Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания

Каширина, Екатерина Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания"

На правах рукописи

РГБ ОД

1 3 ДЕК 'НПО

КАШИРИНА

Екатерина Игоревна

ИНТЕГРАЦИЯ УГЛЕРОДНОГО И АЗОТНОГО МЕТАБОЛИЗМА В РАСТЕНИИ ПШЕНИЦЫ (ТгШсит аевиуит Ь.) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ

03.00.12 - физиология растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на кафедре физиологии растений Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Алехина Н.Д.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

главный научный сотрудник Кренделева Т.Е.

кандидат биологических наук, доцент Дмитриева Г. А.

Ведущая организация: Московская сельскохозяйственная

академия им. К.А. Тимирязева

Защита диссертации состоится " 15 " ноября 2000 г. в 16.00 часов на заседании Диссертационного Совета К.053.05.14 при Биологическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова по адресу:

119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Биологический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. A.M. Горького Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан " 9 " октября 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета „ ^

кандидат биологических наук, _ . [-¡С/

доцент I {(>)( I- / Полесская О.Г.

У .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рост и развитие растений - это итог взаимодействия двух систем: реализации генетического потенциала и действия условий окружающей среды. В результате формируется фенотип организма, максимально приспособленный к тем или иным условиям. Условия азотного питания кардинально изменяют жизнедеятельность растений, провоцируя множественный ответ. В зависимости от дефицита или формы минерального азота (N03\ NH/) у растений изменяются: фотосинтез [Жигалова, Гавриленко, 1986; Chapín, 1991; Кренделева и др., 1996; Banks et al., 1999], дыхание [Barneix et al., 1984; Полесская и др., 1999], поглощение ионов и ионный состав тканей [Haynes, Goh, 1978; Кондратьев и др., 1984; Haynes, 1986; Marchner, 1995], участие корней и листьев в ассимиляции азота и пути его усвоения [Marchner, 1995; Алехина и др., 1996]. Однако, наиболее очевидным результатом длительного воздействия на растение такого фактора, как азотное питание, являются изменения в росте надземных органов и корней [Jackson, Volk, 1967; Chapín, 1991; Scheible et al., 1997; Stitt, 1999]. Несмотря на обилие данных, стратегия ответных реакций растения на действие условий азотного питания во многом остается невыясненной. Особенно это касается причинно-следственных отношений между процессами азотного и углеродного обмена и их согласованной регуляции. Данные литературы фрагментарны, так как исследования выполнены на разных видах растений и касаются отдельных процессов обмена или структурных параметров, которые чаще всего сравнивались у растений, росших на нитрате и без азота [Cincerova, 1990; Chapin, 1991; Полесская, Алехина, 1995; Кренделева и др., 1996; Crafts-Brandner et al., 1998], реже у растений, росших на нитрате и аммонии [Jackson, Volk, 1967; Гавриленко и др., 1980; Жигалова, Гавриленко, 1986; Никитин и др., 1991; Raab, Terry, 1994]. Отсутствуют публикации, где одновременно изучено действие на физиологические процессы нитрата, аммония и отсутствия азота в среде. Кроме того, по результатам, полученным на разных видах растений и при использовании разных схем эксперимента, трудно установить, являются ли изменения следствием адаптации к условиям снабжения азотом или обусловлены другими причинами (спецификой объекта, разным физиологическим возрастом, нарушениями в процессах обмена). Необходимы комплексные исследования, чтобы выяснить, какие процессы определяют адаптивную пластичность растения к действию "азотного фактора", какова их иерархия и принципы координации в пространстве и во времени.

Цели и задачи исследования. Целью работы было установить, какова стратегия адаптивных изменений в углеродном и азотном обмене и в распределении роста и конструктивных веществ у пшеницы (Тпйсит аеБи^дта Ь.) в зависимости от условий азотного снабжения.

В задачи работы входило:

1. Определить параметры роста, а также характер накопления и перераспределения массы и азота между органами у пшеницы, исходно растущей на средах с нитратом, аммонием, или без азота. Оценить темпы использования запасов зерновки.

2. Выяснить состав азот- и углеродсодержащих веществ и получить структурно-функциональную характеристику тканей корней и листьев растений, адаптированных к условиям нитратного, аммонийного питания и голодания.

3. Исследовать дыхание корней и дыхание и фотосинтетическое выделение кислорода у листьев разного яруса в динамике роста растений.

4. Оценить фиксацию двуокиси углерода зрелым донорным листом, используя интактные растения, экспонированные на разных фонах азотного питания.

Научная новизна работы. Впервые проведено системное исследование комплекса структурных, функциональных и биохимических процессов и показателей в динамике роста пшеницы на питательной среде либо с нитратом, либо с аммонием, либо без азота. Получена информация, касающаяся целостного организма, о характере изменений, вызванных условиями азотного питания. Продемонстрировано, что разница между вариантами в накоплении восстановленного азота проявляется у проростков раньше, чем различие в накоплении массы. Но темпы использования запасов зерновки не зависели от условий азотного снабжения. Установлено, что в зависимости от действия условий азотного питания в корнях и донорном листе на тканевом уровне, в целом меньше варьируют показатели содержания общего восстановленного азота, его фракций и белка, чем содержания углеводов, хотя количественные изменения отдельных соединений происходят у растений дифференцировано. Впервые определена масса клеточной стенки и продемонстрировано, что ее доля в массе сухого вещества корней и донорного листа изменяется в зависимости от фона азотного питания. Впервые в динамике оценены и сопоставлены параметры роста, фотосинтетическая и дыхательная активность корней и листьев разных ярусов у пшеницы, акклимированной к разным условиям азотного питания. Выяснено, что значительные изменения в росте и морфологии сопряжены с сохранением уровня потенциальной активности фотосинтетического аппарата (сходная скорость выделения 02 тканями

листьев) и поддержанием в корнях и листьях одинаковой (NCV и -N варианты) или несколько более высокой (NH4+ вариант) интенсивности дыхания. Впервые параллельно у трех азотных вариантов на функционально донорном листе интактных растений измерена скорость фиксации С02. Показано, что на уровне органа скорость поглощения СО? была самой высокой у листа NH/ варианта и самой низкой у листа -N варианта. Обосновывается новый взгляд на азотное питание, как фактор индуцирующий появление разных фенотипов растений пшеницы сорта Инна.

Практическая значимость исследования. Азотное питание - один из основных естественных факторов, определяющих рост и продуктивность растений. Кроме того, это фактор, с помощью которого можно контролировать жизнедеятельность растений. Результаты проведенного исследования и сделанные обобщения позволяют оценить потенциальные возможности растений на ранних стадиях развития утилизировать азот нитрата, аммония или приспосабливаться к недостатку азота в среде. Растения, выращиваемые при разных условиях азотного снабжения, имеют разные структурные и метаболические характеристики и являются удобной моделью для изучения: взаимодействия процессов усвоения азота и фотосинтеза; роли дыхания в адаптации к условиям азотного питания; донорно-акцепторных отношений по углероду и азоту между корнями и побегами и др.. Оценка интегральных параметров накопления массы и азота, их распределение, характеристика морфологии, результаты изучения фотосинтеза, дыхания и состава веществ могут служить базой для разработки схем взаимодействия углеродного и азотного обмена и моделирования донорно-акцепторных отношений у растений в зависимости от условий азотного питания. Такие модели необходимы для решения практических задач, связанных с управлением процессами развития растений и использования азота среды.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на VI (Москва, 1999) и VII (Москва, 2000) Международных конференциях аспирантов и студентов по фундаментальным наукам "Ломоносов", на IV Съезде общества физиологов растений России (Москва, 1999), на VII Молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2000), на школе-конференции "Горизонты физико-химической биологии" (Пущино, 2000). Основные результаты доложены и обсуждены на заседании кафедры физиологии растений МГУ им. М.В. Ломоносова.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ и 1 работа принята к печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 126 страницах машинописного текста; состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, раздела результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 6 таблиц и 12 рисунков. Список литературы включает 176 источников, из которых 117 иностранных. Приложение состоит из 14 таблиц.

1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования была пшеница (Triticum aestivum L.) сорта Инна. Растения выращивали в водной культуре в климатической камере ЛИК МГУ на трех фонах азотного питания: N(V вариант - смесь Хогланда 0,2 нормы (3 мМ - NO/); -N вариант - смесь Хогланда 0,2 нормы, в которой соли нитрата замещали эквимолярным по катионам количеством КС1 и CaS04; NH/ вариант - смесь Прянишникова 0,5 нормы (ЗмМ -NH4+), содержащая NH4C1 вместо nh4no3 [Баславская, Трубецкова, 1964; Ширшова и др., 1986]. Дополнительно добавляли комплексон железа с ЭДТА. Питательные растворы меняли каждые три дня и постоянно аэрировали слабым током воздуха; рН среды поддерживали на уровне 6,8.

Часть показателей исследована в динамике развития у 2-28-дневных растений, а часть - только, у 21 -дневных растений.

О росте судили по накоплению массы сырого и сухого вещества в надземных органах и корнях. Площадь листьев оценивали на основании расчета по формуле [Аникеев, Кутузов, 1961]. Накопление и распределение азота оценивали по количеству общего восстановленного азота (NB0CCT.) и азота небелковой (NHi:6,BOC(:T) и белковой (N6e.nK.BOa;T.) фракции. Содержание N80CCT, определяли методом Любошинского-Зальта после сжигания сухого материала [Баславская, Трубецкова, 1964]. Содержание белка определяли по Лоури [Lowry, 1951; Шипарев и др., 1996]. Выделение растворимых Сахаров и крахмала осуществляли по общепринятой методике [Шипарев и др., 1996], количественный анализ углеводов проводили хроматографически в ИБХ РАН [Хорлин и др., 1986]. Хлорофилл определяли спектрофотометрически после экстракции 96% спиртом [Гавриленко и др., 1975]. Скорость фотосинтетического выделения и темнового поглощения кислорода определяли на полярографе на кусочках тканей листа и корней [Ishi et а!., 1977; Saka, Chisaka, 1985; Nagamine et al., 1987]. Фиксацию CO? определяли с помощью инфракрасного газового анализатора Infralit-З в ИФР РАН. Методика позволяла проводить исследования на листьях интактных растений, экспонированных на питательном растворе [Bukhov et al., 1992]. Массу фракции клеточных стенок (КО выделяли и оценивали согласно [Мейчик и др., 1999; Meychik, Yermakov, 1999]. Концентрацию абсцизовой

кислоты_(АБК) устанавливали методом твердофазного

иммуноферментного анализа [Fuchs et al, 1972; Ковалев и др., 1982; Weiler, 1982] согласно методике, разработанной на кафедре физиологии растений МГУ им. М.В. Ломоносова к.х.н. с.н.с. Блинцовым А.Н..

Величины представлены как средние арифметические и их стандартные отклонения 3-5 независимых опытов, с тремя биологическими повторностями в каждом, число аналитических повторностей варьировало для разных показателей. Статистическую обработку данных проводили в программе Excel.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Условия снабжения нитратом в концентрация 1,5-5 мМ считаются оптимальными для роста и развития растений, и вариант нитратного питания обычно рассматривается как норма [Chapín et al., 1988; Marschner, 1995 p.372; Banks et al., 1999; Stitt, 2000]. Успешное использование аммония возможно, как было доказано в работах Д.Н. Прянишникова, при соблюдении ряда условий, обеспечивающих исключение отрицательного действия самого иона NHf, а также повышенной кислотности в среде, возникающей при его усвоении в корнях [Прянишников, 1945; Haynes, Goh, 1978; Haynes, 1986; Алехина, Клюйкова, 1986; Marschner, 1995 р.545]. Использованная нами модификация питательного раствора смеси Прянишникова, с высокой буферностью, позволяет оптимизировать условия утилизации аммония [Баславская, Трубецкова,! 964; Ширшова и др. 1986]. Учитывая, что концентрация NH4+ не была высокой, a pH поддерживался близким к нейтральному, аммонийное питание пшеницы можно рассматривать как альтернативный вариант нормы. Наконец, отсутствие азота в среде приводит к ситуации трофического стресса, когда новообразование структур происходит за счет ремобилизации и перераспределения азота внутренних ресурсов [Oaks 1983, 1985]. Растения пшеницы, выращенные в разных условиях азотного питания различаются по своим физиолого-биохимическим и морфологическим характеристикам [Nobel, Walker, 1985; Ширшова и др., 1986; Marschner, 1995; Полесская и др., 1999] и могут быть использованы для изучения реорганизации углеродного и азотного метаболизма.

2.1. Рост, накопление и распределение массы и азота у растений пшеницы в зависимости от фона азотного питания

Накопление растением сухого вещества является основным интегральным показателем, характеризующим рост. Различия в росте пшеницы в зависимости от азотного питания проявились только после 14 дня, когда запасы зерновки были исчерпаны полностью (рис. 1). При этом темпы потери сухого вещества зерновкой не различались (рис. 1).

