельгард, 1971; Шеляг-Сосонко, 1985; Тарасов, 2005) та тваринного світу (Пилипенко, 1985; Смирнов, 2001).

АНТРОПОГЕННА ТРАНСФОРМАЦІЯ РОСЛИННОСТІ СТЕПОВОЇ ЗОНИ УКРАЇНИ (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

Проаналізовано наукові джерела щодо процесу проникнення і поширення адвентивного виду Ambrosia artemisiifolia L. у степовій зоні України (Артемчук, 1939; Протопопова, 1973; Марьюшкина, 1986), зокрема на Дніпропетровщині (Котт, 1948; Фисюнов и др., 1970); щодо біологічних особливостей амброзії полинолистої (Балеста, 1956; Васильєв, 1958); ареалу амброзії (Сафра, 1962); зроблено цено- та екоморфічну характеристику виду за О. Л. Бельгардом (1950).

Аналіз наукової літератури показав, що виявлення амброзії полинолистої в посівах (Котт, 1948) спричинило пошук шляхів захисту фітоценозів від цього бур’яну (Ларіонов, Макодзеба, 1963; Киселёв, 1971; Яворський, 1973). Були розроблені фітоценотичний (Дзыбов, 1989; Ипатов и др., 1989; Марьюшкина, 1986, 2003), фітофаговий (Ковалёв и др., 1989), алелопатичний (Мар’юшкіна, 1983, 1990, 2006), гербіцидний (Альгрен и др., 1953; Крафтс, 1964; Ступаков, 1977) методи знищення амброзії, ефективність яких виявилась недостатньою.

На підставі даних літератури показано відсутність системних досліджень взаємодії популяцій бур’янів з гербіцидним фактором. Вплив гербіцидів на амброзію полинолисту оцінювали за зниженням чисельності особин бур’яну (Іващенко, 2001; Оніпко, 2001; Заполовський, 2003; Циков, 2003), які не розглядались як сегетальна популяція, що має структуру і динаміку. У той же час ценотична стратегія амброзії полинолистої у культурфітоценозах досліджувалась без урахування впливу гербіцидів (Мар’юшкіна та ін., 1987; Мар’юшкіна, 2002; Мицик, 2002). Чисельні наукові роботи в усьому світі присвячені виявленню механізмів утворення стійких до гербіцидів популяцій бур’янів (Anderson, 1991; DeRidder, 2002; Jander, 2003), тоді як в Україні лише констатоване явище зниження чутливості бур’янів до гербіцидів (Гамор, 1988; Борона, 2003; Матюха, 2003; Іващенко, 2004).

Результати аналізу наукових джерел указують на недостатню вивченість закономірностей ефективної дії гербіцидів як екологічного фактора антропогенних екотопів і обумовлюють необхідність комплексних та детальних досліджень впливу гербіцидів на популяції амброзії полинолистої в культурбіогеоценозах Дніпропетровщини.

МЕТОДОЛОГІЯ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Методологія досліджень базується на вченні В. М. Сукачова (1975) про біогеоценоз та Ю. П. Бялловича (1936) про культурфітоценоз і поглядах В. А. Соломахи (1987), Ю. Р. Шеляг-Сосонко (1992) на сегетальні ценопопуляції як його компонент. Визначення субпопуляційних фрагментів як локальних популяцій зроблено за К. М. Ситніком та ін. (1987), Ю. А. Злобіним (1996), а також з урахуванням методичних підходів Г. Г. Жиляєва (1999, 2005), Й. В. Царика (1994, 2003).

Польові експерименти проведено в 2001-2006 рр. за Б. О. Доспєховим (1979) на дослідних ділянках Інституту зернового господарства УААН. Досходові гербіциди харнес, фронтьєр, мерлін вносили в грунт за 2-3 дні до посіву культури; післясходові гербіциди 2,4-Д, діален, камбіо, майстер, серто-плюс – у фазі 5-7 листків у культури згідно з “Переліком пестицидів…” (2000).

Екологічну паспортизацію амброзії полинолистої проведено за О. Л. Бельгардом (1950).

