Публикации

Рыжик посевной должен занять почетное место в современных аллелопатических и биофумигационных культурах, считают исследователи и призывают использовать новые научные методы для объяснения феноменальных свойств этой культуры, особенно полезной в качестве покровной и промежуточной для сои и кукурузы, и лучшего понимания дальнейших стратегий в селекции.О блестящих перспективах рыжика посевного в устойчивом земледелии рассказывает группа итальянских ученых из  Департамента сельскохозяйственных наук и наук об окружающей среде Миланского университета в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2023 на портале MDPI: «Аллелопатия — способность растений выделять химические вещества, влияющие на рост и развитие других растений по соседству. Сегодня растет интерес к использованию аллелопатических культур для борьбы с сорняками в устойчивом земледелии, так как они могут снизить зависимость от синтетических коммерческих гербицидов. В зависимости от активности аллелопатические культуры разделяются на прямые и косвенные. Прямые выделяют аллелопатические соединения, которые непосредственно влияют на рост и развитие сорняков. Косвенные стимулируют развитие полезных микроорганизмов, которые усиливают рост основных культур и тем самым помогают лучше конкурировать с сорняками. Вместе с признанием важности аллелопатических культур появляется запрос на более глубокое понимание взаимодействий между растениями, чтобы перевести их в статус интеллектуальных компонентов комплексной программы борьбы с сорняками. Кроме того, есть и запрос на разработку аллелопатических товарных культур с высокой урожайностью, и примеры такой селекции существуют. Например, выведен аллелопатический сорта риса, высокоурожайный и вместе с тем эффективно подавляющий сорняки. Методы генной инженерии предлагают сложный, но в значительной степени недооцененный подход к разработке аллелопатических культур для борьбы с сорняками.И тем не менее недавние попытки идентифицировать генетические регионы, участвующие в биосинтезе сорголеона у сорго, открывают путь для будущей повышающей регуляции этих генов для усиления аллелопатического эффекта.Имеются также данные о том, что монооксигеназы цитохрома Р-450 играют роль в аллелохимическом синтезе у различных видов растений, включая сорго, и аллелохимическом биосинтезе бензоксазиноидов у злаков, указывая на некоторую согласованность между видами в их генетических инструментах для аллелохимического синтеза. Конкретные гены, участвующие в аллелохимическом биосинтезе, также могут быть отредактированы для исследования или активации определенных соединений в пути.Хорошо известно применение аллелопатических видов в качестве покровных или промежуточных культур в севообороте с менее подавляющими сорняки товарными культурами.В последнее время огромное внимание уделяется видам крестоцветных как покровным культурам с аллелопатической активностью.Семейство Brassicaceae представляет собой разнообразную группу растений, включающую 375 родов и более 3200 видов. Это семейство известно своим экономическим значением, так как многие его представители выращиваются в качестве продовольственных культур или обладают лечебными свойствами.Семейство Brassicaceae также известно своим аллелопатическим потенциалом, особенно связанным с наличием высокой концентрации глюкозинолатов.Глюкозинолаты — класс серосодержащих соединений. При повреждении растительных тканей травоядными животными или механическим образом глюкозинолаты гидролизуются ферментом мирозиназой с образованием различных продуктов распада, в том числе изотиоцианатов, нитрилов и тиоцианатов. Эти продукта распада глюкозинолатов оказывают аллелопатическое действие на соседние растения. В одном исследовании посев рапса (Brassica napus) снижал биомассу сорняков на 50–90% по сравнению с контролем под паром. В другом исследовании индийская горчица (Brassica juncea) показала почти аналогичный результат – в качестве покровной культуры снизила плотность и биомассу некоторых видов сорняков более чем на 80%.Следует добавить, что изотиоцианаты дополнительно ингибируют рост определенных почвенных патогенов, поэтому растения семейства Brassica считают биофумигантами.Рыжик посевной (Camelina sativa) — масличная однолетняя культура, принадлежащая к семейству Brassicaceae. Растение вырастает до 60–120 см в высоту и имеет тонкий ветвящийся стебель, покрытый узкими ланцетными листьями. Листья очередные, цветы — желтые с четырьмя лепестками. После опыления цветы превращаются в плоды-стручки с маленькими круглыми семенами, перерабатываемыми в полезное для здоровья масло. Масло рыжика характеризуется высоким содержанием омега-3 жирных кислот, особенно альфа-линоленовой кислоты, поэтому считается ценной альтернативой рыбьему жиру и может использоваться для потребления человеком, в качестве кормовой добавки для животных и для производства биодизельного топлива.