Растения, снабжавшиеся нитратом, накапливали массу наиболее интенсивно. Рост пшеницы на фоне аммонийного азота и, особенно, при голодании тормозился. Масса сухого вещества у 21-дневных растений ЫН4+ варианта составила 65,6 % по сравнению с ЫОз" вариантом. При голодании у растений в период с 10 по 28 день масса сухого вещества возрастала только в 2,3 раза (у ИОз" и МН/ вариантов в 5,7 и 3,8 раза, соответственно).

Рис. 1. Накопление сухого вещества и потеря массы зерновкой (вставка) у пшеницы в динамике роста при разных условиях, азотного питания.

Хотя, рост растений на аммонийном фоне тормозился по сравнению с нитратным, распределение сухого вещества между корнями и надземными органами было одинаковым. У 21-дневных растений масса корней составляла 11% и 12% от массы целого растения в N0^', ИН/ вариантах, соответственно (рис. 2). Таким образом, при использовании пшеницей аммония, уменьшение сухого веса происходило как за счет надземной части, так и корней. При голодании, несмотря на снижение массы целого проростка, масса корней увеличивалась не только относительно (31%), но и абсолютно (рис. 2).

Помимо массы менялась также морфологическая характеристика корней и побегов. У нитратного варианта происходило активное образование придаточных корней с большим числом боковых. У аммонийного варианта формировались короткие и визуально утолщенные придаточные корни с небольшим числом боковых корней. Азотное голодание приводило к образованию длинных, относительно тонких

придаточных корней с незначительным развитием боковых (рис. 2). Изменения в массе надземных органов происходили за счет листьев, которые формировались после 14 дня выращивания. У растении, снабжаемых азотом, к 21 дню формировался 3-ий и 4-ый лист, хотя, у аммонийного варианта появление и развертывание новых листьев задерживалось по сравнению с нитратным вариантом. В отсутствие азота в среде у 2!-дневных растений задерживалось формирование 3-его листа и отсутствовал 4-ый лист (рис. 2).

Рис. 2. Распределение сухого вещества между корнями и побегом (мг массы и % от целого) и морфологические изменения у 21-дневных растений пшеницы в зависимости от условий азотного питания.

Ростовые показатели 1-го листа, который был сформирован к 7-ому дню, не различались по вариантам (рис. 3). У второго листа также достоверно не различалась масса сухого вещества, но у 21-дневных растений достоверно уменьшение площади листа в ряду ЬЮз", ЫН/ и ^ вариантов (рис. 3). Величины массы сухого вещества и площади у третьего листа, измеренные у 17-дневных растений, были наибольшими у растений, обеспеченных нитратом и наименьшие у голодающих растений (рис. 3).

см

N03'

1-ый лист

NH/

-N

-ыи лист

14* 2! 28 Возраст (дни)

Рис. 3. Динамика накопления массы сухого вещества (%■ > , мг) и изменения площади листьев (ВВ, см") у растений пшеницы в зависимости от условий снабжения азотом (* - 17 дней для 3-его листа).

Кривые накопления сухого вещества и накопление азота, как правило, коррелируют [Pate, 1983; Haynes, 1986; Marschner, 1995]. У пшеницы разница в содержании восстановленного азота между растениями, которые снабжались азотом (no3* и NH4+ варианты) и голодавшими, стала очевидной уже у 10-дневных проростков, масса которых еще не изменялась (рис. 1 и 4). Поскольку отток азота из зерновки

был одинаковым (рис. 4), обнаруженная разница свидетельствует о том, что уже на ранних этапах вегетации наряду с использованием азота зерновки интенсивно поглощается как нитратный, так и аммонийный азот среды. Поступивший из среды азот, независимо от формы в Ы03' и ЫН/ варианте составляет 466 и 840,5 мкг N / проросток, соответственно, у 10-ти и 14-дневных растений, кроме того у растений, снабжавшихся окисленным азотом, в тканях уже 7-дневных проростков накапливается нитрат.

Возраст (дни) Рис. 4. Накопление восстановленного азота и использование запасов зерновки (вставка) у пшеницы в динамике роста при разных условиях азотного питания.

Обосновано, что участие корней и фотосинтезирующих органов в усвоении азота зависит от того, какая его форма (аммоний или нитрат) присутствует в среде [Miflin, Lea, 1977; Алехина, Ширшова, 1979; Измайлов, 1986; Haynes, 1986; Stulen, 1986]. Поглощенный аммоний весь усваивается в корнях, а затем, в составе транспортных аминокислот и амидов, поступает в надземные органы. Нитрат также может усваиваться в корнях, но у пшеницы 66-68% NO3" перемещается в побеги [Клюйкова, Алехина, 1983] и либо ассимилируется после восстановления, либо накапливается в виде аниона в зеленых тканях.

Несмотря на различия в пространственной организации процессов усвоения поглощаемого аммония и нитрата, содержание восстановленного азота в зрелых листьях, первом и втором, у растений no3" и NH/

вариантов различалось мало (рис. 5). В растениях -Ы варианта, начиная с 14 дня, происходило только перераспределение азота между надземными органами и корнями. Азот 1-го, частично, 2-го листа, главным образом, за счет небелковой фракции служил источником этого элемента для корней и появляющегося 3-его листа (рис. 5). У голодающих растений значительно возрастала доля общего азота корней (у 21-дневных растений она составляла 9,3%; 10,2%; и 31,2% в вариантах Ы03"; ЫН4+ и -Ы, соответственно).

мкг/корень

О 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

Возрагг (да)

Рис. 5. Распределение МЖ1ССТ. по органам растений пшеницы, растущей на среде с аммонием, нитратом или без азота.

Таким образом, растения реагируют на действие "азотного фактора" изменением процессов роста, использования азота, формообразования и перераспределением массы и азота в системе целого растения. Изменения в росте и накоплении азота на самых ранних стадиях развития индуцируются действием азота среды, и не зависят от темпов потребления запасов эндосперма.

2.2. Структурные н биохимические параметры, характеризующие функциональное состояние органов пшеницы, растущей при снабжении нитратом, аммонием или без азота

Растения, которые с первых дней вегетации находятся в разных условиях азотного питания, акклимируются к использованию нитрата, аммония и дефициту азота в среде (в последнем случае, пока действие трофического стресса не становится таким продолжительным, что приводит к гибели). Ткани, сформированных растений различаются по ряду параметров, свидетельствующих о метаболических и структурных перестройках (табл. 1 и 2). Относительные изменения массы сырого и сухого вещества корней и листьев в зависимости от фона азотного питания не совпадают: сырой вес корней 21-дневных растений ЫОз" и -Ы вариантов был практически одинаков, а масса сухого вещества корней в -Ы варианте на 45% превышала таковую в ЫОз" варианте (табл. 1). У второго листа 21-дневных растений масса сырого вещества снижалась в ряду ЬЮз", КН/, -Ы ■ вариант, но масса сухого вещества была одинакова (различия недостоверны) (табл. 1). Эти результаты свидетельствуют о разной оводненности тканей. Содержание воды в корнях составляло 95; 94 и 93%, а во втором листе 91, 90 и 86% от массы в вариантах ЫОз", МН4+ и -И, соответственно.

Таблица 1. Изменение некоторых параметров, связанных с аккл1ша1{ией пшеницы к условиям азотного питания (21-дневные растения)._

Вариант Ы03" ЫН4+ -М

Корни

Сырой вес, мг 222,9±8,б 129,6+8,5 239,4±7,3

Сухой вес, мг 10,9±0,5 7,6±0,5 15,8±0,6

Клеточная стенка, мг /100 мг сухого веса 43,2+1,2 39,2±1,7 47,2±1,6

Второй лист

Сырой вес, мг 132,0±10,0 114,0±6,2 79,6±8,7

Сухой вес, мг 11,7±0,5 11,2±0,7 10,8±0,7

АБК, мольхЮ"1'/г сыр. веса 5,4+0,9 15,5+0,9 33,4±4,6

Клеточная стенка, мг /100 мг сухого веса 45,8+1,3 42,7±0,5 53,7± 1,0

Впервые была определена масса фракций клеточных стенок (КС) и установлено, что доля КС в сумме веществ меняется в зависимости от азотного питания. В корнях массовая доля КС была наибольшей в -Ы варианте и наименьшей в №1/ варианте. Эта закономерность справедлива и для тканей листа. Следует отметить, что увеличение массы КС у второго

листа -Ы варианта было более значимым, чем у корней и коррелировало с повышением уровня абсцизовой кислоты (АБК) (табл. 1). Ранее показано, что у листа -Ы варианта уменьшается площадь клеток и утолщаются клеточные стенки [Полесская и др., в печати]. Результаты свидетельствуют, что под действием азотного стресса вариант) формируется пейноморфная структура тканей и органов. Аммонийное питание по сравнению с нитратным также приводит к некоторому увеличению содержания АБК в листе, но масса клеточной стенки как и в корнях, была самой низкой (табл. 1).

Таблица 2. Количественный состав веществ у 2¡-дневной пшеницы,

росшей на разных фонах азотного питания.

вариант N0," Ш4+ -Ы

Корни

Г^в. общ, мг/г сух. веса 39,9±1,8 47,2±2,0 27,0±1,1

Ч. нсбелк.? мг/г сух. веса 18,б±1,3 22,5±2,3 12,1±1,9

Белок, мг/г сыр. веса 11,3±0,5 17,7±0,5 10,1 ±1,4

глюкоза, мг/г сух.веса 2,9±0,1 6,5±0,2 2,2+0,1

сахароза, мг/г сух.веса 7,3±0,4 3,4±0,1 26,0±0,2

Второй лист

N8. общ., мг/г сух. веса 45,8±4,1 52,6±3,4 26,4±2,1

N8. „6. мг/г сух. веса 17,0+1,2 20,4±1,3 9,4±0,7

Белок, мг/г сыр. веса 21,3 ±2,6 26,3±2,2 17,1+2,2

Глюкоза, мг / г сух. веса 5,1+0,2 7,0±0,2 2,2±0,1

Сахароза, мг / г сух. веса 43,0±2,7 5,4±0,3 15,5±0,6

Крахмал, мг/г сух. веса 10,2±0,4 2,5±0,1 39,5±2,4

Поскольку, изменения в росте и морфологии растений связаны с условиями азотного питания, можно было ожидать заметного различия в азотном статусе тканей. Действительно, при аммонийном питании увеличивалось содержание восстановленного азота и белка в единице массы тканей как корней, так и листьев (табл. 2). Разрастание корней в условиях азотного голодания сопровождалось образованием биомассы с более низким содержанием азота в их тканях (табл. 2). Снижение уровня ¡Чшсст. в тканях листа -Ы варианта было еще более значительным, чем у корней. Однако, содержание белка как у корней, так и у второго листа -Ы варианта достоверно не различалось по сравнению с ЫОз' вариантом (табл. 2). Сведения литературы о том, как изменяется количество общего азота, его распределение по фракциям и состав различных азотсодержащих веществ в тканях растений, снабжаемых нитратом или аммонием, неопределенны. Сообщалось, что содержание свободных аминокислот, белка, общего азота в листьях ряда сортов пшеницы мало зависит от

формы азотного питания [Gasic et al., 1992]. В то же время, отмечалось, что при аммонийном питании увеличивается содержание белка в листьях свеклы [Raab, Terry, 1994] и стручкового перца [Takacs, Tecsi, 1992], корнях бобов [Jackson, Volk, 1967] и крапивы [Rosnitschek-Schimmel, 1982]. Показано, что при аммонийном питании по сравнению с нитратным у пшеницы и ячменя возрастает содержание аминокислот, особенно глутамина и аспарагина [Ширшова и др., 1986; Никитин и др., 1991; Esposito et al., 1998]. Во многих работах отмечено, что при азотном голодании происходит перераспределение азота из старых листьев в ювенильные и корни, главным образом, за счет хлоропластных белков, таких как Рубиско, а также хлорофилла [Feller, Keist, 1986; Evans, 1989; Cooper, Clarkson, 1989; Cincerova, 1990; Crafts-Brandner et al., 1998]. При этом, на фоне низкого содержания восстановленного азота в тканях голодающих растений, увеличивается соотношение белкового и небелкового азота, что свидетельствует об активной утилизации азота небелковой фракции [Cincerova, 1990; Mardanov et al., 1998].

Если принять нитратное питание за вариант сравнения, то у пшеницы (табл. 2) наиболее четкие изменения можно свести к следующему: уменьшение NB0CCX. в -N варианте; увеличение содержания белка в NHf варианте и наконец, сохранение количества белка в -N варианте на уровне NO3' варианта (табл. 2). Несоответствие с данными литературы по белку обусловлено тем, что объектом нашего исследования были растения акклимированные к условиям трофического стресса, у которых еще не наступал период раннего старения.