Кількість насіння амброзії в грунті визначали як суму активної та потенційної засміченості за І. Н. Шевельовим (1945), В. П. Ступаковим (1977). Ідентифікацію насіння проводили за І. В. Веселовським (1993). Віковий стан особин, віковий склад локальних популяцій амброзії та індексацію періодів розвитку проводили за загальноприйнятими методами (Работнов, 1983; Уранов, 1975). Графіки елімінації особин у локальних популяціях амброзії побудовано за Л. Б. Заугольновою та ін. (1988). Виділення рівнів життєвого стану особин амброзії проведено за загальноприйнятими методиками (Ермакова, 1976; Злобин, 1989; Жиляев, 2005). Віталітет, віталітетну категорію популяцій та віталітетну диференціацію насіння амброзії визначали за Ю. А. Злобіним (2003). Розподіл насіння амброзії за показником ваги насінин вивчено статистичними методами (Лакин, 1990; Царенко, 2000).

Еколого-фізіологічні дослідження проведено за загальновідомими методиками (Бояркин, 1961; Плешков, 1976; Дубинина, 1983; Jacoby, 1985; Bradford, 1976). Поліпептидний склад насіння амброзії вивчено методом градієнтного електрофорезу (Laemmli, 1970). Молекулярні форми ферментів досліджено за В. І. Сафоновим (1971). Алелопатичний вплив водних розчинів рослин-донорів вивчали за А. М. Гродзинським (1973) та згідно з методикою Л. В. Орел та ін., (2005). Статистичну обробку зроблено за допомогою пакету програм Microsoft Statistica V5.5A з 95 %-ним рівнем значущості.

ЖИТТЄЗДАТНІСТЬ ЛОКАЛЬНИХ ПОПУЛЯЦІЙ АМБРОЗІЇ ПОЛИНОЛИСТОЇ

Латентний період розвитку ценопопуляції амброзії досліджено шляхом визначення насіннєвого банку в грунті (табл. 1).

Таблиця 1.

Засміченість грунту культурбіогеоценозу насінням амброзії

Глибина

шару

грунту, см | Загальна

кількість

насіння,

шт. | Кількість насіння,

що проросло, шт. | Коефіцієнт

перерахунку, К | Засміченість,

млн шт./га

0 – 10 | 85 | 64 | 20,799 | 17,680

10 – 20 | 13 | 9 | 25,998 | 3,380

Усього | 98 | 73 | - | 21,060

Дані про кількість насіння бур’яну в грунті дозволяють дійти висновку, що популяція амброзії полинолистої в досліджуваному культурфітоценозі не потребує постачання насіннєвих зачатків ззовні і здатна до відновлення.

Циклічна динаміка локальних популяцій амброзії. Еталонними вважались локальні популяції амброзії за умов природної засміченості. У них виявлено обумовлений кліматичними та фітоценотичними факторами високий рівень смертності особин на стадії проростків та ювенільних рослин (1-3 тижні розвитку). В інтервалі від іматурного періоду до генеративного (4-12 тижнів) вірогідність відмирання рослин знижувалась. У роки спостережень в еталонних локальних популяціях амброзії виявлено різну кількість сходів, які вижили й розвинулись у генеративні особини (у відсотках від загальної кількості сходів): 36,51 % у 2001 р.; 46,92 % у 2002 р. та 32,55 % у 2004 р. (у середньому 38,66 %). Таким чином, в еталонних локальних популяціях амброзії за чисельністю переважали особини в латентній стадії, проростки та ювенільні рослини.

Стан оброблених гербіцидами популяцій амброзії залежав від класу гербіциду та ступеня прояву його фітотоксичності, який значною мірою обумовлювався едафо-кліматичними умовами культурбіогеоценозу. Установлено, що внаслідок впливу гербіциду харнес чисельність проростків у локальних популяціях амброзії становила від чисельності проростків в еталонних популяціях 34,12 % у 2002 р., 21,41 % у 2004 р. та 36,93 % у 2005 р.; частки генеративних особин від еталонного показника становили відповідно 29,30 %, 28,16 % та 36,51 %. Кількість сходів, які за дії харнесу розвинулись у генеративні особини (у відсотках від загальної кількості сходів) становила в роки спостережень відповідно 39,67 %, 45,00 % та 35,39 % (у середньому 40,02 %). Відмінності графіків елімінації особин в оброблених харнесом популяціях амброзії (рис. 1) від еталонних найбільш суттєві на стадії проростків і ювенільних особин, коли гербіцидний ефект (пригнічення синтезу жирних кислот) мав максимальний прояв.

