Рижій посівний – феномен біофумігації та алелопатії

Сьогодні зростає інтерес до використання алелопатичних культур для боротьби з бур'янами у стійкому землеробстві, оскільки вони можуть зменшити залежність від синтетичних комерційних гербіцидів.

Залежно від активності, алелопатичні культури поділяються на прямі та непрямі. Прямі виділяють алелопатичні сполуки, які безпосередньо впливають на ріст та розвиток бур'янів. Непрямі стимулюють розвиток корисних мікроорганізмів, які посилюють розвиток основних культур і цим допомагають краще конкурувати з бур'янами.

Разом із визнанням важливості алелопатичних культур з'являється запит на глибше розуміння взаємодій між рослинами, щоб перевести їх у статус інтелектуальних компонентів комплексної програми боротьби з бур'янами.

Крім того, є запит на виведення селекціонерами алелопатичних товарних культур з високою врожайністю, і приклади такої селекції існують. Наприклад, виведено алелопатичний сорт рису, який є високоврожайним і водночас ефективно пригнічує бур'яни.

Добре відомо застосування алелопатичних видів в якості покривних або проміжних культур у сівозміні з товарними культурами з меншою здатністю протистояти бур'янами.

Останнім часом величезна увага приділяється видам хрестоцвітих як покривним культурам з алелепатичною активністю.

Сімейство Brassicaceae є різноманітною групою рослин, що включає 375 родів і більше 3200 видів. Це сімейство відоме своїм економічним значенням, адже чимало його представників вирощують як продовольчі культури або мають лікувальні властивості.

Сімейство Brassicaceae також відоме своїм алелопатичним потенціалом, особливо пов'язаним із наявністю високої концентрації глюкозинолатів.

Глюкозинолати — клас сірковмісних сполук. У разі пошкодження рослинних тканин травоїдними тваринами або механічним чином глюкозинолати гідролізуються ферментом мірозиназою з утворенням різних продуктів розпаду, у тому числі ізотіоціанатів, нітрилів та тіоціанатів. Ці продукти розпаду глюкозинолатів мають алелепатичну дію на сусідні рослини. Так, в одному з досліджень посів ріпаку (Brassica napus) знижував біомасу бур'янів на 50–90 % порівняно з контролем під парою. В іншому дослідженні індійська гірчиця (Brassica juncea) продемонструвала майже аналогічний результат — як покривна культура вона знизила щільність і біомасу деяких видів бур'янів більш ніж на 80 %.

Слід додати, що ізотіоціанати додатково пригнічують розвиток певних ґрунтових патогенів, тому рослини сімейства Brassica по праву вважають біофумігантами.

Рижій (рижик) посівний (Camelina sativa) – олійна однорічна культура, що належить до сімейства Brassicaceae. Рослина виростає до 60–120 см у висоту і має тонке стебло, що гілкується, вкрите вузьким ланцетним листям. Листя чергове, квіти – жовті з чотирма пелюстками. Після запилення квіти перетворюються на плоди-стручки з маленьким круглим насінням, що переробляється в корисну для здоров'я олію.

Олія рижію характеризується підвищеним умістом поліненасичених жирних кислот, зокрема лінолевої (близько 20 %) та ліноленової (близько 32 %), а також високим умістом омега-3 жирних кислот, особливо альфа-ліноленової кислоти, тому вважається цінною альтернативою риб'ячому жиру і може використовуватися для споживання людиною, як кормової добавки для тварин і для виробництва біодизельного палива. До того ж з рижію можна отримати олії набагато більше, ніж з каноли (канадська різновидність ріпаку). А собівартість такої олії буде на половину нижчою від ріпакової. Це тому, що рослина не вимагає старанного догляду, під неї практично не треба вносити дорогих мінеральних добрив, вона не боїться комах.

Рижик посівний адаптований для вирощування в регіонах з помірним кліматом, але в принципі переносить широкий діапазон кліматичних умов, росте на землях з низькою родючістю та обмеженим водопостачанням, що робить його придатним для вирощування у посушливих та напівзасушливих регіонах.

Ще на початку XX століття рижій на невеликих площах вирощувався в Полтавській, Чернігівській, Київській, Херсонській, Єкатеринославській губерніях. Рижій був відомий, як культурна рослина, і в Європі. Його вирощували в районах Середземномор'я та в Середній Європі. Практикували посіви і в Середній Азії. Головним чином, для отримання олії для освітлення, фарбування. Вживали олію і в їжу. Сьогодні рижієву олію здебільшого використовують для парфумерних потреб.

Рекомендована норма висіву становить приблизно 10-15 кг на гектар, а для оптимального росту та розвитку рослини потрібне повне перебування на сонці. Рижій посівний любить добре дренований ґрунт із pH від 5,5 до 8,0, а його вирощування дає кілька екологічних переваг. Його глибока коренева система покращує структуру ґрунту, зменшує ерозію та посилює інфільтрацію води. Урожай вимагає менше пестицидів та добрив, ніж звичайні олійні культури, що знижує потенційний негативний вплив на довкілля

Це культура холодного сезону, яка може витримувати заморозки та має відносно короткий вегетаційний період близько 85–105 днів. Для більшої частини України вегетаційний період рижію становить 80–85 днів (завдяки цьому він достигає, і його з успіхом можна вирощувати в усіх регіонах України), що дає змогу не лише ефективно використовувати запаси вологи осінньо-зимових опадів, а й сформувати врожай за рахунок опадів, що випадають у період вегетації.
Короткий вегетаційний період рижію дає змогу після його збирання вирощувати інші культури, а використання його для зайнятого пару дає змогу добре підготувати ґрунт та накопичити вологу до посіву озимих.