Рыжик посевной адаптирован для выращивания в регионах с умеренным климатом, но в принципе переносит широкий диапазон климатических условий, растет на землях с низким плодородием и ограниченным водоснабжением, что делает его пригодным для выращивания в засушливых и полузасушливых регионах. Рекомендуемая норма высева составляет примерно 10–15 кг на гектар, а для оптимального роста и развития растению требуется полное пребывание на солнце. Рыжик посевной любит хорошо дренированную почву с pH от 5,5 до 8,0, а его выращивание дает несколько экологических преимуществ. Его глубокая корневая система улучшает структуру почвы, уменьшает эрозию и усиливает инфильтрацию воды. Урожай требует меньше пестицидов и удобрений, чем обычные масличные культуры, что снижает потенциальное негативное воздействие на окружающую среду. Это культура холодного сезона, которая может выдерживать заморозки и имеет относительно короткий вегетационный период, около 85–105 дней.Выращивание рыжика имеет значение для борьбы с патогенами, включая прямые антимикробные свойства метаболитов, специфичных для растений, и активацию системной приобретенной устойчивости и индуцированной системной устойчивости у соседних растений.Фактически, многочисленные исследования продемонстрировали способность Camelina sativa улучшать среду выращивания других важных товарных культур. Так, мука из рыжика в применении к почве показала хорошую фунгицидную активность против патогена M. Phaseolina, вызывающего угольную гниль у сои, а микробные функциональные модели не были затронуты. Одним из наиболее важных биотических стрессов при выращивании сои является соевая цистообразующая нематода (Heterodera glycines Ichinohe, SCN), серьезный вредитель. Сегодня известно, что рыжик озимый, не являясь хозяином для соевой нематоды, снижает воспроизводство популяций SCN.Интересно еще одно исследование — трехлетний полевой эксперимент для изучения влияния покровных культур озимой злаковой ржи и озимого рыжика на рост растений, болезни корней и урожайности кукурузы и сои. Результаты показали, что у кукурузы, следующей за покровной культурой рыжика, наблюдалось меньше болезней корней, вызванных грибным патогеном Pythium, а развитие и урожайность кукурузы после рыжика были лучше, чем после ржи. Кроме того, покровная культура озимого рыжика, выращенная перед кукурузой, оказала меньше вредного воздействия на развитие проростков кукурузы и конечный урожай по сравнению с покровной культурой озимой ржи, предшествующей кукурузе.Благодаря своему энергичному росту и структуре полога рыжик хорошо подавляет сорняки, уменьшая распространенность и распространение связанных с сорными растениями патогенов. В лабораторных опытах по биоконтролю инвазивной амброзии полыннолистной водный экстракт рыжика показал наилучший аллелопатический эффект по сравнению с водными экстрактами белой горчицы, гвизоции абиссинской, редьки посевной и гречихи посевной.Анализ с использованием жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии выявил 15 фенольных соединений с наивысшей концентрацией ванилина, хлорогеновой кислоты, ванилиновой кислоты, кофейной кислоты и сиринговой кислоты именно в рыжике. Однако, стоит отметить, что существующие исследования по фитохимической характеристике аллелопатических соединений, в том числе, глюкозинолатов устарели и основаны на устаревших подходах. Поэтому нужно проводить новые метаболомные анализы с использованием методов, основанных на масс-спектрометрии. Эти анализы позволят идентифицировать наиболее распространенные метаболиты, глюкозинолаты, продуцируемые Camelina sativa, в том числе метаболические интермедиаты GSL и продукты распада (простые нитрилы, эпитионитрилы, органические тиоцианаты, сульфиды и тиолы), а также новые классы потенциально фитотоксичных соединений, вовлеченных в аллелопатический феномен рыжика посевного. Использование новых холистических методов может расширить знания о биоактивных молекулах, участвующих в аллелопатических взаимодействиях.Кроме того, важно отметить, что производство глюкозинолатов у Camelina sativa сильно зависит от удобрения на основе серы и регулируется генами SDI1 и SDI2. Более того, корневые экссудаты, по-видимому, являются основным путем, посредством которого этот вид проявляет свой аллелопатический потенциал. Поэтому крайне важно углубить исследования химического состава этих соединений, их динамики в течение цикла урожая и их судьбы после попадания в окружающую среду (т. е. явления трансформации и/или микробной деградации).Следовательно, целесообразно разработать стратегии удобрения, селекции и/или генетического улучшения с использованием трансгенных подходов для увеличения производства и высвобождения этих специализированных метаболитов. Принятие таких агроэкологических подходов может значительно улучшить возможности устойчивого управления для борьбы с сорняками».По статье группы авторов (Мартина Гидоли, Мишель Песенти, Федерико Коломбо, Фабио Франческо Носито, Роберто Пилу, Фабрицио Аранити), опубликованной на портале www.mdpi.com.Заглавное фото принадлежит группе указанных выше авторов, на фото вы видите эффект подавления сорняков рыжиком посевным.