Рис. 1. Циклічна динаміка чисельності особин (екз.) у локальних

популяціях амброзії полинолистої за дії гербіциду харнес

Графіки елімінації особин в оброблених мерліном (інгібітор синтезу каротиноїдів ) локальних популяціях амброзії ( рис. 2 ) значною мірою відрізнялись від еталонних на стадії проростків, ювенільних рослин та на початку іматурної стадії. В оброблених мерліном локальних популяціях

амброзії частка сходів від еталонної чисельності становила 39,50 % у 2001 р.,

40,72 % у 2002 р. та 53,37 % у 2005 р. Частки генеративних особин становили

Рис. 2. Циклічна динаміка чисельності особин (екз.) у локальних

популяціях амброзії полинолистої за дії гербіциду мерлін

Рис. 3. Циклічна динаміка чисельності особин (екз.) у локальних

популяціях амброзії полинолистої за дії гербіциду майстер

відповідно 40,48 %, 30,96 % та 53,96 % від еталонної чисельності. Кількість сходів, які за дії мерліну розвинулись у генеративні особини (у відсотках від загальної кількості сходів) становила 39,20 % у 2001 р., 35,14 % у 2002 р. та 33,01 % у 2005 р. (у середньому 35,78 %).

Графіки елімінації особин під впливом післясходового гербіцида майстер (інгібітор синтезу амінокислот) найбільше відрізнялись від еталону в іматурному та віргінільному періодах розвитку локальних популяцій (рис. 3). Внаслідок обробки майстером у локальних популяціях амброзії частка генеративних особин від такої чисельності в еталонній популяції становила в перший рік застосування препарату 6,24 % (2004 р.), надалі зростала до 38,07 % у 2005 р. та 43,20 % у 2006 р.

Таким чином, дія гербіцидів різних класів як екологічного фактора культурбіогеоценозів призвела до суттєвого зниження чисельності локальних популяцій амброзії полинолистої на стадії сходів і ювенільних рослин (досходові гербіциди) та на стадії іматурних і віргінільних рослин (післясходові гербіциди). Однак, за умов повторної обробки вплив гербіцидів мерлін і майстер на чисельність популяцій амброзії був менш значним .

Віталітетна структура і віталітет локальних популяцій амброзії полинолистої. Установлено, що показники фітомаси особин і кількості генеративних пагонів мають високий ступінь кореляції з показниками висоти особин амброзії полинолистої (відповідно r=0,751 та r=0,816), тому для оцінки життєвого стану особин і віталітету локальних популяцій у 2002 р. та 2006 р. вимірювали висоту особин амброзії на початку генеративного періоду з підрозділом на класи Ж-1, Ж-2, Ж-3 (табл. 2).

Таблиця 2

Віталітет еталонних локальних популяцій амброзії полинолистої

Життєвий

рівень | Висота,

см | Частка

класу | Щільність,

екз./м2 | Q-індекс | Віталітетний

тип популяції

2002 рік

Ж-1 | 91-130 | 0,22 |

1,20 |

0,30 | Депресивний

Ж-2 | 51-90 | 0,38

Ж-3 | 10-50 | 0,41

2006 рік

Ж-1 | 84-109 | 0,22 |

3,15 |

0,43 | Процвітаючий

Ж-2 | 57-83 | 0,64

Ж-3 | 30-56 | 0,14

Визначено, що у 2002 р. в еталонній локальній популяції амброзії домінували особини низького і середнього життєвих рівнів, а в 2006 р. переважали рослини середнього рівня при незмінній кількості особин високого рівня і зростанні щільності особин у 2,6 рази. Депресивний віталітетний тип, властивий локальній популяції в 2002 р., змінився за 4 роки на

процвітаючий; Q-індекс (узагальнений індекс якості) зріс у 1,4 рази, що свідчило про зростання життєздатності еталонних локальних популяцій.

На тлі щорічної обробки гербіцидом харнес (табл. 3) у локальних популяціях амброзії в 2006 р. зафіксовано зростання часток особин високого і середнього життєвого рівня (відповідно в 2 та 3 рази) у порівнянні з 2002 р. Щільність особин в оброблених харнесом популяціях за вказаний період зросла

в 1,9 рази; відмічено підвищення Q-індекса в 2,4 рази. Віталітетний тип локальних популяцій амброзії за дії гербіциду харнес змінився з депресивного на процвітаючий.