Под действием формы азота и его дефицита в среде сильно изменялся количественный состав углеводов (табл. 2). При аммонийном питании в тканях корней количество глюкозы было максимальным, а сахарозы минимальным. В корнях при голодании очень высоким было содержание сахарозы (26 мг/ г сухого веса по сравнению с 7,3 и 3,4 в NO/ и NH/ вариантах, соответственно). В донорном листе растений нитратного варианта преобладающей была сахароза - основная форма сахаридов, транспортируемая по флоэме и запасаемая в вакуоли. При снабжении аммонием в тканях листа запасные (крахмал, сахароза) и транспортные (сахароза) формы углеводов не накапливались, а уровень глюкозы, наоборот, повышался (табл. 2). В листе -N варианта в очень большом количестве накапливался крахмал (39,5 мг/г сухой массы), при этом содержание глюкозы было самым низким. Содержание сахарозы при дефиците азота было втрое ниже, чем в N03" варианте, но втрое выше, чем в NH4+ варианте.

Таким образом, в зависимости от условий азотного питания меняются не только азотный статус и количество азота разных фракций, но и кардинально иным становится количественный состав углеводов. Важным результатом нашего исследования является демонстрация того,

что y растений, акклимированных к условиям голодания по азоту, независимо от снижения темпов роста и уменьшения количества NBOCCr. в тканях сохраняется высокий уровень содержания белка. Полученные на пшенице результаты, касающиеся изменений количественного состава углеводов (табл. 2) в зависимости от формы и доступности азота среды согласуются с данными литературы. Показано, что нитрат, и особенно, аммоний, вызывают переключение потоков углерода с синтеза углеводов на синтез аминокислот и белков [Bowman, Paul 1988; Никитин и др., 1991; Huppe, Turpin, 1994; Raab, Terry, 1994]. На листьях сои [Rufty et al., 1988], клетках ряски [Thorsteinsson et al., 1987], листьях ячменя и гороха [Chapin et al., 1988; Thorsteinsson, 1989] продемонстрировано, что при недостатке азота происходит накопление крахмала. Новым дополнением к этим фактам являются результаты об изменении массы клеточной стенки, куда может направляться меньший (NHT вариант) или больший (-N вариант) поток углерода.

2.3. Дыхание и фотосинтез у растений пшеницы, растущей на среде с нитратом, аммонием или без азота

Известно, что рост и биологическая продуктивность растений определяется скоординированным функционированием фотосинтеза и дыхания, которые поставляют энергию и конструктивные вещества, обеспечивая накопление биомассы [Кошкин, 1990; Беликов, Дмитриева, 1992; Андреева и др., 1998]. Поэтому, возникают вопросы, каким образом и в какой мере изменения, установленные в росте, распределении массы и азота связаны с фотосинтезом и дыханием тканей пшеницы, растущей при разных условиях азотного питания?

У пшеницы интенсивность дыхания как тканей листьев, так и корней была выше в аммонийном варианте, чем в нитратном и безазотном вариантах, у которых величина поглощения кислорода достоверно не различалась (рис. 6). Такая закономерность сохранялась в динамике роста. Сведения о влиянии условий азотного питания малочисленны. Ранее сообщалось о снижении интенсивности дыхания при азотном голодании у горчицы сарептской [Май и др., 1987]; об активации дыхания корней пшеницы при снабжении растений нитратом или аммонием после периода голодания [Barneix, 1984]. Сравнительно высокая интенсивность дыхания листьев аммонийного варианта коррелирует с низким уровнем Сахаров (сумма глюкозы и сахарозы) (табл. 2), но в корнях такой закономерности не наблюдалось. Данные, полученные ранее на растениях пшеницы [Полесская и др., 1999] свидетельствуют, что в зависимости от условий азотного питания меняется вклад цитохромного, альтернативного и остаточного дыхания в общее дыхание тканей листа и корней. И доли альтернативного и остаточного дыхания выше у растений NH/ и -N вариантов. Подобные перестройки дыхания можно связать (как и в случае

действия других факторов) [ЬэтЬегБ, 1985; Семихатова, 1995] с ролью окислительного метаболизма в адаптационных процессах.

возраст 14 дней корни

21 день

Г.'.УН

Js дней

2 лист

3 лист

• • • »J. • » « -1

г/ у'

Äs

'¡МЛ,

40 0

N03"

niV

-N

Рис. 6. Интенсивность дыхания тканей корней и листьев пшеницы в зависимости от условий азотного питания (мкмоль СЬ / г сырого веса час).

Фотосинтетическая активность тканей и содержание хлорофилла были определены в возрастной динамике 1-го, 2-го, 3-го листа (рис. 7, табл. 3).У голодающих по азоту растений наблюдалось снижение концентрации хлорофилла у 1-го листа уже к 21 дню, а у 2-го к 28 дню (табл. 3), что связано с более ранним и быстрым старением листьев, сопровождающимся деградацией хлорофилла при трофическом стрессе [Feller, Keist, 1986; Evans, 1989; Cooper, Clarkson, 1989; Cincerova, 1990; Crafts-Brandner et al„ 1998]. В аммонийном варианте наблюдалась тенденция к увеличению содержания хлорофилла (табл. 3). Ранее уже отмечалось увеличение содержания хлорофилла у растений пшеницы при выращивании на аммонии [Никитин и др., 1991; Raab, Terry, 1994].

Скорость выделения СЬ, измеренная при насыщающей интенсивности света и концентрации углекислоты (НС03') характеризует фотосинтетическую активность, которая определяется, главным образом, работой электрон-транспортной цепи и оборотом цикла Кальвина, и не

отражает интенсивности истинного фотосинтеза, связанного с фиксацией СО? в системе iп vivo.

Таблица 3. Содержание хлорофилла в листьях пшеницы, растущей

на разных фонах азотного питания (мг /г сырого веса)

Органы Возраст (дни) 14 21 28

Первый N0," 1,99±0,12 1,7810,01 1,7710,09

лист NH/ 2,1610,09 1,9710,11 1,84+0,06

-N 1,8610,14 1,5610,11 1,0110,05

Второй N03" 1,7510,09 1,8810,07 1,9310,07

лист NH4+ 2,26+0,11 2,5410,06 2,42+0,04

-N 1,6710,13 1,9410,11 1,4510,12

Третий N03" 1,8110,06 1,89+0,06

лист nh4+ 2,23+0,08 2,63+0,13

-n 1,7210,08 1,62+0,05

Результаты, характеризующие скорость выделения О2 тканями листьев, достаточны монотонны: достоверной разницы между вариантами не было (рис. 7). Снижение активности в 1-ом и во 2-ом листе 28 дневных растений -И варианта, очевидно, обусловлено деградацией хлорофилла в результате старения листа, в условиях азотного голодания (табл. 3). Из результатов этой серии определений следует, что в тканях развивающихся (2-ой лист 14-дневных растений и 3-ий лист 21- и 28-дневных) и зрелых (1-ый лист 14-дневных и 2-ой лист 21-дневных растений), но не стареющих листьев потенциальная фотосинтетическая активность остается неизменной при разных условиях азотного питания.

возраст

I лист

14 дней

21 день

28 дней

100 NO3'

160 о

Рис. 7. Фотосинтетическое выделение кислорода тканями листьев пшеницы, растущей на разных фонах азотного питания С ^¿йс^й^ /-г ¿¡егхг- гйгггД

По данным литературы [Кренделева и др., 1996], фотохимическая активность хлоропластов пшеницы также была одинаковой у растений, снабжаемых нитратом или голодавших по азоту. Согласно другим данным, снабжение пшеницы аммонийным азотом приводит к повышению скорости тока электронов в ЭТЦ и ускорению синтеза АТФ в реакциях циклического и нециклического фотофосфорилирования [Гавриленко и др., ¡980; Жигалова, Гавриленко, 1986].

Из литературы известно, что процессы выделения 02 и поглощения СО: могут по разному реагировать на действие дефицита или смену формы азота [Heuer, 1991; Huppe, Turpin, 1994; Champigny, ! 995]. При этом нет четкой оценки того, как азотный статус тканей влияет на процессы фотосинтеза на уровне хлоропласта и на уровне листа. Поэтому, мы сочли необходимым исследовать, как условия азотного питания действуют на ассимиляцию С02.

Объектом был выбран второй лист 21-дневных растений. Судя по установленным в динамике показателям площади, содержания N„UCCT, белка и хлорофилла (табл. 3 и 4), этот лист у растений всех трех вариантов был полностью сформированным, не проявляющим признаков старения, а, следовательно, донорным по своим функциям. Это позволило отделить изменения, связанные, собственно, с адаптацией, от изменений, провоцируемых процессами старения.

Таблица 4. Онтогенетическое состояние 2-го листа 21-дневной

Вариант Возраст, Площадь, N Белок,

ДНИ см" м кг/орган мг/г сыр.веса

N03" 14 ■ 7,3+0,8 447,4 24,4±1,2

21 8,4±0,3 535,9 21,3±2,6

28 8,4±0,6 563,6 20,4±0,6

NH/ 14 6,2+0,6 511,8 26,7±1,0

21 7,4±0,8 589,1 26,3±2,2

28 7,4+0,5 626,6 25,6+0,6

-N 14 5,2+0,5 297,0 21,5±1,5

21 5,6±0,5 285,1 17,1 ±2,2

28 5,6±0,4 263,2 16,8±0,3

При низкой интенсивности света растения фиксируют С02 с одинаковой скоростью, но при более высоких насыщающих интенсивностях света скорость фиксации у ИОз", ИН/, -Ы вариантов различалась (рис. 8).

У листа, голодавших растений ассимиляция С02 была самой низкой (63% по сравнению со скоростью поглощения С02 в 1ЧН4+ варианте), кроме

того, насыщение достигалось при более низкой интенсивности света, чем у растений, снабжаемых азотом. Наиболее высокой скорость фиксации С02 была у листа растений, снабжавшихся аммонием (рис. 8).

Рис. 8. Световые кривые скорости поглощения С02 2-ым донорным листом пшеницы, росшей на разных фонах азотного питания.

Сведения о влиянии азотного голодания, и, особенно, аммонийного питания, на ассимиляцию С02 достаточно фрагментарны и противоречивы. По одним данным, аммонийное питание негативно действует на процесс фиксации С02 [Jackson, Volk, 1967; Heuer, 1991], по другим, способствует увеличению ассимиляции С02 [Никитин, Тищенко, 1996]. Показано, что при зотном голодании ассимиляция С02, рассчитанная на целое растение, снижается из-за торможения роста надземной части [Marek, Frank, 1984; Evans, Terashima, 1988; Rufty et al., 1988]. Сложилось представление, что фотосинтез, в целом, коррелирует с азотным статусом листа и падает при снижении уровня азота в тканях [Banks et al., 1999]. Изменения фотосинтеза связывают, в основном, с содержанием Рубиско [Evans, 1986; Chahtu, 1991; Huppe, Turpin, 1994]. Доступность C02, обусловленная сопротивлением диффузии для этого газа, также является важным фактором, регулирующим ассимиляцию С02 в интактных листьях [Evans, 1986; Chapin, 1991, Caemmerer, 1996]. Вероятнее всего, низкая скорость ассимиляции С02 у второго листа пшеницы, росшей при дефиците азота (рис. 8) обусловлена, именно,

снижением диффузии С02 к местам фиксации, а не с процессами, идущими в хлоропласте. Ряд косвенных доказательств свидетельствует в пользу такого заключения. Ткани листьев N03' и -N вариантов не различаются по содержанию белка, хлорофилла и скорости выделения О: (табл. 2, 3 и рис. 7). Но у растений -N варианта формируется лист с пейноморфной структурой (рис. 3,табл. 1) [Полесская и др., в печати], что приводит к увеличению тканевого и устьичного сопротивления диффузии С02 [Nobel, Walker, 1985].

При аммонийном питании уменьшается толщина листьев [Полесская и др., в печати], массовая доля клеточных стенок, увеличивается содержание белка (табл. 1 и 2), что может привести к увеличению проницаемости С02 к местам фиксации.

В заключении следует отметить, что у донорного листа пшеницы потенциальная активность фотосинтеза, измеренная по выделению 02, была одинаковой, а установленная на тканевом уровне по фиксации СО? различалась в зависимости от условий азотного питания.

Скорость фиксации С02 в аммонийном варианте была наивысшей, что может быть обусловлено рядом причин. Существует вероятность, что наряду с увеличением общего белка в тканях (табл. 2) возрастает количество белка Рубиско (но в литературе сведений об увеличении Рубиско под действием аммонийного питания мы не встречали). В хлоропластах растений аммонийного варианта с ассимиляцией С02 не конкурируют реакции ассимиляции окисленного азота [Oaks, 1995; Алехина и др., 1996]. При аммонийном питании меняется морфология листа и хлоропласта [Полесская и др., в печати], увеличивается содержание хлорофилла (табл. 3), активируется фотофосфорилирование (Гавриленко и др., 1980), что может приводить к ускорению процесса фиксации С02. Наконец, увеличение ассимиляции СО? может быть результатом снижения содержания в тканях углеводов (табл. 2), уровень которых определяет регуляцию процесса фиксации по принципу обратной связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Акклимация растений к условиям азотного питания направлена на поддержание роста и сохранение соответствия между образованием массы сухого вещества и утилизацией азота, поглощаемого из среды или реутилизируемого из эндогенных запасов.