До речі, В Інституті олійних культур НААН України виведений сорт культурного ярого рижію «Степний 1». Він є національним стандартом України та відповідає міжнародним стандартам. Вегетаційний період «Степного» − 76 днів. Урожайність насіння становить 1,23-1,51 т/га. Виведено в Україні і більш врожайні сорти рижію — Славутич та Зевс (1,7 т/га), Міраж і Престиж (1,54 т/га).

Вирощування рижію має значення для боротьби з патогенами, включаючи прямі антимікробні властивості метаболітів, специфічних для рослин, та активацію системної набутої стійкості та індукованої системної стійкості у сусідніх рослин.

Численні дослідження продемонстрували здатність Camelina sativa покращувати середовище вирощування інших важливих товарних культур. Так, борошно з рижію за внесення в ґрунт показало хорошу фунгіцидну активність проти патогену M. Phaseolina, що викликає вугільну гниль у сої, а от корисні мікробні комплекси не були порушені.

Одним із найважливіших біотичних стресів у вирощуванні сої є соєва цистоутворююча нематода (Heterodera glycines Ichinohe, SCN), яка завдає серйозної шкоди рослинам культурі. Сьогодні відомо, що рижій озимий, не будучи господарем для соєвої нематоди, знижує відтворення популяцій SCN.

Цікавим є ще одне дослідження – трирічний польовий експеримент для вивчення впливу покривних культур озимого злакового жита та озимого рижію на розвиток рослин, хвороби коренів та врожайність кукурудзи та сої.

Результати показали, що у кукурудзи, що йде за покривною культурою рижію, спостерігалося менше хвороб коренів, викликаних грибним патогеном Pythium, а розвиток і врожайність кукурудзи після рижію були кращими, ніж після жита. Крім того, покривна культура озимого рижію, вирощена перед кукурудзою, практично не мала шкідливого впливу на розвиток проростків кукурудзи та кінцевий урожай, порівняно з покривною культурою озимого жита, що передувала кукурудзі.

Завдяки своєму енергійному розвитку та структурі посіву, рижій добре пригнічує бур'яни, зменшуючи розвиток і поширення пов'язаних із бур'янами патогенів. У лабораторних дослідах із біоконтролю амброзії полиннолистной водний екстракт рижію показав найкращий алелопатичний ефект порівняно з водними екстрактами білої гірчиці, абіссинської гвізоції, редьки посівної та гречки посівної.

Аналіз із використанням рідинної хроматографії та тандемної мас-спектрометрії виявив 15 фенольних сполук із найвищою концентрацією ваніліну, хлорогенової кислоти, ванілінової кислоти, кавової кислоти та сирингової кислоти саме в рижію.

Однак, варто зазначити, що сучасні дослідження з фітохімічної характеристики алелопатичних сполук, у тому числі, глюкозинолатів, застаріли і засновані на застарілих підходах.

Тому потрібно проводити нові метаболомні аналізи (всебічне системне вивчення кінцевих і проміжних продуктів обміну у клітинах, метаболітів ) з використанням методів, що ґрунтуються на мас-спектрометрії. Ці аналізи допоможуть ідентифікувати найпоширеніші метаболіти, глюкозинолати, продуковані Camelina sativa, у тому числі метаболічні інтермедіати GSL і продукти розпаду (прості нітрили, епітіонітрили, органічні тіоціанати, сульфіди та тіоли), а також нові класи потенційно фітотоксичних сполук, формуючих алелопатичний феномен рижію посівного.

Також важливо відзначити, що виробництво глюкозинолатів у Camelina sativa залежить від забезпеченості рослин культури сіркою і регулюється генами SDI1 і SDI2. Більше того, кореневі ексудати, мабуть, є основним шляхом, за допомогою якого рижій виявляє свій алелопатичний потенціал. Тому вкрай важливо поглибити дослідження хімічного складу цих сполук, їхньої динаміки протягом циклу врожаю та їхньої долі після потрапляння у навколишнє середовище (тобто явища трансформації та/або мікробної деградації).

Отже, з появою мас-спектрометричних методів у поєднанні з газовою хроматографією або надвисокоефективною рідинною хроматографією дослідження невідомих хімічних речовин або біохімічних проміжних продуктів може значно розширитися. Ці вдосконалені аналітичні методи пропонують унікальну можливість глибше дослідити алелопатичну активність Camelina sativaі розкрити нові аспекти його хімічної взаємодії з іншими видами. Крім того, ці передові методи можуть пролити світло на раніше невідкриті алелохімічні речовини, які можуть бути наявними в рослині, розширюючи наше розуміння її екологічної ролі та потенційних застосувань. Використовуючи ці сучасні аналітичні інструменти, дослідники можуть отримати велику кількість інформації, відкриваючи нові двері для подальших досліджень у галузі алелопатії.

Рижій посівний має зайняти почесне місце серед сучасних алелопатичних та біофумігаційних культур, вважають дослідники та закликають використовувати нові наукові методи для пояснення феноменальних властивостей цієї культури, особливо корисної як покривної та проміжної для сої та кукурудзи, й кращого розуміння подальших стратегій у селекції.

За статтею групи авторів (Мартіна Гідолі, Мікеле Песенті, Федеріко Коломбо, Фабіо Франческо Носіто, Роберто Пілу, Фабріціо Араніті), опублікованій на порталі www.mdpi.com (переклад та редагування О. Єрмоленко, o.yermolenko@univest-media.com)