Таблиця 3

Віталітет локальних популяцій амброзії за дії гербіцидів

Життєвий

рівень | Висота,

см | Частка

класу | Щільність,

екз./м2 | Q-індекс | Віталітетний

тип популяції

Обробка гербіцидом харнес, 2002 рік

Ж-1 | 93-130 | 0,21 |

0,82 |

0,18 | Депресивний

Ж-2 | 54-92 | 0,14

Ж-3 | 15-53 | 0,65

Обробка гербіцидом харнес, 2006 рік

Ж-1 | 75-101 | 0,45 |

1,59 |

0,44 | Процвітаючий

Ж-2 | 47-74 | 0,43

Ж-3 | 19-46 | 0,12

Обробка гербіцидом мерлін, 2002 рік

Ж-1 | 71-100 | 0,08 |

0,87 |

0,23 |

Депресивний

Ж-2 | 41-70 | 0,39

Ж-3 | 10-40 | 0,54

Обробка гербіцидом мерлін, 2006 рік

Ж-1 | 124-152 | 0,33 |

2,24 |

0,44 | Процвітаючий

Ж-2 | 95-123 | 0,55

Ж-3 | 65-94 | 0,12

Обробка гербіцидом серто-плюс, 2006 рік

Ж-1 | 63-83 | 0,18 |

2,53 |

0,28 |

Депресивний

Ж-2 | 40-62 | 0,37

Ж-3 | 18-39 | 0,45

Установлено, що за щорічної обробки харнесом щільність особин в оброблених популяціях зменшувалась порівняно з еталонними популяціями: у 2002 р. – у 1,5 рази, у 2006 р. – у 2 рази. Таким чином, за дії харнесу відбувалося зниження чисельності особин амброзії відносно еталона, однак значною мірою зростали показники якості оброблених гербіцидом локальних популяцій бур’яну.

За дії гербіциду мерлін у локальних популяціях амброзії відмічено в 2006 р. (у порівнянні з 2002 р.) зростання частки особин високого і середнього життєвого стану в 4 рази та в 1,4 рази; збільшення щільності особин у 2,7 рази; зростання Q-індексу оброблених популяцій в 1,9 рази; зміна депресивного віталітетного типу локальних популяцій на процвітаючий (табл. 3). Виявлені відмінності свідчили про зростання життєздатності локальних популяцій амброзії полинолистої за умов щорічної обробки мерліном, яке відбувалось на тлі зменшення щільності особин у порівнянні з еталонною популяцією.

Вплив післясходового гербіциду серто-плюс, яким уперше в 2006 р. було оброблено локальні популяції амброзії, призвів до зменшення відносно еталона щільності особин у 1,3 рази, до зниження чисельності особин із високим і середнім життєвим рівнем у 1,6 рази; зниження Q-індексу популяцій у 1,5 рази в порівнянні з еталонним показником, що відбивало суттєве зниження життєздатності локальних популяцій амброзії за умов однократного застосування гербіциду серто-плюс у культурбіогеоценозі (табл. 3).

Установлено, що дія гербіцидів різних класів у перший рік застосування призводила до значного зниження віталітету та Q-індексу локальних популяцій амброзії полинолистої. При багаторічному застосуванні тих самим гербіцидів виявлено тенденцію до зростання життєздатності локальних популяцій амброзії полинолистої на тлі зменшення щільності особин у порівнянні зі щільністю в еталонній популяції бур’яну.

Віталітетна диференціація насіння амброзії полинолистої. Розподіл насіння амброзії за життєвими рівнями на тлі дії гербіцидів відрізнявся від еталонного в залежності від класу препарату. Внаслідок обробки всіма гербіцидами, крім майстера, кількість насіння, яке проросло в лабораторних умовах, була нижчою за еталонний показник. Виявлено, що обробка рослин амброзії гербіцидами призводила до утворення насіння як із достовірно меншою вагою (дія гербіцидів ділен, майстер), так і з більшою вагою (дія гербіцидів харнес, мерлін, камбіо, 2,4-Д) порівняно з вагою еталонного насіння. Уміст білка у насінні оброблених гербіцидами рослин амброзії був знижений відносно контролю в усіх випадках, крім дії гербіцидів харнес і фронтьєр.