Масса сухого вещества целого растения (мг)

Накопление N ,„,„.., целым растением (мкг)

Масса сухого вещества корней (мг)

Накопление Ыюсс.г корнем (мкг / корень)

Масса сухого вещества 2-го листа (мг)

Накопление Мвосст. 2-ым листом (мкг / лист)

Интенсивность дыхания корней ишшшшщшнм« (мкмоль / г сырого весач) |• . * , • . • .

Интенсивность дыхания 2-го листа^--(мкмоль / г сырого весач)

Выделение 02 2-ым листом I__Пб |

(мкмоль / г сырого весач)

Фиксация СОт 2-ым листом ____?36 |

(мкмоль /дм"'ч)

О 50 100

150

200 %

Рис. 9. Интегральные физиологические показатели у 21-дневных растений пшеницы, растущей на разных фонах азотного питания, в % к ИОз* варианту (для Ы03" варианта дана также ^абсолютная цифра с размерностью в скобках).

запасов зерновки (рис. 1 и 3). У отдельных органов растений, которые приспособились к использованию N03", NH4+ или к голоданию, изменения в массе были не аналогичны изменениям в накоплении азота. Так, корни -N варианта имели самую большую массу, а количество азота в них было таким же, как в NOj" варианте; масса сухого вещества у второго листа была одинаковой, а азота в листе -N варианта накапливалось вдвое меньше, чем в NO3' варианте. Несоответствие объясняется тем, что распределение сухого вещества (90% которого представлено углеводными соединениями) и азота между отдельными органами происходит независимо, что обусловлено спецификой пространственной организации процессов синтеза, запасания, утилизации углеводов, а также их оттока из побегов в корни с одной стороны и процессов поглощения, ассимиляции, накопления, реутилизации и циркуляции в растении азота, с другой.

Накопление сухого вещества - это результат продуктивности фотосинтеза и эффективности дыхания. У пшеницы сорта Инна интенсивность дыхания тканей корней и листьев при голодании сохраняется на уровне no3' варианта, а в аммонийном варианте значительно интенсифицируется (рис. 9). Особенностью дыхания растений является наличие у них альтернативного цианидрезистентного пути передачи электрона на кислород. Как установлено в опытах с пшеницей, подобных нашим [Полесская и др., 1999], у растений, снабжаемых нитратом, поглощение О2 связано, главным образом, с основным цитохромным дыханием, а при питании аммонием или при голодании большой вклад вносит альтернативное дыхание. Функции АД, в целом, не ясны, но активацию этого пути дькания часто связывают со сменой внутренних и внешних физиологических условий [Lambers, 1985; Семихатова, 1995; Wagner, Krab, 1995]. Потенциальная активность фотосинтеза во втором функционально донорном листе, как и в других листьях, сохраняется неизменной при всех условиях азотного питания (рис. 9). Таким образом, у растений при всех условиях азотного питания поддерживается высокая интенсивность таких базовых процессов, как дыхание и фотосинтез, и, очевидно, сохранение их потенциальной активности является приоритетом в стратегии акклимации к действию "азотного фактора" (рис. 9). Фотосинтез, который оценивался по скорости фиксации СО?, листом интактного растения изменялся под действием условий азотного питания: скорость фиксации наибольшая у NH4+ варианта и наименьшая у -N варианта (рис. 9).

Изменения в ассимиляция СО2, которые происходят в зависимости от снабжения растений нитратом или аммонием, не коррелируют с изменениями в росте растений. Это обусловлено тем, что утилизация ионов аммония и нитрата не меньше, чем от фотосинтеза, зависит от энергии и субстратов, источником которых является дыхание [Bowman, Paul, 1988; Huppe, Turpin 1994; Алехина и др., 1996].

2-ой лист

^косст.

(мг / г сухого веса)

белок (мг / г сырого веса)

хлорофилл (мг / г сырого веса)

Масса клеточной стенки (мг / 100 г сухого веса)

Абсцизовая кислота (моль'Ю"" / г сырого веса)

123 +

+ I*. •. т

».«. *.

глюкоза (мг / г сухого веса)

сахароза

(мг / г сухого веса) . «.

крахмал (мг / г сухого веса)

корни

^воссг. _

(мг / г сухого веса) ^^

белок (мг / г сырого веса)

Масса клеточной стенки (мг / 100 г сухого веса)

глюкоза I 3 |

(мг / г сухого веса)

сахароза (мг / г сухого веса)

I [».*. • , ~

| I I_I_

Д_I_1_

I I_1__)_I_I

О 50 100 150 200 250 300 350

N0,

¡чн4+

-ы

Рис. 10. Содержание веществ 21-дневных растений пшеницы, растущей на разных фонах азотного питания, в % к ТЧОз" варианту (для ЫОз" варианта дана также *абсолютная цифра с размерностью в скобках).

Взаимосвязь процессов усвоения нитрата и аммония с фотосинтезом и дыханием имеет принципиальные различия, которые обусловлены разным характером пространственной организации, биохимическими и физиологическими особенностями включения в метаболизм окисленного и восстановленного азота. Процесс использования нитрата теснее, чем аммония, увязан с фотосинтезом и является более контролируемым через регуляцию нитратредуктазы, систему компартментации и транспорта из корней в надземные органы [Алехина и др., 1996; Crawford, 1995; Stitt, 1999]. Ион аммония из-за токсичности не может накапливаться в тканях и ассимилируется в корнях, что требует высокого уровня дыхания и непрерывного притока фотоассимилятов для его поддержания [Jackson, Volk, 1967; Bowman, Paul, 1988; Marcshner, 1995]. Таким образом, усвоение аммония больше, чем усвоение нитрата зависит от дыхательного метаболизма. С другой стороны, обе формы азота специфически влияют на углеводный метаболизм и распределение углеродных потоков, как на уровне синтеза соединений, так и на уровне распределения по органам [Курсанов, 1960; Champigny, Foyer, 1992; Marcshner, 1995].

Поэтому, хотя скорость фиксации С02 в листе аммонийного варианта самая высокая (рис. 9), уровень углеводов (сахарозы, крахмала), и полисахаридов клеточной стенки самый низкий (рис. 10). Это может быть следствием активации дыхания (рис. 9) и увеличения использования ассимилятов на синтез белка и аминокислот (уровень белка и NB0CCT. в NH4+ варианте выше) (рис. 10). Однако, приоритетом в условиях аммонийного питания, очевидно, является активный транспорт фотоассимилятов в корни, где они используются на усвоение поглощаемого аммония. Действительно, масса корней аммонийного варианта самая низкая (рис. 9), в тканях снижается содержание сахарозы и масса клеточной стенки, но уровень восстановленного азота и белка существенно превышает таковой в корнях NO3" варианта. Итак, реорганизация метаболизма у растений, росших на аммонии, связана с активацией ассимиляции СО? и еще больше с активацией дыхания, а также перераспределением потоков углерода и использованием углеводных соединений и энергии на усвоение азота, что приводит к уменьшению накопления массы сухого вещества.

Низкая скорость ассимиляции углекислоты у листа растений -N варианта (рис. 9) связана с формированием при трофическом стрессе пейноморфной структуры. Это подтверждается уменьшением площади и оводненности листа у голодающего растения (рис. 3, табл. 1), снижением количества белка, увеличением массы клеточных стенок и многократного возрастания содержания АБК (рис. 10). Основываясь на этих данных и сведениях литературы [Nobel, Walker,1985; Chapín et al., 1988; Silva et al., 1990; Chapín, 1991], мы считаем, что снижение скорости фиксации С02, листом интактного растения, обусловлено увеличением сопротивления

диффузии ССЬ, как устъичной, так и тканевой. Снижение скорости ассимиляции СО? не служит причиной торможения ростовых процессов. На это указывает накопление крахмала в листе, сахарозы в корнях и увеличение массы клеточных стенок в обоих органах (рис. 10). Реорганизация углеродного метаболизма в системе целого растения -N варианта связана с оттоком "избыточных" ассимилятов из листьев в корни, и разрастание за счет этого корней обусловлено "поиском" дефицитного элемента [Feller, Keist, 1986; Haynes, 1986].

Таким образом, стратегия акклимация к разным условиям азотного питания с одной стороны направлена на поддержание уровня активности фотосинтеза и дыхания, с другой стороны связана с существенным перераспределением потоков азота и углерода, что приводит к изменению состава конструктивных веществ, модификации структур и органов, изменению в характера донорно-акцепторных отношений в системе целого растения и, в, наконец, к изменению характера роста. В итоге, в зависимости от условий азотного питания формируются растения пшеницы с разными фенотипами.

ВЫВОДЫ

1. Динамика роста пшеницы сорта Инна изменяется в зависимости от условий азотного питания после того как исчерпываются запасы зерновки. Величина накопления массы сухого вещества в целом растении уменьшается в ряду no3' NH4+ —> -N вариантов. Характер распределения массы между корнями и побегами при снабжении азотом, был сходным, но у голодающих растений значительно увеличивалась масса корней (как относительно, так и абсолютно, массы надземных органов) и снижалась масса наземных органов.

2. Разница в динамике накопления восстановленного азота (NB0CCT.) появляется у проростков, еще до исчерпания азота зерновки, и связана с поступлением нитрата и аммония из среды. Динамика накопления NB0CCT. в целом растении коррелирует с ростом и уровень NB0CCI. выше в N03", чем в NH/ варианте. При голодании у растений в период 10-ый - 28-ой день азот не накапливается, а перераспределяется из 1-го и частично 2-го листа в корни и развивающийся 3-ий лист.

3. Изменения в росте и накоплении азота у пшеницы на ранних стадиях развития индуцируются условиями азотного питания среды, поскольку, темпы потери массы сухого вещества и азота зерновкой не различались у растений, исследованных вариантов.

4. Условия азотного питания дифференцированно влияют на развитие донорного листа. У листа NH4+ варианта по сравнению с нитратным также уменьшается площадь, оводненность, масса клеточной стенки, но возрастает содержание АБК. При голодании формируется

пейноморфный лист с наименьшей площадью, оводненностыо, но с наибольшей массой клеточной стенки и высоким содержанием АБК.

5. Условия азотного питания определяют азотный и углеводный статус листа и корня. В тканях растений NH/ варианта увеличивается содержание NB0CCT, белка и глюкозы, но значительно снижается содержание запасных углеводов (сахароза, крахмал). Для тканей листа NOj" варианта характерен высокий уровень сахарозы. В -N варианте существенно снижается содержание NB0CCT., но количество белка было таким, как в NO3' варианте; в тканях увеличивалось содержание сахарозы, а в листе в накапливался крахмал.

6. Интенсивность дыхания тканей корней и листьев 1-го, 2-го и 3-го ярусов была одинаковой у растений NO{ и -N вариантов. При аммонийном питании дыхание активируется как в корнях, так и в листьях. Такая закономерность сохраняется в динамике роста.

7. Потенциальная фотосинтетическая активность, оцениваемая по скорости выделения СЬ тканями развивающихся и сформированных (но не стареющих) листьев, не зависит от фона азотного питания. Ткани листьев no3" и -N вариантов не различались также по содержанию хлорофилла, у NH4+ варианта уровень хлорофилла был выше.

8. Скорость фиксации СОг, измеренная на листе интактного растения, зависела от условий азотного питания. В донорном (втором) листе голодающего растения скорость фиксации была ниже, а при аммонийном питании выше, чем в листе растения, снабжаемого нитратом.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федина Е.И. (Каширина Е.И.), Полесская О.Г., Алехина Н.Д. Распределение роста и азота по органам растений пшеницы (Triticum aestivum L.) в зависимости от условий азотного питания // IV Съезд общества физиологов растений России (4-9 октября 1999, Москва). Тезисы докладов. Т. 1. Москва, 1999. С. 198.

2. Каширина Е.И. Влияние азотного статуса листа на фотосинтез и эффект фотоингибирования у растений пшеницы (Triticum aestivum L.) // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов". Вып. 4. М.: Изд-во МГУ, 2000. С.34.

3. Федина Е.И. (Каширина Е.И.) Рост и накопление азота растениями пшеницы в зависимости от условий азотного питания // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов". Вып. 5. М.: Изд-во МГУ, 2000. С.73-74.

4. Каширина Е.И., Полесская О.Г. Адаптивный характер изменения роста, использование азота, фотосинтез и дыхание у пшеницы (Тппсит аезйуит Ь.) в зависимости от азотного питания // Тезисы VII молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (15-19 мая 2000, Санкт-Петербург). С.-Петербург: "Буслай", 2000. С. 120-121.