З’ясовано, що насіння з усіх оброблених гербіцидами локальних популяцій у порівнянні з еталонним містило збільшену в 1,3-2,3 рази частку насіння низького життєвого рівня. Частка насіння середнього життєвого рівня була знижена внаслідок дії всіх гербіцидів і складала 71-88 % від еталонного значення. Частка насіння високого життєвого рівня зростала після обробки харнесом і мерліном (у 2,0 та 2,2 рази відповідно), а за дії фронтьєру та майстеру зменшувалась (в 1,3 та 2,8 рази відповідно).

Для детального вивчення впливу гербіцидної обробки амброзії на показник ваги насіння було отримано гістограми розподілу вибірки по 100 насінин з еталонної й оброблених гербіцидами харнес, мерлін, майстер локальних популяцій за групами з інтервалом 0,5 мг і наявністю кривої нормального розподілу (рис. 4). В еталонній локальній популяції домінувало насіння з вагою 3,0-3,5 мг; за дії харнесу переважала група з вагою 4,0-4,5 мг; за дії майстеру – насіння з вагою 2,5-3,0 мг; дія мерліну не змінила ваговий склад насіння. Знайдено відмінності в коефіцієнтах асиметрії кривих розподілу насіння за вагою: для еталонної популяції коефіцієнт дорівнює -0,038 (крива наближається до симетричної); для локальних популяцій амброзії, які були оброблені гербіцидами фронтьєр, харнес, мерлін, майстер, коефіцієнти асиметрії становлять відповідно -0,541; -0,364; -0,189; -0,175 (сильна, середня та слабка лівостороння асиметрія). Згідно з літературними даними (Злобин, 1980), лівостороння асиметрія свідчить про зростання показника як адаптивну реакцію на вплив факторів середовища.

а б

г д

Рис. 4. Розподіл за показником ваги насіння з еталонної (а) та оброблених гербіцидами харнес (б), мерлін (г), майстер (д) локальних популяцій амброзії полинолистої

Таким чином, віталітетна диференціація насіння під впливом гербіцидного фактора культурбіогеоценозу відбиває адаптивну спрямованість виявлених змін і, вірогідно, здатна забезпечити можливість відновлення популяцій амброзії полинолистої за різних екологічних умов.

ЕКОЛОГО-ФІЗІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛОКАЛЬНИХ ПОПУЛЯЦІЙ АМБРОЗІЇ ПОЛИНОЛИСТОЇ

Активація ферментної системи амброзії полинолистої. Показано здатність амброзії полинолистої до детоксикації гербіцидів за участю глутатіон-S-трансферази (ГSТ) та до ліквідації наслідків гербіцидного стресу за рахунок активації ферментів антиоксидантного захисту (СОД, пероксидази, каталази) у листі та коренях рослин. Виявлено гербіциди, вплив яких пригнічував активність ГSТ у коренях (майстер, 2,4-Д, діален), активність СОД у листі і коренях (камбіо, майстер, 2,4-Д), а також активність каталази (харнес, фронтьєр, майстер) та пероксидази (камбіо, харнес, фронтьєр) у листі рослин.

Стан захисної ферментної системи у листі амброзії полинолистої за дії досходових та післясходових гербіцидів представлено в узагальненому вигляді на рис. 5. Схему можна використовувати для добору варіантів ефективної комбінованої гербіцидної обробки амброзії в культурфітоценозах. Такий добір базується на знанні метаболічних реакцій рослин у певних фазах розвитку на дію гербіцидів і дає можливість ефективно пригнічувати захисну ферментну систему бур’яну. Наприклад, послідовна обробка особин амброзії харнесом (досходово) та майстером (в іматурній фазі) надмірно посилить токсичне навантаження на каталазу і заблокує її активність, що порушить антиоксидантний захист рослин.

j im

Рис. 5. Питома активність (% до еталона) антиоксидантних ферментів глутатіон-S-трансферази (ГSТ), супероксиддисмутази (СОД), каталази (КА), пероксидази (ПА) у листі ювенільних (j) та іматурних (im) рослин з оброблених гербіцидами локальних популяцій амброзії

Примітка. Для активності ГSТ указано вплив ділену, а не камбіо.

Електрофоретичний аналіз виявив у листі оброблених гербіцидами ювенільних рослин амброзії наявність молекулярних форм пероксидази, які відсутні у спектрах рослин з еталонних популяцій.

Особливості поліпептидного складу насіння амброзії. З’ясовано, що насіння з оброблених гербіцидами локальних популяцій містило поліпептиди, які були відсутні зовсім або ж присутні в незначній кількості в насінні з еталонної популяції (рис. 6).

К 1 2 3 4 5 6 7

Рис. 6. Електрофоретичні поліпептидні спектри насіння з еталонної (К) та оброблених гербіцидами харнес (1), фронтьєр (2), мерлін (3), 2,4-Д (4), діален (5), камбіо (6), майстер (7) локальних популяцій амброзії

Поліпептиди з вагою 15 кД, 17 кД та 59 кД знайдено у спектрах усіх зразків, крім еталонного. Зона 68 кД у насінні з рослин, оброблених гербіцидами мерлін, камбіо, майстер, значно ширша, ніж в еталоні. Поліпептид 21 кД зафіксовано в насінні з оброблених гербіцидами 2,4-Д, камбіо і майстер

локальних популяцій у кількості, що перевищує еталонну. У цілому гербіцидна обробка амброзії призводила до зростання кількості поліпептидів до 14-16 у порівнянні з 13 зонами в еталонному насінні.

Досліджена легкорозчинна фракція містила білки-ферменти, тому додаткові зони у спектрі вказували на індукований гербіцидами синтез молекулярних форм ферментів, які відсутні в еталонному насінні.

За ступенем негативного впливу на склад попіпептидів у насінні з оброблених рослин амброзії полинолистої гербіциди утворювали такий ряд: фронтьєр, діален, майстер, камбіо, мерлін, харнес, 2,4-Д.

ПІСЛЯДІЯ ГЕРБІЦИДІВ ЯК ЕКОЛОГІЧНОГО ФАКТОРА КУЛЬТУРБІОГЕОЦЕНОЗУ

При пророщуванні насіння з оброблених гербіцидами трофі+2,4-Д та фронтьєр+камбіо локальних популяцій амброзії полинолистої виявлено зниження відносно еталонного показника чутливості до харнесу в 11-12 раз і до

фронтьєру в 4-5 раз. Насіння з оброблених гербіцидами популяцій за умов модельних експериментів проростало на 1-2 доби раніше за еталонне і давало більш потужні проростки (рис. 7).

1 2 3 4

Рис. 7. Вплив 0,01 %-ного розчину гербіциду харнес на проростання насіння з еталонної (1) та оброблених гербіцидами трофі+2,4-Д (2), мерлін (3), фронтьєр+камбіо (4) локальних популяцій амброзії

У вегетаційних дослідах виявлено суттєву різницю в темпах розвитку насіннєвого потомства з еталонної й оброблених гербіцидами популяцій. У той час як контрольні рослини мали 2-3 пари справжніх листків, у дослідних рослин їх було 3-4 і навіть 5-6 пар. Більше того, у рослин з післядією гербіцидів фронтьєр+камбіо та мілагро саме в цей період почалася фаза бутонізації. У листі дослідних рослин зафіксовано перебільшення еталонного показника активності ферментів: СОД у 1,5-2,3 рази; пероксидази в 1,2-1,5 рази; поліфенолоксидази (ПФО) у 2,2-2,6 рази. Електрофоретичні дослідження показали, що спектри молекулярних форм пероксидази і ПФО з листя дослідних рослин (післядія сумісної обробки гербіцидами трофі+2,4-Д) мали більше зон активності, ніж еталонні. Поліпептидні спектри насіння самозапилених необроблених рослин амброзії з післядією гербіцидів фронтьєр+камбіо, а також мерлін містили компонент з вагою 59 кД, який був відсутній у спектрі насіння з еталонної локальної популяції. За сумою показників найменший ефект післядії відмічено в разі обробки локальних популяцій амброзії полинолистої гербіцидом мілагро.