5. Каширина Е.И. Фотосинтетическая активность пшеницы (Тпцсшп аезПуит Ь.) в зависимости от фона азотного питания // Горизонты физико-химической биологии: школа-конференция (28 мая - 2 июня 2000, Пущино). Тезисы стендовых сообщений. Т. 1. Пущино, 2000. С.309-310.

6. Каширина Е.И., Полесская О.Г. Влияние азотного питания на рост и С/И статус пшеницы // Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов: Межрегиональный сборник научных работ. Вып. 2. Воронеж: ВГУ, 2000. С.65-67.

7. Полесская О.Г., Каширина Е.И., Андреева С.Е., Горяева О.В., Глазунова М.А., Алехина Н.Д. Изменение морфофизиологических параметров у второго донорного листа в зависимости от условий снабжения азотом растений пшеницы (ТгШсит аезнуит Ь.) // Физиология растений, в печати.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Каширина, Екатерина Игоревна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Пути ассимиляции азота.

1.2. Влияние условий азотного питания на рост и распределение азота и углерода в системе целого растения.

1.2.1. Влияние формы азотного питания на распределение роста и азота в растении.

1.2.2. Влияние дефицита азота на рост и распределение азота в растении.

1.2.3. Влияние формы азотного питания на использование и распределение углеводов в растении.

1.2.4. Влияние дефицита азота на использование и распределение углеводов в растении.

1.3. Влияние условий азотного питания на фотосинтетическую и дыхательную активность растения.

1.3.1. Влияние формы азотного питания на фотосинтетическую активность растений.

1.3.2. Влияние дефицита азота в среде на фотосинтетическую активность растений.

1.3.3. Влияние формы и дефицита азота в среде на дыхательную активность растений.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объект, условия выращивания и схема эксперимента.

2.2. Оценка показателей роста: массы сырого и сухого вещества, площадь листьев.

2.3. Определение содержания общего восстановленного азота.

2.4. Определение содержания нитрата и фракций небелкового восстановленного азота.

2.5. Определение содержания белка.

2.6. Определение содержания углеводов.

2.7. Определение содержания хлорофилла.

2.8. Определение скорости фотосинтетического выделения и темнового поглощения кислорода.

2.9. Определение скорости фиксации СОг.

2.10. Определение массы клеточных стенок.

2.11. Определение концентрации АБК.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Рост, накопление азота и распределение массы и азота у растений пшеницы в зависимости от фона азотного питания.

3.1.1. Динамика накопления массы в целом растении и отдельных органах; изменения морфологии органов.

3.1.2. Накопление азота и распределение его по фракциям в зависимости от условий азотного питания.

3.2. Структурные и биохимические параметры, характеризующие функциональное состояние органов пшеницы, растущей при снабжении нитратом, аммонием или без азота.

3.3. Дыхание и фотосинтез у растений пшеницы, растущей на среде с нитратом, аммонием или без азота.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания"

Актуальность работы. Рост и развитие растений - это итог взаимодействия двух систем: реализации генетического потенциала и действия условий окружающей среды. В результате формируется фенотип организма, максимально приспособленный к тем или иным условиям. Условия азотного питания кардинально изменяют жизнедеятельность растений, провоцируя множественный ответ. В зависимости от дефицита или формы минерального азота (NO3", NH44) у растений изменяются: фотосинтез [Жигалова, Гавриленко, 1986; Chapín, 1991; Кренделева и др., 1996; Banks et al., 1999], дыхание [Barneix et al., 1984; Полесская и др., 1999], поглощение ионов и ионный состав тканей [Haynes, Goh, 1978; Кондратьев и др., 1984 (1); Haynes, 1986; Marchner, 1995], участие корней и листьев в ассимиляции азота и пути его усвоения [Marchner, 1995; Алехина и др., 1996]. Однако, наиболее очевидным результатом длительного воздействия на растение такого фактора, как азотное питание, являются изменения в росте надземных органов и корней [Jackson, Volk, 1967; Chapín, 1991; Scheible et al., 1997; Stitt, 1999]. Несмотря на обилие данных, стратегия ответных реакций растения на действие условий азотного питания во многом остается невыясненной. Особенно это касается причинно-следственных отношений между процессами азотного и углеродного обмена и их согласованной регуляции. Данные литературы фрагментарны, так как исследования выполнены на разных видах растений и касаются отдельных процессов обмена или структурных параметров, которые чаще всего сравнивались у растений, росших на нитрате и без азота [Cincerova, 1990; Chapín, 1991; Полесская, Алехина, 1995; Кренделева и др., 1996; Crafts-Brandner et al., 1998], реже у растений, росших на 5 нитрате и аммонии [Jackson, Volk, 1967; Гавриленко и др., 1980; Жигалова, Гавриленко, 1986; Никитин и др., 1991; Raab, Terry, 1994]. Отсутствуют публикации, где одновременно изучено действие на физиологические процессы нитрата, аммония и отсутствия азота в среде. Кроме того, по результатам, полученным на разных видах растений и при использовании разных схем эксперимента, трудно установить, являются ли изменения следствием адаптации к условиям снабжения азотом или обусловлены другими причинами (спецификой объекта, разным физиологическим возрастом, нарушениями в процессах обмена). Необходимы комплексные исследования, чтобы выяснить, какие процессы определяют адаптивную пластичность растения к действию "азотного фактора", какова их иерархия и принципы координации в пространстве и во времени.

Цели и задачи исследования. Целью работы было установить, какова стратегия адаптивных изменений в углеродном и азотном обмене и в распределении роста и конструктивных веществ у пшеницы (Triticum aestivum L.) в зависимости от условий азотного снабжения.

В задачи работы входило:

Научная новизна работы. Впервые проведено системное исследование комплекса структурных, функциональных и биохимических процессов и показателей в динамике роста пшеницы на питательной среде либо с нитратом, либо с аммонием, либо без азота. Получена информация, касающаяся целостного организма, о характере изменений, вызванных условиями азотного питания. Продемонстрировано, что разница между вариантами в накоплении восстановленного азота проявляется у проростков раньше, чем различие в накоплении массы. Но темпы использования запасов зерновки не зависели от условий азотного снабжения. Установлено, что в зависимости от действия условий азотного питания в корнях и донорном листе на тканевом уровне, в целом меньше варьируют показатели содержания общего восстановленного азота, его фракций и белка, чем содержания углеводов, хотя количественные изменения отдельных соединений происходят у растений дифференцировано. Впервые определена масса клеточной стенки и продемонстрировано, что ее доля в массе сухого вещества корней и донорного листа изменяется в зависимости от фона азотного питания. Впервые в динамике оценены и сопоставлены параметры роста, фотосинтетическая и дыхательная активность корней и листьев разных ярусов у пшеницы, акклимированной к разным условиям азотного питания. Выяснено, что 7 значительные изменения в росте и морфологии сопряжены с сохранением уровня потенциальной активности фотосинтетического аппарата (сходная скорость выделения О2 тканями листьев) и поддержанием в корнях и листьях одинаковой (Ж)з" и -Ы варианты) или несколько более высокой (1\М4+ вариант) интенсивности дыхания. Впервые параллельно у трех азотных вариантов на функционально донорном листе интактных растений измерена скорость фиксации С02. Показано, что на уровне органа скорость поглощения СО2 была самой высокой у листа МН4+ варианта и самой низкой у листа -Ы варианта. Обосновывается новый взгляд на азотное питание, как фактор индуцирующий появление разных фенотипов растений пшеницы сорта Инна.

Практическая значимость исследования. Азотное питание -один из основных естественных факторов, определяющих рост и продуктивность растений. Кроме того, это фактор, с помощью которого можно контролировать жизнедеятельность растений. Результаты проведенного исследования и сделанные обобщения позволяют оценить потенциальные возможности растений на ранних стадиях развития утилизировать азот нитрата, аммония или приспосабливаться к недостатку азота в среде. Растения, выращиваемые при разных условиях азотного снабжения, имеют разные структурные и метаболические характеристики и являются удобной моделью для изучения: взаимодействия процессов усвоения азота и фотосинтеза; роли дыхания в адаптации к условиям азотного питания; донорно-акцепторных отношений по углероду и азоту между корнями и побегами и др. Оценка интегральных параметров накопления массы и азота, их распределение, характеристика морфологии, результаты изучения 8 фотосинтеза, дыхания и состава веществ могут служить базой для разработки схем взаимодействия углеродного и азотного обмена и моделирования донорно-акцепторных отношений у растений в зависимости от условий азотного питания. Такие модели необходимы для решения практических задач, связанных с управлением процессами развития растений и использования азота среды.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Азот является одним из самых распространенных элементов в природе, но в почве содержится только небольшая часть общего азота Земли и лишь 0,2% почвенного азота прямо доступны растениям [Барбер, 1988]. Тем не менее азот входит в состав органических соединений и занимает центральное место в метаболизме растений [Miflin, Lea, 1977; Алехина, Ширшова, 1979; Кретович, 1987; Алехина и др. 1996]. Дефицит азота является вторым после воды фактором, лимитирующим продуктивность растений. Основными доступными для высших растений формами азота являются аммонийная (NH/) и нитратная (N03") [Прянишников, 1945; Haynes, Goh, 1978; Haynes, 1986].

Обобщая исследования по физиологической характеристике аммонийных и нитратных солей Д. Н. Прянишников [Прянишников, 1945] пришел к выводу, что оптимальные комбинации внутренних и внешних условий при снабжении растений нитратами и солями аммония не совпадают. Он указывал на значение таких факторов, как содержание углеводов, возраст растений, а также подчеркивал значение концентрации в среде других элементов минерального питания. Помимо выше названных факторов, снабжение растений аммонием требует усиленной аэрации питательной среды [Haynes, Goh, 1978;]. И, наконец, 9 одним из регуляторов поглощения азота является pH среды: нитраты лучше поглощаются растениями из подкисленного раствора, а аммоний из нейтрального или слабощелочного [Прянишников, 1945]. Прянишниковым [Прянишников, 1945] выделены группы растений, предпочитающие нитрат либо аммоний. Видовая специфика также имеет большое значение [Haynes, 1986].

Физиологическая особенность процессов усвоения поглощаемого аммония, вскрытая в работах Д.А. Сабинина [Сабинин, 1971], развитая в работах Курсанова [Курсанов, 1960] и многократно подтвержденная в других исследованиях [Алехина, 1983; Ширшова и др., 1986; Stulen, 1986; Алехина, Клюйкова, 1988], заключается в том, что аммоний практически сразу после поступления в клетки метаболизируется в корнях, превращаясь в азот аминокислот (главным образом, глутаминовой, аспарагиновой, аланина) и амидов (аспарагина и глутамина), и концентрация аммония в тканях очень низкая, так как накопление иона аммония недопустимо в связи с его токсичностью [Haynes, Goh, 1978; Pate, 1983]. В фотосинтезирующем листе происходит только реассимиляция аммония, образующегося, в основном, при фотодыхании [Wallsgrove et al., 1983; Wallsgrove, Lea, 1985; Андреева, 1987; Мокроносов, 1991; Мокроносов, Гавриленко, 1992; Oaks, 1994; Huppe, Turpin, 1994].

Физиологические процессы усвоения нитрата в растениях имеют ряд особенностей по сравнению с усвоением аммония: нитратный азот при определенных условиях также может почти полностью восстанавливаться до аммония и усваиваться в корнях [Измайлов, 1986; Брэй, 1986; Haynes, Goh, 1978; Pate, 1983], но в большинстве случаев нитрат транспортируется в надземные органы, в которых происходит его восстановление и ассимиляция, помимо этого, нитраты могут

10 накапливаться в тканях в значительных количествах [Сабинин, 1971; Miflin, Lea, 1977; Алехина, Ширшова, 1979; Измайлов, 1986; Clarcson, 1986; Stillen, 1986; Львов, 1987; Клюйкова, Алехина, 1983; Клюйкова, Алехина, 1992].

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Каширина, Екатерина Игоревна

ВЫВОДЫ

1. Динамика роста пшеницы сорта Инна изменяется в зависимости от условий азотного питания после того как исчерпываются запасы зерновки. Величина накопления массы сухого вещества в целом растении уменьшается в ряду Ы03" -» >Щ4+ —» -Ы вариантов. Характер распределения массы между корнями и побегами при снабжении азотом, был сходным, но у голодающих растений значительно увеличивалась масса корней (как относительно, так и абсолютно, массы надземных органов) и снижалась масса наземных органов.

2. Разница в динамике накопления восстановленного азота (]ЧВ0ССТ.) появляется у проростков, еще до исчерпания азота зерновки, и связана с поступлением нитрата и аммония из среды. Динамика накопления Ывосст в целом растении коррелирует с ростом и уровень Нюсст. выше в ИОз", чем в МН4+ варианте. При голодании у растений в период 10-ый - 28-ой день азот не накапливается, а перераспределяется из 1-го и частично 2-го листа в корни и развивающийся 3-ий лист.