АЛЕЛОПАТИЧНИЙ ВПЛИВ НА АМБРОЗІЮ ПОЛИНОЛИСТУ

При вивченні впливу водних розчинів рослин-донорів за А. М. Гродзінським (1973) установлено, що за дії екстрактів з листя жоржини, конвалії, барвінку, листя та пилку амброзії частка насіння амброзії, яке проросло, знижена на 37-55 %, довжина пагонів зменшена на 12-31 %, а довжина коренів – на 3-23 % у порівнянні з контролем. Кількість квітучих особин амброзії під впливом рослинних екстрактів у вегетаційних дослідах була зменшена на 48-78 % у порівнянні з необробленими рослинами. За дії екстракту з барвінку на особинах амброзії нараховано 11 % суцвіть, які не містили пилку.

У польовому досліді виявлено зниження фітомаси генеративних особин амброзії за дії екстракту з барвінку в 2,4 рази, а з пилку амброзії – в 1,8 рази;

кількість насіння на оброблених екстрактами рослинах амброзії була зменшена відповідно в 10,7 рази та 8,2 рази. Крім того, внаслідок обробки рослин амброзії екстрактом з барвінку відмічено утворення майже 18 % суцвіть, які не містили пилку. Результати свідчать про перспективність обраного напрямку досліджень і можуть бути використані при розробці біологічно активних препаратів, які здатні пригнічувати амброзію полинолисту в умовах культурфітоценозу.

ВИСНОВКИ

1. Циклічна динаміка чисельності локальних популяцій амброзії полинолистої зазнала негативного впливу гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценоза на стадії сходів, ювенільних та іматурних рослин. За ступенем зниження чисельності особин амброзії відносно еталону досходові гербіциди утворили такий ряд: харнес (на 69 %), фронтьєр (на 62 %), мерлін (на 44 %). Чисельність особин в іматурній стадії розвитку оброблених досходовими гербіцидами популяцій бур’яну знижувалась незначною мірою, що обумовило необхідність внесення післясходових препаратів, серед яких найбільше зниження чисельності амброзії відносно еталона викликав майстер (у середньому на 71 %). У віргінільній стадії розвитку чисельність особин у популяціях амброзії, оброблених гербіцидами, майже не знижувалась, що викликало необхідність застосування механізованого методу контролю чисельності бур’яну.

2. Q-індекс (узагальнений індекс якості) локальних популяцій амброзії був зменшений порівняно з еталоном у перший рік використання гербіцидів: за дії харнесу в 1,7 рази; мерліну – в 1,3 рази; серто-плюс – в 1,5 рази. За умов багаторічної дії тих самих гербіцидів на тлі зменшення щільності особин відносно еталона виявлено тенденцію до зростання віталітету локальних популяцій амброзії полинолистої і зміни віталітетного типу з депресивного на процвітаючий. Указані обставини обумовили необхідність щорічної ротації гербіцидів для забезпечення ефективного зниження чисельності особин у ценопопуляціях амброзії полинолистої.

3. Дослідження латентного періоду розвитку популяцій амброзії виявило різнобічний вплив гербіцидів на вагу насінин, уміст білка та поліпептидний склад насіння амброзії, розподіл вагових груп насіння відносно кривої нормального розподілу, лабораторну схожість насіння. За дії всіх досліджених гербіцидів показано зростання частки насіння низького життєвого рівня. Варіативність еколого-фізіологічних показників насіння в залежності від структури гербіцидів свідчила про функціонування в рослинах амброзії складних механізмів, які здатні забезпечити утворення насіння з різними властивостями і відновлення популяцій амброзіі полинолистої за різноманітних екологічних умов.

4. Виявлено здатність амброзії полинолистої до активації у 2-5 разів глутатіон-S-трансферази та антиоксидантних ферментів за дії гербіцидів. Показано можливість суттєвого зниження активності захисних ферментів рослини за рахунок добору ефективних гербіцидів і їх комбінацій та термінів внесення препаратів, який базується на результатах вивчення метаболічних властивостей рослин з оброблених гербіцидами локальних популяцій; з’ясовано можливість прогнозування результатів комбінованої дії досходових та післясходових гербіцидів на стан захисних ферментів амброзії полинолистої.

5. Досліджено післядію гербіцидної обробки локальних популяцій амброзії у властивостях рослин наступної генерації: зниження в 5-12 разів чутливості проростків амброзії до хлорацетанілідних гербіцидів; прискорене проходження фенофаз і перехід до репродуктивної фази; зростання активності і поліморфізму захисних антиоксидантних ферментів у листі рослин.