4. Условия азотного питания дифференцированно влияют на развитие донорного листа. У листа МН4+ варианта по сравнению с нитратным уменьшается площадь, оводненность, масса клеточной стенки, но возрастает содержание АБК. При голодании формируется пейноморфный лист с наименьшей площадью, оводненностью, но с наибольшей массой клеточной стенки и высоким содержанием АБК.

5. Условия азотного питания определяют азотный и углеводный статус листа и корня. В тканях растений КН4+ варианта увеличивается содержание 1ЧВ0ССТ, белка и глюкозы, но значительно снижается содержание запасных углеводов (сахароза, крахмал). Для тканей листа Ж)з" варианта характерен высокий уровень сахарозы. В -Ы варианте существенно снижается содержание Квосст., но количество белка было таким, как в N03" варианте; в тканях увеличивалось содержание сахарозы, а в листе в накапливался крахмал.

6. Интенсивность дыхания тканей корней и листьев 1-го, 2-го и 3-го ярусов была одинаковой у растений N03" и -Ы вариантов. При аммонийном питании дыхание активируется как в корнях, так и в листьях. Такая закономерность сохраняется в динамике роста.

7. Потенциальная фотосинтетическая активность, оцениваемая по скорости выделения О2 тканями развивающихся и сформированных (но не стареющих) листьев, не зависит от фона азотного питания. Ткани листьев ИОз" и -И вариантов не различались также по содержанию хлорофилла, у 1МН4+ варианта уровень хлорофилла был выше.

8. Скорость фиксации С02, измеренная на листе интактного растения, зависела от условий азотного питания. В донорном (втором) листе голодающего растения скорость фиксации была ниже, а при аммонийном питании выше, чем в листе растения, снабжаемого нитратом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

У растений пшеницы, которые с первых этапов онтогенеза выращивались в разных условиях азотного снабжения, соответствие между накоплением массы и накоплением азота соблюдалось только на уровне целого организма (рис. 11, табл. 13 приложения). При этом изменения в росте происходят под действием "азотного фактора" среды и не зависят от использования запасов зерновки (рис. 1 и 5, табл. 1, 2, 5 приложения). У отдельных органов растений, которые приспособились к использованию N03", ЫН4+ или к голоданию, изменения в массе были не аналогичны изменениям в накоплении азота (рис. 11, табл. 13 приложения). Так, корни -Ы варианта имели самую большую массу, а количество азота в них было таким же, как в N03" варианте; масса сухого вещества у второго листа была одинаковой, а азота в листе -И варианта накапливалось вдвое меньше, чем в N03" варианте. Несоответствие объясняется тем, что распределение сухого вещества (90% которого представлено углеводными соединениями) и азота между отдельными органами происходит независимо, что обусловлено спецификой пространственной организации процессов синтеза, запасания, утилизации углеводов, а также их оттока из побегов в корни с одной стороны и процессов поглощения, ассимиляции, накопления, реутилизации и циркуляции в растении азота, с другой.

Накопление сухого вещества - это результат продуктивности фотосинтеза и эффективности дыхания. У пшеницы сорта Инна интенсивность дыхания тканей корней и листьев при голодании сохраняется на уровне NO3" варианта, а в аммонийном варианте значительно интенсифицируется (рис. 11, табл. 13 приложения). Особенностью дыхания растений является наличие у них альтернативного цианидрезистентного пути передачи электрона на кислород. Как установлено в опытах с пшеницей, подобных нашим [Полесская и др., 1999], у растений, снабжаемых нитратом, поглощение Ог связано, главным образом, с основным цитохромным дыханием, а при питании аммонием или при голодании большой вклад вносит альтернативное дыхание. Функции альтернативного дыхания, в целом, не ясны, но активацию этого пути дыхания часто связывают со сменой внутренних и внешних физиологических условий [Lambers, 1985; Семихатова, 1995; Wagner, Krab, 1995]. Потенциальная активность фотосинтеза в функционально донорном листе (рис. 11, табл. 13 приложения), как и в других листьях (рис. 9, табл. 12 приложения), сохраняется неизменной и не зависит от формы и доступности азота в среде.

Таким образом, у растений при всех условиях азотного питания поддерживается высокая интенсивность таких базовых процессов, как дыхание и фотосинтез, и, очевидно, сохранение их потенциальной активности является приоритетом в стратегии акклимации к действию "азотного фактора" (рис. 11, табл. 13 приложения).

Фотосинтез, который оценивался по скорости фиксации С02, листом интактного растения изменялся под действием условий азотного питания: скорость фиксации наибольшая у NH4+ варианта и наименьшая у -N варианта (рис. 11, табл. 13 приложения). Изменения в ассимиляция

СО2, которые происходят в зависимости от снабжения растений нитратом или аммонием, не коррелируют с изменениями в росте растений. Это обусловлено тем, что утилизация ионов аммония и нитрата не меньше, чем от фотосинтеза, зависит от энергии и субстратов, источником которых является дыхание [Bowman, Paul, 1988; Huppe, Turpin 1994; Алехина и др., 1996].

Взаимосвязь процессов усвоения нитрата и аммония с фотосинтезом и дыханием имеет принципиальные различия, которые обусловлены разным характером пространственной организации, биохимическими и физиологическими особенностями включения в метаболизм окисленного и восстановленного азота. Процесс использования нитрата теснее, чем аммония, увязан с фотосинтезом и является более контролируемым через регуляцию нитратредуктазы, систему компартментации и транспорта из корней в надземные органы [Алехина и др., 1996; Crowford, 1995; Stitt, 1999]. Ион аммония из-за токсичности не может накапливаться в тканях и ассимилируется в корнях, что требует высокого уровня дыхания и непрерывного притока фотоассимилятов для его поддержания [Jackson, Volk, 1967; Bowman, Paul, 1988; Marcshner, 1995]. Таким образом, усвоение аммония больше, чем усвоение нитрата зависит от дыхательного метаболизма. С другой стороны, обе формы азота специфически влияют на углеводный метаболизм и распределение углеродных потоков, как на уровне синтеза соединений, так и на уровне распределения по органам [Курсанов, 1960; Champigny, Foyer, 1992; Marcshner, 1995].

Хотя скорость фиксации С02 в листе аммонийного варианта самая высокая (рис. 11, табл. 13 приложения), уровень углеводов (сахарозы, крахмала), и полисахаридов клеточной стенки самый низкий (рис. 12, табл. 14 приложения). Это может быть следствием активации дыхания (рис. 11, табл. 13 приложения) и увеличения использования ассимилятов на синтез белка и аминокислот (уровень белка и NB0CCX. в NH4+ варианте выше) (рис. 12, табл. 14 приложения). Однако, приоритетом в условиях аммонийного питания, очевидно, является активный транспорт фотоассимилятов в корни, где они используются на усвоение поглощаемого аммония. Действительно, масса корней аммонийного варианта самая низкая (рис. 11, табл. 13 приложения), в тканях снижается содержание сахарозы и масса клеточной стенки, но уровень восстановленного азота и белка существенно превышает таковой в корнях NO3" варианта. Итак, реорганизация метаболизма у растений, росших на аммонии, связана с активацией ассимиляции С02 и в еще большей степени с активацией дыхания, а также перераспределением потоков углерода и использованием углеводных соединений и энергии на усвоение азота, что приводит к уменьшению накопления массы сухого вещества.

Низкая скорость ассимиляции углекислоты у листа растений -N варианта (рис. 11, табл. 13 приложения) связана с формированием при трофическом стрессе пейноморфной структуры. Это подтверждается уменьшением площади и оводненности листа у голодающего растения (рис. 3, табл. 4, табл. 4 приложения), снижением количества белка, увеличением массы клеточных стенок и многократного возрастания содержания АБК (рис. 12, табл. 14 приложения). Основываясь на этих данных и сведениях литературы [Nobel, Walker,1985; Chapín et al., 1988; Silva et al., 1990; Chapín, 1991], мы считаем, что снижение скорости

93 фиксации СОг, листом интактного растения -N варианта, обусловлено увеличением сопротивления диффузии СОг, как устьичной, так и тканевой. Снижение скорости ассимиляции СО2 не служит причиной торможения ростовых процессов при азотном голодании. На это указывает накопление крахмала в листе, сахарозы в корнях и увеличение массы клеточных стенок в обоих органах (рис. 12, табл. 14 приложения). Реорганизация углеродного метаболизма в системе целого растения -N варианта связана с оттоком "избыточных" ассимилятов из листьев в корни, и разрастание корней за счет такого притока обеспечивает "поиск" дефицитного элемента [Feller, Keist, 1986; Haynes, 1986].

Таким образом, стратегия акклимация к разным условиям азотного питания с одной стороны направлена на поддержание уровня активности фотосинтеза и дыхания, с другой стороны связана с существенным перераспределением потоков азота и углерода, что приводит к изменению состава конструктивных веществ, модификации структур и органов, изменению в характере донорно-акцепторных отношений в системе целого растения и, наконец, к изменению характера роста. В итоге, в зависимости от условий азотного питания формируются растения пшеницы с разными фенотипами.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Каширина, Екатерина Игоревна, Москва

1. Алехина Н.Д., Ширшова Е.Д. Усвоение азота растениями // Биологические науки, 1979. Т.1. Вып.1. С. 5-18.

2. Алехина Н.Д. Усвоение азота злаками в зависимости от температуры среды // Вестник московского университета, 1983. Серия 16, биология. № 4. С.43-49.

3. Алехина Н.Д., Клюйкова А.И. Усвоение азота растениями при пониженной температуре // Физиология растений, 1986. Т.ЗЗ. Вып. 2. С.372-386.

4. Алехина Н.Д., Клюйкова А.И. Температура среды и адаптивные изменения свойств ферментов ассимиляции азота у растений // Вестник московского университета, 1988. Серия 16, биология. № 3. С.3-15.

5. Алехина Н.Д., Кренделева Т.Е., Полесская О.Г. Взаимосвязь процесса усвоения азота и фотосинтеза в клетке листа Сз-растений // Физиология растений, 1996. Т. 43. № 1. С.136-148.

6. Андреева Т.Ф., Авдеева Т.А., Власова М.П., Нгуен-т Хыу-т Хыок, Ничипорович A.A. Влияние азотного питания растений на структуру и функции фотосинтетического аппарата // Физиология растений, 1971. Т.18, №4. С.701-708.

7. Андреева Т.Ф. Метаболизм углерода и азота при фотосинтезе и фотодыхании // Азотное и углеродное питание растений и их связь при фотосинтезе Пущино: НЦБИ, 1987. С. 20-38.

8. Андреева Т.Ф., Маевская С.Н., Воевудская С.Ю. Взаимосвязь фотосинтеза и азотного обмена в различных условиях фосфорного и азотного питания растений горчицы // Физиология растений 1992. Т.39. №4. С. 680-685.97

9. Андреева Т.Ф., Маевская С.Н., Воевудская С.Ю. Взаимосвязь фотосинтеза с ассимиляцией азота у растений горчицы при воздействии возрастающих доз нитрата в питательном растворе. // Физиология растений, 1998. Т. 45. №6. С. 813-816.

10. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. М.: Агропромиздат, 1988. 376 с.

11. Баславская С.С., Трубецкова О.М. Практикум по физиологии растений. /М.: Изд-во МГУ, 1964. 328 с.

12. Беликов П.С., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Изд-во РУДН, 1992. 248 с.

13. Брэй С.М. Азотный обмен в растениях. М.: Агропромиздат, 1986. 200 с.

14. Володарский Н.И., Быстрых Е.Е., Николаева Е.К. Активность фотосинтетического аппарата в онтогенезе у различных сортов пшеницы в зависимости от азотного питания // С-х биология, 1979. Т. 14. Вып.4. С. 431-435.

15. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. М.: Высшая школа, 1975. 390 с.98

16. Гавриленко В.Ф., Ломски Б., Жигалова Т.В. Влияние окисленной и восстановленной формы азота в питательной смеси на функциональную активность сопрягающих белков и фотофосфорилирование хлоропластов пшеницы. // Биологические науки, 1980. №5. С.64-72.

17. Евстигнеева З.Г. Глутаматсинтазный цикл у растений // Прикл. биохимия и микробиология, 1993. Т. 29. Вып. 1. С. 5-17.

18. Жигалова Т.В., Гавриленко В.Ф. Динамика некоторых реакций фотосинтетического энергообмена хлоропластов пшеницы при изменении формы азотного питания растений // Биологические науки, 1986. №12. С. 65-72.

19. Измайлов С.Ф. Азотный обмен в растениях. М.: Наука, 1986. 320 с.

20. Климов C.B., Джанумов Д.А., Бочаров Е.А. О соотношении авто- и гетеротрофного питания у проростков озимой пшеницы Triticum aestivum L. // Физиология растений, 1979. Т. 26. Вып.6. С. 1143-1149.

21. Клюйкова А.И., Алехина Н.Д. Использование нитратного азота проростками пшеницы, растущими при разной температуре в зоне корней // Вестник московского университета, 1983. Серия 19, биология. № 1. С.35-43.