6. Установлено чутливість амброзії полинолистої до алелопатичної дії рослинних екстрактів за умов вегетаційних дослідів та культурфітоценозу. Показано здатність екстрактів з барвінку та з пилку амброзії до зниження фітомаси генеративних особин бур’яну та кількості утвореного насіння. Внаслідок обробки ювенільних рослин амброзії екстрактом з барвінку виявлено 11-18 % суцвіть, які не містили пилку.

7. Екологічна сутність гербіцидної дії на ценопопуляції амброзії полинолистої полягає в елімінації під впливом гербіцидів чутливих особин і розповсюдженні через насіннєве потомство не чутливих до гербіцидів угруповань особин на основі вихідної гетерогенності та в межах норми реакції рослин адвентивного бур’яну.

8. У результаті проведених досліджень установлено, що більш ефективна дія гербіцидів як екологічного фактора культурбіогеоценозу на амброзію полинолисту передбачає їхнє застосування в певних фазах розвитку рослин з урахуванням здатності кожного препарату до зниження життєздатності локальних популяцій, пригнічення захисної ферментної системи та негативного впливу на властивості насіння амброзії.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Процес знищення амброзії полинолистої в культурбіогеоценозах необхідно розпочинати із суттєвого зменшення кількості насіння цього карантинного бур’яну в орному шарі грунту.

2. Для ефективного зниження чисельності ценопопуляцій амброзії необхідно обов’язкове комбінування досходових та післясходових гербіцидів, а також щорічна ротація застосованих препаратів.

3. Запропоновано схему підбору комбінацій гербіцидів для більш ефективного пригнічення захисної ферментної системи амброзії полинолистої з урахуванням фази розвитку особин.

4. Для захисту культурбіогеоценозів у степовому Придніпров’ї рекомендовано екологічний комплекс заходів, який інтегрує механізований, фітоценотичний, алелопатичний методи контролю чисельності популяцій амброзії полинолистої.

СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

Запоріжжя: ЗНУ, 2005. - Вип. 10, № 2. – С. 83-89.

4.

5.

6.

стресу // Наук. вісник Ужгородського ун-ту. Сер. Біологія. – 2006. – Вип. 19. – С. 140-142 (здобувачем відібрані зразки в польовому досліді, проведені лабораторні дослідження, опрацьовані результати, зроблені висновки).

7.

8.

9.

10.

11.Хромих Н. О. Стан оксидоредуктаз амброзії полинолистої (Ambrosia artemisiifolia L.) за дії гербіцидного стресу // Сучасні проблеми фізіології та інтродукції рослин: Тези Всеукр. наук.- практ. конф. До 90-річчя від дня

народження проф. О. Ф. Михайлова, Дніпропетровськ, 5-6 квітня 2005 р. – Д.:ДНУ, 2005. – С. 61-62.

12.Хромых Н. А. Последействие гербицидной обработки на окислительно-восстановительную активность листьев амброзии полыннолистной // Відновлення порушених природних екосистем: Друга Міжнар. наук. конф. – Донецьк: ТОВ „Лебідь”, 2005. – С. 208-209.

13.Хромих Н. О. Вплив гербіцидної обробки агрофітоценозів кукурудзи на кількісні співвідношення сегетальних рослин // Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів: Міжнар. наук.-практ. конф. – Д., 2005. – С. 267-268.

14. Хромих Н. О. Деякі особливості адвентизації культурбіогеоценозів за умов гербіцидної обробки // Проблеми лісової рекультивації порушених

земель України: Міжнар. конф., Дніпропетровськ, 19-22 вересня 2006 р. – Д.: ДНУ, 2006. – С. 124-125.

15. Хромих Н. О. Глутатіон-трансферазна активність амброзії полинолистої за дії гербіцидного стресу // Довкілля – ХХІ: Тези ІІІ Міжнар. мол. наук. конф., Дніпропетровськ, 5-6 жовтня 2006 р. – Д., 2006. – С. 24.

16. Khromykh N. After herbicide action processing on a status of Ambrosia artemisiifolia L. Antioxidant system // Intern. Acad. and Pract. Conf. SUNI-MSU

“People and the Environtment” (Russia, Moskow, 26-28 October