22. Клюйкова А.И., Алехина Н.Д. Содержание нитратов и активность нитратредуктазы в молодом и зрелом листе пшеницы в условиях азотного стресса // Вестник московского университета, 1992. Серия 16, биология. № 4. С. 42-48.

23. Ковалев И.Е., Полевая О.Ю., Башарова JI.A Получение антител к абсцизовой кислоте // Физиология растений, 1982. Т. 29. С. 804-807.

24. Кондратьев М.Н., Костюкович М.Ф., Третьяков H.H. Поглощение нитрата и катионов растениями кукурузы из растворов с низкой концентрацией ионов водорода // Агрохимия, 1984. № 6. С. 53-60.99

25. Кондратьев М.Н., Дорошенко A.A., Леман В.М. Влияние режима освещения на избирательность поглощения ионов аммония и нитрата //Известия ТСХА, 1984. Вып. 4. С.109-115.

26. Кондратьев М.Н., Варфоломеев С.А., Третьяков H.H. Перераспределение азота у яровой пшеницы под воздействием 6-БАП при различных уровнях водообеспеченности // Известия ТСХА, 1987. Вып. 5. С. 105-111.

27. Кондратьев М.Н., Слипчик А.Ф., Ларикова Ю.С. Морфофизиологическая разнокачественность зерновок колосьев у озимой пшеницы //Известия ТСХА, 1998. Вып. 2. С. 155-164.

28. Кочетова Е.А. Использование дополнительные питательных веществ эндосрпема семян пшеницы при их прорастании // Тр. по прикл. ботан., генет. и селекции. ВНИИ растениеводства. Т. 51. №2. С. 92-97.

29. Кошкин Е.А. Роль дыхания в продукционном процессе растений: Лекция. М.: Из-во МСХА, 1990. 20 с.

30. Кренделева Т.Е., Макарова В.В., Кукарских Т.П., Низовская Н.В., Лаврухина О.Г. Фотохимическая активность хлоропластов пшеницы, выращенной при недостатке азота // Биохимия, 1996. Т.61. Вып. 12. С. 2158-2164.

31. Кретович В.Л. Усвоение и метаболизм азота у растений. // М.: Наука, 1987. 486 с.

32. Курсанов А.Л. Взаимосвязь физиологических процессов в растении. Тимирязевские чтения. М.: Из-во Академии наук СССР. 1960. 45 с.

33. Львов Н.П. Ассимиляция нитратов растениями // Итоги науки и техники, 1987. Сер. Биологическая химия. Вып. 23. С.150-183.

34. Май В.В., Андреева Т.Ф., Ничипорович A.A. Рост и газообмен горчицы сарептской в отсутствие экзогенного азота // Физиология растений, 1987. Т.34. С. 244-253.100

35. Мейчик Н.Р., Ермаков И.П., Савватеева М.В. Ионогенные группы клеточной стенки корней пшеницы // Физиология растений, 1999. Том 46. № 5. С. 742-747.

36. Мамушина Н.С., Зубкова Е.К., Войцеховская О.В. Взаимодействие фотосинтеза и дыхания у одноклеточных водорослей и Сз-растений // Физиология растений, 1997. Т. 44, № 3, С. 449-461.

37. Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М: Наука, 1981. 196 с.

38. Мокроносов А.Т., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. Изд-во МГУ, 1992. 320 с.

39. Никитин Д.Б., Тищенко H.H., Магомедов И.М. К вопросу о специфике воздействия форм минерального азота на фотосинтез листьев кукурузы и пшеницы // Физиология растений, 1991. Т. 38. Вып. 1.С. 77-85.

40. Полесская О.Г., Алехина Н.Д. Влияние дефицита азота на фотохимическую активность хлоропластов пшеницы и их устойчивость к действию света высокой интенсивности // Вестник московского университета, 1995. Серия 16, биология. № 1. С. 31-37.

41. Полесская О.Г., Глазунова М.А., Алехина Н.Д. Дыхание и фотосинтез растений пшеницы в связи с их ростом и азотным статусом в разных условиях снабжения азотом // Физиология растений, 1999. Т.46. № 2. С.187-193.

42. Прянишников Д.Н. Азот в жизни растений и земледелии СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1945. 200 с.

43. Орехова Г.И., Илли И.Э., Мурашова Г.И. Динамика поступления фракций азота из эндосперма в зародыш прорастающих семян пшеницы // Физиолого-биохимические проблемы семеноведения и семеноводства, 1973. Ч. 2. С. 65-70.101

44. Разумова H.A., Максимов Г.Б., Батов А.Ю. Определение активной концентрации ионов потенциометрическим методом. / В. кн.: Методы биохимического анализа растений. Л. 1978. с. 140-154.

45. Сабинин Д.А. Избранные труды по минеральному питанию растений. М.: Наука, 1971. 510 с.

46. Семихатова O.A. Дыхание поддержания и адаптация растений // Физиология растений, 1995. Т. 42. № 2. С. 312-319.

47. Фомина И.Р., Шабнова Н.И., Биль К.Я., Ценова E.H. Действие аммонийного азотного питания на фотосинтетический синтез аминокислот в листьях кукурузы. // Сборник: Связь метаболизма углерода и азота при фотосинтезе. Тезисы докладов. Пущино 1985. С.85.

48. Хавкин Э.Е. Формирование метаболических систем в растущих клетках растений // Наука. Новосибирск. 1977. с.39-58

49. Харитонашвили Е.В., Черный С.Г., Алехина Н.Д. Формирование запасного пула нитрата в корнях проростков пшеницы // Физиология растений, 1993. Т. 40. № 3. С. 443-447.

50. Чемерис Ю.К., Попова A.B., Арутюнян A.A., Венедиктов П.С. Влияние недостатка минерального питания на фотосинтетический аппарат хлореллы // Физиология растений, 1989. Т. 36. Вып. 1. С. 5765.

51. Шабнова Н.И., Фомина И.Р., Биль К .Я. Действие аммонийного азотного питания на скорость фотосинтеза и накопление азота в102онтогенезе кукурузы. // Сборник: Связь метаболизма углерода и азота при фотосинтезе. Тезисы докладов. Пущино 1985, с.29.

52. Шипарев С.М., Медведев С.С., Шарова Е.И., Танкелюн О.В. Практикум по биохимии растений / под ред. Полевого В.В., Шипарева С.М. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1996. 200 с.

53. Ширшова Е.Д., Клюйкова А.И., Алехина Н.Д. Усвоение нитратов и аммония и активность ферментов ассимиляции азота у проростков пшеницы // Биологические науки, 1986. Вып. 1. С.76-82.

54. Эдварде Дж., Уокер Д. Фотосинтез С-3 и С-4 растений: механизмы и регуляция. М.: Мир, 1986. 598 с.

55. Эзау К. Анатомия семенных растений. В 2 книгах; М.; Мир, 1980. 560 с.59.de Armas R., Valadier М.Н., Champigny M.L., Lamaze Т. Influence of ammonium and nitrate on the growth and photosynthesis of sugarcane // Plant Physiol., 1992. V. 140. P. 531-535.

56. Arnozis P.A., Helemans J.A. and Findenegg Phosphoenolpyruvate carboxylase activity in plant grown with either N03" or NH4+ as inorganic nitrogen source // Plant physiol., 1988. V. 132. №1. p. 23-27.

57. Aslam M., Huffaker R.C. Role of nitrate and nitrite in the induction of nitrite reductase in leaves of barley seedlings // Plant Physiol., 1989. V. 91, №3. P. 1152-1156.

58. Atkinson C.I. Nitrogen acquisition in four co-existing species from upland acidic grassland // Phys. Plant., 1985, V. 63, № 4, P. 375-387.

59. Barneix A.J., Breteler H., van de Geign S.C. Gas and ion exchanges in wheat roots after nitrogen suppluy. // Physiol. Plant., 1984. V. 6. P. 357362.

60. Barneix Atilio J., Cooper H. David, Stulen Ineke and Lambers Hans Metabolism and translocation of nitrogen in two Lolium pernne populations with contrasting rates of mature leaf respiration and yeld // Physiologia plantarum, 1988. V. 72. P. 631-636.

61. Blackwell R.D., Murray A.J.S., Lea P.J. Inhibition of phtosynthesis in barley with decreased levels of chloroplastic glutamine synthetase activity //J. of Experimental Botany, 1987. V. 38. P.1799-1809.

62. Bloom Arnold J., Sukrapanna Scott S., Warner Robert L. Root respiration associated with ammonium and nitrate absorption and assimilation by barley // Plant Physiol., 1992. V.99. №. 4. P. 1294-1301.

63. Bowman Daniel C., Paul Jack L. Uptake and assimilation of N03" and NH4+ by nitrogen-deficient perennial ryegrass turf. // Plant Physiol., 1988. V. 88. P. 1303-1309.

64. Campbell C.A., Leyshon A.J. Effect of nitrogen supply on the seed set of spring wheat and barley // Canad. Journ. Plant Sci., 1980. V. 60. P. 785

65. Camrbell W.H. Nitrate reductase and its role in nitrate assimilation in plants // Physiol. Plantarum, 1988. V. 74. № 1. P. 214-219.

66. Cao Weixing, Tibbitts Theodore Response potatoes to nitrogen concentration differ with nitrogen forms // Plant Nutr., 1998. V.21, № 4, P. 615-623.

67. Chaillou Sylvain, Morot-Gaudry Jean-Francois, Salsac Louis, Lesaint Christiane and Jolivet Eugene Compared effect of NO3" and NH4+ on growth and metabolism of French bean // Physiol. Veg, 1986. V. 24. № 6. P. 679-687.

68. Champigny Marie-Louise and Foyer Christine Nitrate activation of cytosolic protein kinases diverts photosynthetic carbon from sucrose to amino acid biosynthesis // Plant Physiol., 1992. V. 100, №1,7-12.

69. Champigny Marie-Louise Integration of photosynthetic carbon and nitrogen metabolism in higher plants // Photosynthesis Research, 1995. V. 46. № 1-2. P. 117-127.

70. Chapin F.S. Ill, C.H.S. Walter, D.T. Clarkson Growth response of barley and tomato to nitrogen stress and its control by abscisic acid, water relations and photosynthesis // Planta, 1988. V. 173. P. 352-366.

71. Cincerova A. The relation beetween nitrogen deficiency and second leaf senescence in wheat plants // Biologia plantarum, 1990. V. 32, № 4, P. 294-301.105

72. Crafts-Brandner Steven J., Holzer Regina, Feller Urs Influence of nitrogen deficiency on senescence and amounts of RNA and proteins in wheat leaves // Physiol Plant, 1998. V. 102. № 2. P. 192-200.

73. Crawford Nigel M. Nitrate: Nutrient and signal for plant growth // The plant Cell, 1995. V. 7. P. 859-868.

74. Daniel-Vedele Francoise, Filleur Sophie, Caboche Michel Nitrate transport: a key step in nitrate assimilation // Current Opinion in Plant Biology 1998. V. 1. P. 235-239.

75. Devienne F., Mary B. Influence of constant nitrate concentration of N uptake and growth of wheat // F. Baluska et al. (eds.), Structure and Function of Roots, 1995. P. 141 -147.

76. Elliott George C., Nelson Paul V. Relationships among nitrogen accumulation, nitrogen assimilation and plant growth in chrysanthemums // Physiol. Plant, 1983. V. 57. P. 250-259.

77. Evans J.R., Terashima I. Effects of nitrogen nutrition on electron transport components and photosynthesis in spinach // Aust. J. Plant Physiol., 1987. V. 14. P. 59-68.

78. Evans Y.R. Partitioning of nitrogen between and within leaves grown under different irradiances // Aust. J. Plant Physiol., 1989. Y. 16. № 6. P. 533-548.106

79. Esposito S., Carillo E., Carfagna S. Ammonium metabolism stimulation of glucose-6P dehydrogenase and phosphoenolpyruvate carboxylase in young barley roots // J. Plant Physiology, 1998. V. 153. № 1-2. P. 61-66.

80. Farage PK., McKee IF., Long SP. Does a low nitrogen supply necessary lead to acclimation of photosynthesis to elevated C02? // Plant Physiology, 1998. V. 118. № 2. P. 573-578.

81. Feller U., Keist M. Senescence and nitrogen metabolism of annual plant / In: Fundamental, ecological and agricultural aspects of nitrogen metabolism in higher plants. Dordrecht, Boston, Lancaster, 1986. P. 219234.

82. Feng Jinan, Volk Richard J., Jackson William A. Source and magnitude of ammonium generation in maize roots // Plant Physiol, 1998. V. 118. № 3. P. 835-841.

83. Fetene M., Moller H., Beck E. The effect of nitrogen suppluy to Urtica dioica L. plants on the distribution of assimilate between shoot and roots // Bot. Acta., 1993. V.106. №3. P. 228-234.

84. Fuchs Y., Mayak S., Fuch S. Detection and quantitative determination of abscisic acid by immunologic assay // Planta, 1972. V. 103. P. 117-122.

85. Jackson W.A., Volk R.J., Physiological aspects of ammonium nutrition of selected higher plants / In: Isotopes in plant nutrition and physiology. Vienna, 1967. P. 159-178.

86. Gasic O., Popovic M., Lukic V., Stajner D., Mimica-Dukic N., Hong Z. Effect of nitrogen salts on nitrate reductase activity and protein contents in wheat (Triticum aestivum 1.) // Biologia plantarum, 1992. V.35. № l.P. 31-36.

87. Ghannoum O., Conroy JP. Nitrogen deficiency precludes a growth response to C02 enrichment in C-3 and C-4 Panicum grasses // Australian Journal of Plant Physiology, 1998. V. 25. № 5. P. 627-636.107

88. Granato Tom C., Raper (JR) David Proliferation of maize (Zea mays L.) roots in response to localized supply of nitrate. // Journal of Experimental Botany, 1989. V. 40. №211. P. 263-275.

89. Hak R., Natr L. Photosynthesis photorespiration and CO2 concentration of barly leaves under N starvation // Photosynthetica, 1988. V. 22. № 3. P. 335-340.

90. Hatrick A.A. and Bowling D.J.F. A study of the relationship between root and shoot metabolism // Journal of Experimental botany, 1973. V. 24. P. 607-613.

91. Haynes R.J. and Goh K.M. Ammonium and nitrate nutrition of plants // Biol. Rev., 1978. V. 53. P. 465-510.

92. Heberer J.A., Below F.E. Mixed nitrogen nutrition and productivity of wheat growth in hydroponics // Annals of Botany, 1989. V. 63. P. 643-649.

93. Hecht Ursula, Mohr Hans Factors controlling nitrate and ammonium accumulation in mustard (Sinapis alba) seedlings // Physiologia Plantarum, 1990. V. 78. P. 379-387.

94. Heuer B. Growth, photosynthesis and protein content in cucumber plants as affected by supplied nitrogen form // J. Plant. Nutr., 1991. V. 14 № 4. P. 363-373.

95. Huppe H.C., Turpin D.H. Integration of Carbon and Nitrogen Metabolism in Plant and Algal Cells // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1994. V. 45. P. 577-607.108

96. Jackson W.A., Volk R.J., Physiological aspects of ammonium nutrition of selected higher plants / In: Isotopes in plant nutrition and physiology. Vienna, 1967. P. 159-178.

97. Lara C., Cires A., Boza M., de la Torre A. Carbon control of photosynthetic nitrate assimilation / In: Mathis (eds) Photosynthesis: from light to Biospere, 1995. V. 5. P. 341-346.

98. Lewis O.A.M., Leidi E.O., Lips S.H. Effect of nitrogen source on growth response to salinity stress in maize and wheat // New Phytol., 1989. V. 111. P. 155-160.

99. Mader P., Naus J., Schmidt O., Chladova Jarmila, Chlad F. Pigmentprotein composition and fluorescence activity of the spring barley photosynthetic apparatus: effect of ontogeny and nitrogen nutrition // Photosynthetica, 1981. V. 15. № 1. P. 61-74.

100. Marek M., Frank R. Effect of nitrogen supply on net photosynthetic rate in barley leaves // Photosynthetica, 1984. V. 18. № 2. P. 219-225.

101. Marschner Horst Mineral nutrition of higher plants. London etc.: Academic Press, 1995. 889 P.

102. Mehrer I. & Mohr H. Ammonium toxicity: description of the syndrome in Sinapis alba L. and the search for its causation // Phys. Plant., 1989, v. 77, p.545-554

103. Mercier H., Kerbauy G.B. Effect of nitrogen source on growth rates and levels of endogenous cytokinins and chlorophyll in protocorms of Epidendrum fulgens. // J. Plant Physiol., 1991, v. 138, p. 195-199

104. Meychik N.R., Yermakov I.P. A new approch to the investigation on the tortogenic groups of root cell walls. // Plant and Soil 00: 1-8, 1999

105. Miflin B.J., Lea PJ. The pathway of nitrogen assimilation in plants // Phytochem., 1976. V. 15. P. 873-885.

106. Nair T V R, Maneswary M and Abrol Y P UptOake and Assimilation of nitrate by crop plants // Proc. Indian natn. Sci. Acad., 1993. B59 Nos. 3 & 4 P. 197-208.

107. Nobel Park S. and Walker Dan B. Stracture of leaf photosynthetic tissue. / Photosynthetic mechanisms and the environment, edited by J. Barber and N.R. Baker, 1985 Elsevier Sciens Publishers B.V. (Biomedical Division), P. 501-536.

108. Oaks A. Regulation of nitrogen metabolism during early seedling growth // Mobil Reserves Germin Proc. Annu Symp. Phytochem Soc. Nat. Ottawa 2-6 Aug., 1982. New York; London, 1983 P.53-75.1.l

109. Oaks A. Nitrogen metabolism in roots // Ann. Rev. Plant Physiol. 1985. V. 36. P. 345-65.

110. Oaks A. Efficiency of nitrogen utilization in C3 and C4 cereals // Plant. Phisiol., 1994. V.106. P. 407-414.

111. Pate J.S. Patterns of nitrogen metabolism in higher plants and their ecological significance // Nitrogen as an ecological factor / Eds Lee J.A., Robinson J.H., Neil S. Oxford: Blackwell Publ., 1983. P. 225-255.

112. Prassad M., Spier T.M. Evaluation of a rapid method for plant sap nitrate analysis // Commun. in soil sci. plant anal., 1984. V.15. № 6. P. 673-679.

113. Raab T.K., Terry N. Nitrogen source regulation of growth and photosynthesis in Beta vulgaris L. // Plant Physiol., 1994. V. 105. № 4. P. 1159-1166.

114. MO.Raab T.K., Terry N. Carbon, nitrogen, and Nutrient Interactions in Beta vulgaris L. as Influenced by Nitrogen Source, N03-versus NH4 // Plant Physiol., 1995. V. 107. P.575-584.

115. Reisenauer H.M. Absorption and utilization of ammonium nitrogen by plant / In: Nitrogen in the Environment, 1978. V. 2. New York e., a. P. 157.

116. Rosnitschek-Schimmel Ingeborg Effect of ammonium and nitrate supply on dry matter production and nitrogen distribution in Urtica dioica. // International Journal of Plant Physiology, 1982. V. 108. № 4. P.329-341.

117. Rufty T.W., Jr., Huber S.C., Volk R.J. Alterations in leaf carbohydrate metabolism in response to nitrogen stress // Plant Physiol., 1988. V. 88. p.725-730.

118. Rufty Thomas W., Jr., MacKown Charles T., and Volk Richard J. Effect of altered carbohydrate availability on whole-plant assimilation of 15N03" // Plant Physiol., 1989. V. 89. P.457-463.

119. Saka Hitoshi and Chisaka Hideo Photosynthesis measurement by oxygen electrode as a simple bioassay method. // JARQ Jap. ags. res. quast, 1985. V. 18. №4. P. 252-259.

120. Scheible Wolf-Rudiger, Lauerer Marianne, Schulze Ernst-Detlef, Caboche Michel, Stitt Mark Accumulation of nitrate in the shoot acts as a signal to regulate shoot-root allocation in tobacco // The Plant Journal, 1997. V. 11. №4. P. 671-691.

121. Schrader L.E., Domska D., Jung P.E., Petrson L.A. Uptake and assimilation of ammonium-N and nitrate-N and the influence on the growth of corn (Zea mays L.). // Agronomy journal, 1972. Y.64. P. 690695.

122. Schrader L.E., Thomas R.J. Nitrate uptake, reduction and transport in the whole plant // Nitrogen and carbon metabolism / Ed. Bewley J.D. The Hague, Boston, L.: Martinus Nijhoff / Dr W. Junk Publisher, 1981. P. 4993.113

123. Silva J. Marques, Morao M.A., Marquers S. Costa, Arrobaca M.C. The effect of nitrogen starvation on photosynthesis in paspalum dilatatum // Physiol, plant, 1990. V. 79. № 2. Pf.2. A.54.

124. Sims DA., Luo Y., Seemann JR. Importance of leaf versus whole plant C02 environment for photosynthetic acclamation. // Plant Cell & Environment, 1998. V. 21. № 11. P. 1189-1196.

125. Solomonson L.P., Barber M.J. Assimilatory nitrate reductase: functional properties and regulation // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1990. V.41.P. 225-253.

126. Sritharan R., Lenz F. Effect of light regime on growth, carbohydrates and nitrate concentration in kohlrabi (Brassica oleracea var. gongylodes L.) // Angew Bot., 1992. V. 66. № 3-4. P. 130-134.

127. Stitt Mark and Quick W. Paul Photosynthetic carbon partitioning: its regulation and possibilities for manipulation // Physiologia Plantarum, 1989. V. 77. P. 633-641.

128. Stitt Mark Nitrate regulation of metabolism and growth // Current Opinion in Plant Biology, 1999. V. 2. P. 178-186.

129. Sukalovic VHT., Vuletic M. Properties of maize root mitochondria from plants grown on different nitrogen sources. // Plant Physiology, 1998. V. 153. № 1-2. P. 67-73.

130. Takacs E., Tecsi L . Effect of N03 / NH4 ratio on photosynthetic rate , nitrate reductase activity and chloroplastt ultrastructure in three cultivars114of red pepper (Capsicum annuum L.) J. Plant Physiol., 1992. V.140. № 3. P. 298-305.

131. Terashima I., Evans J.R. Effect of light and nitrogen nutrition on the organization of the photosynthetic apparatus in spinach // Plant Cell Physiol., 1988. V. 29. № 1. P. 143-155.

132. Thorsteinsson Bjorn, Tillherg Jan-Eric, Tillberg Elisabeth Carbohydrate partitioning, photosynthesis and growth in Lemna gibba G3. I. Effects of nitrogen limitation. //Physiologia Plantarum, 1987. V. 71. P. 264-270.

133. Thorsteinsson Bjorn The effect of nutrient limitation on photosynthesis, respiration and levels of carbohydrates and hormones in plants. Akademitryck AB, Edsbruk,1989. 79 P.

134. Tolley-Henry Leslie and Raper C. David, Jr. Utilization of ammonum as a nitrogen source. // Plant Physiol., 1986 (1). V. 82. P. 54-60.

135. Tolley-Henry Leslie and Raper C. David, Jr. Nitrogen and dry-matter partitioning in soybean plants during onset of and recovery from nitrogen stress // Bot. Gaz., 1986 (2). V. 147. № 4. P. 392-399.

136. Tolley-Henry Leslie and Raper C. David, Jr. Expansion and photosynthetic rate of leaves of soybean plants during onset of and recovery from nitrogen stress. // Bot. Gaz., 1986 (3). V. 147. № 4. P. 400406.

137. Turpin D.H., Weger H.G. Interaction between photosynthesis, respiration and nitrogen assimilation // Plant Physiology, Biochemistry and Molecular115

138. Biology / Eds. Dennis D.T., Turpin D.H. N.Y.: Longman Sci. Techn., 1992. P. 423-433.

139. Yessey J.Kevin, Layzell David B. Regulation of assimilate partitioning in soybean//Plant Physiol., 1987. V. 83. P. 341-348.

140. Wallsgrove R.M., Lea PJ. Photosynthetic nitrogen metabolism // Photosynthetic mechanisms and the environment / Eds Barber J., Baker N.R. Amsterdam: Elsevier Sci. Publ. Biomedical Division, 1985. P. 20-38.

141. Weiler E.W. An enzyme immunoassay of Cis - (+) - abscisic acid // Physiol. Plant. 1982. V.54, № 4, p. 510

142. Wiren Nicolaus, Gazzarrini Sonia, Gojon Alain, Frommer Wolf B The molecular physiology of ammonium uptake and retrievel // Current Opinion in Plant Biology, 2000. V. 3. P. 254-261.

143. Woo K.C., Canvin D.T. Effect of ammonia nitrite, glutamate, and inhibitiors of N metabolism on photosynthetic carbon fixation in isolated spinach leaf cells // Can. J. Bot., 1980 (1). V. 58. №5. P. 511-516.

144. Woo K.C., Canvin D.T. Effect of ammonia on photosynthetic carbon fixation in isolated spinach leaf cells. // Can. J. Bot., 1980 (2). V. 58. № 5 P. 505-510.

145. Zornoza P., Caselles J., Carpena O. Response pepper plants to N03:NH4 ratio and light intensity // Journal of Plant Nutrition, 1987. V. 10. № 7. P. 773-782.

Информация о работе

Каширина, Екатерина Игоревна
кандидата биологических наук
Москва, 2000
ВАК 03.00.12

Диссертация

Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Интеграция углеродного и азотного метаболизма в растении пшеницы (Triticum aestivum L. ) в зависимости от условий азотного питания - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы