Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДИНАМИКА НИТРАТРЕДУКТАЗНОЙ И ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ У ДВУХ ЭКОТИПОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ПРОЦЕССЕ (ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ДИНАМИКА НИТРАТРЕДУКТАЗНОЙ И ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ У ДВУХ ЭКОТИПОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ПРОЦЕССЕ (ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ"

А - ЪО^б'

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ЛЕБЕДИНСКАЯ Светлана Олеговна

ДИНАМИКА НИТРАТРЕДУКТАЗНОИ И ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ У ДВУХ экотипов ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ПРОЦЕССЕ (ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ

Специальность 03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Диссертационная работа випотнена на каф- .ре физио логин растений Мосчовской ордена Ленина и ортсна Tdvдорого Красного Знамени сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

На\чный р\ководитечь — доктор биологических navK про фессор M. Н. Кондратьев.

Официальные ониоиентм юктор бш логических Havк про фессор Н. Д. Алехина; кандитат биотогических нпк, пиннт H. Н. Новиков.

Ведущее предприятие — Вссаюшни н п чип m е тсдо и тельскнй институт удобрении и агроиочвиведения им Д H Прянишникова. __

Зашита состоится « ^ » v.СсД* 199^ гот i

в « fk » чаео'я шализированно! о со ¡ста

Д 120 35 07 в Ли ¡яйственнои академии им

)язевская, 49 Ученый ео

^v инея в ЦП Б Т( Ч\ 3 у ьССЯ/Ъ "сс 1ФН г

i 1снын сскр^.и, „ специализированного совета — - '

^ /

U \ А. С. Лосева

;; ; : .. : РЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!! - •

•■' ' : ' , Актуальность проблемы - '., *

, ; - Исследование процесса формирования.белкового•комплекса.. зерне у злаковых культур представляет собой важнейшую проблему: физиологии растений,,изучение : которой необходит для разработки оптимальных'технологий возделывания и для создания выео-кобелковых генотипов. ; 'f ,. ,

, Накопление белков в зерновках тесно связано- с двумя основ->тми продас<»миг1 К поглощением и есо>1миляиией экзогенного „.' . * азота, й 2) ремобилизацией й перераспределением азотистых веше-" ств t накопленных растением до цветения. Имевшиеся в литера-щ» ,-данные позволяют,предположитьчто,способность сортов использовать тот или иной источник азота в качестве основного а значи- „

тельной мере.предопределен® генетически ( /icto^ ¿/4^1972; .

\' ;

Несмотря.ins большое количество данных по этой теме, роль каждого из указанных процессов в метаболизме и в формировании . белков' зерна еще не вполне ясна» .Большинство ' исследователей • связывают генотипкческую предопределенность сорте к - эффективному- использованию ;экзогенного азота для накопления белков в зерновках 'с активностью нитратредуктазы, а эндогенного азота - с, активностью особых групп протеолитических ферментов, которые" ; . предложено называть "протеазамк стерения*. (Кондратьев М.Н; и яр. 1966;.Самойленко Т.Н.,1986; Танцова O.K., 1987; 197бЛ96б>. '

4 Однако вопросы.эндогенной регуляиик ассимиляииии/диссими<-•.

дяш у езатс п гроге^се онтогенетического етррения изучены совершенно недостсчно. Нет и единого мн«ния о соотношении геноти-пического I Фе^отгаического Докторов в азотном обмене растений и накоплении белков черновкеми.

Все -»то татрудняет разработку пркр^ов и методов, позволяющих эффективно, с минимальными затратами и без нарушения экологического баланса влиять на процессы ечотного метаболизма растений, ичменчя иг в желаемом направлении.

Паль и задачи исследования

Не основании вышесказанного были сформулированы следутив задачи:

IV изучить дин8мику активности нитратредуктазн (НРА), кек клгчевого фермента ассимиляции нитратного азоте, не органном уровне и в целом растении в процессе онтогенетического старания;

2) изучить динамику активности кислых (АКП) и нейтральных , протеаз (АНП), ответственных за ре мобилизацию белкового азотэ, в вегетативных органах и в целом растении в процессе онтогенетического старения;

* 3) установить взаимосвязь между активностью нитратредуктазн и "протеаз старения" в формировании азотного статуса растений;

4) Изучить влияние факторов, ускорявших или задерживающих естественное отврение растений, на функционирование ферментов азотного метаболизма;

5) оценить роль генотипического и фрнотипического факторе в Формировании уровня нитратредуктаччой и протеолитичегкой е* тивности растений.

-г-

а*» ^

Научная новизне. При изучении динамики активности Ферментов азотного метаболизма в процессе онтогенетического старения растений был' использован балансовый метод, дэгаий возможность ■ ,-оценить вклад катдох'о органа в Формирование нитратвосстэнови- ' тельной способности (НЗС)- и протеолитической активности (ПА1, растения, а также сопоставить во времени динамику активности исследуемых ферментов с поглощением,. асс'имйляиией и. перераспределением азоте в системе целого растения. •

Найдено, что направление потоке эссимилятов и азотистых' веществ в растениях пшеницм находите? под контролем развивающихся зерновок'.' Показано, что: резкое снижение.НВС растения с переходом-к генеративной фэяе развития является* характерной чер той стерения-организма; а не следствием уменьшения притока • нитрата в растение. Получены.доказательства-того, что ПА растения в генеративный период "определяется активностью как "про-теаэ старения", так и протеаз обаюго обмене белков,' причем удельный- вес последних в обтай ПА. до с та точно.- высок. Предположено, что активность, протеёя обшего обмена белков характеризует. Физиологическое состояние растения, а ■•активность "протеэз старения" определяйтоя^напряженностью донорно-екиепторных' от-' ношений; е'клвдаврткхои'меяву-Рвгетотивннми-и-репродуктивными органами в конкретннг:условиях вырашивания» Змяалено;. что в ■ формировании уровня КЗС раотешш. превалирующую роль играют фе-ноткпические -условия: Енр^тивения.: а не генотипичелккэ особенности сорта. Сделан вмвод о.нецелесообразности игпольЗовзиия-показателей НЗС и ВД в'селекционной'роботе в качестве критериев , харектеризушюс. способность генотипов'-формкроветь высоко-

белковое зерно.

Практическая чначимость работы. Полученный '»кслерименталь-ннй материал расширяет представление о роли исследованных фор-меьтов в азотном метаболизме злаковых растений в процессе онтогенетического старения.

Полученные в работе денные можно использовать при разработке путей оптимизации взотного питания злаковых культур.

Выявленные особенности азотного метаболизма у исследованных сортов могут быть полезными селекционерам при выборе критериев, характеризующих способность генотипов формировать высокобелковое зерно. »

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на чвфедре Физиологии растений ТСХА, на конференции молодых ученых (Москве, 1991), не конференции по вопросам генетики взотного •питания (Киев, Т990).

Публикации. По материалам диссертации опубликована Т работа

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех глав и выводов. Изложена на 120 страницах машинописного тексте и содержит 7 таблиц, 18 рисунков и 25 приложений ./Список цитируемой литературы вклича/ ет 122 источника, в том числе 93 на иностранных языках.

■СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНА.

Объектами опыта были выбраны сорта яровой пшеницы, относящееся к различным чкотипам: Саратовская 29 (степной экотип)

и Ленинградке (северо-руссхий экотип). ... -

ТПри изучении динамики активности нитратредуктазч (экспе-рименти 1969 и 1991 гг.) растения выращивали в вегетационном домике лаборатории физиологии растений ТСХА, в песчаной культуре, в 6—килограммовых пластиковых сосудах» по'10 растений на сосуд. Питательную, смесь Кнопа в дозе 1,5 нормни микро-?лемен-* ?та в дозе 1,0 нормы1 вносили при набивке сосудов. Влажность субстрата поддерживали на'уровне■70^ ПВ.- -; .., -

"•:В опыте 1989: годе часть"-растений .(опытные варианты),-начинало 3-го дня'после цветения," выращивали при 30#-й влажности -• субстрата.- Исследования проводили не' главном побегебоковые побеги удаляли по. мере появления.^: г-. : .

' ;;".' <;д ■':;< л: л •'■'Л- ; ■"'Таблица I : > ' * :"-' Метеорологические условия в период вегетации ■

• (Метеодан-: Среднесу-, Относитель-. Дефицит . ; Облачность

ныл ' точная ;' ' ная влеж- .'' влажности 1 (средняя/ > . " г. • темпера ту- ность воз- , воздуха. . ■ нижняя) '••■ 1 ра п ■ Духе^ . ■•':•■■"■■' *•■••• -

Фазы . % мбр - балл ■

' ' • ■' Год . 1969 1991 1969 1991 1969 1991 1969 , 1991

Всходы-кушениё' 16,8; 1 14,4^ 67 'г';- 70'гЛ?^б;8;: 6,5/4,1 7,6/5,2 в ен ие ие~тРу{'к 0 ~2 0,3 ■ *; 15,5 'г 69; :73 ' - 8,3' 5,8 б Л/3,3 5,5/3,8

стеблевенке" ' ,5 , ,6 ео. 74.: • ; л>♦1Д к ~ е•7/76.4/4,2 Стеблевание-;-' 21 ^ " ?0',9 74; ^ 75"7',7 *; ' 7,5 ' 5,*4/3,8 7,0'4,5 имтение-ГОЗ19,9I* ^¿/'^Ол' /7,6'' -8;7 б,3/4,5 5,9/3,9 спелозть^0^" 19•9 ' Д6.0; • 67 /Л 73: 8,8 5,4 \ 6,4/3,6 5,7/3,7

Яитрэтрсду^тэтнуч о"тивно"ть (ЬРА) спррд"дчпи в i зрюд v-тду *счеми кг i-Hvr и гсо'чиР рпек>сть» зер^э Б листьях hi"-нто (3 нижних ли^э), fpeaKTO (4-t1 / ти^тья снизу) и рерхн^го (6-Р v< "-с -ч'^тья) ярусов, корне, вегртзтизьых элементах коло-о и зерновках по методике 1^льдере ( 19е 9). HvTpoTEOf'TBHOBi'TenbHy'o ^псобно^ть ШВ") рэ^читьтаэли умножением HPS органа но его ма''су. При i-iyu-ч ии ответной реок-иии рг^тениЧ но посуху нэ рснних ттопвх онтсгенеза растения перешивали в свртовом шкафу кафедры £изиотогии ггстеш-" в пча''-тиксвых поддонах высотой б см и диоптром И см, в пеоиэноР культуре, по 5 растений ч поддоне Температуре воздуха составляла ?Ь £ I °С днем и 19 + Т°С ночьч; елейность субстрэтэ -70". ГШ. длина дня - 16 часов.

Fa F-V де (ь после посева вносили Кнопэ и микроэле-

менты в дозе 0,2^ нормы, в не 13-И день - К1£0д в дозе 1,0 нормы, •¿есть растений, начиная с It-го дни после посева, переставали поливать, а через 3 дня влажность песке вновь доводили до [ТВ.

НРА и НЗС определяли в листьях и корнях на 16, 17, 18 и ?0 день после посева по указанным вчша методикам. Лр1 изучении динамики протеолитичегкой активности (ПА) растений в процессе онтогенетического старения была проведена серия экспериментов в 1990 (дискретное внесение еяотэ) и 199? (розовое внесение ээотэ) годах.

В эксперименте 1990 годе растения выращивали в тепличном отсеке лаборатории ргсте1-иеводствэ в песчанок культуре, по 10 ре г тений но с о-уд, при температуре 2Ь + ГсС днем и 19 +• 1°С

\

ночью, в условиях.16-ти часового дня и влажности еубстрдте 70& При набивке вносили питательную смесь Кнспэ и микроэлемен-тыв доза 0,1 нормы. После появления 1-го листе растения каждые три дня поливали: питательным раствором/ содержащим смесь -Кнопе и микроэлементы в дозе 0,05 - 0,1 нормы. За две недели ' до цветения честь-растений (контрольные варианты) начинали поливать раствором смеси Кнопа, в.котором Са^Од^ й ЮГОд были заменены СаС^ и ^ЗОд- Остальные растения (опытные варианты)" • продолжали поливать рвствором, содержащим нитраты калия и кальция. Подкормки-прекращали в фазе молочной спелости зерна. Всего за вегетацию под растения контрольных вариантов внесли I норму азоте, под растения опытных вариантов г 2 нормы. Как.и впре-дыдуших экспериментах, исследования проводили на главном побе-. ге. ..• • .; 1 \ ■.*/"'•',' '-'*„' ; '

В экспериментеЛ99? года растения вырешивэли в фитокамерэх Л8борзтория"г&итотрон" по аналогичной методике^* но смесь Кнопа в дозе I,5 нормы и'микроэлемента в дозе 1,0 нормы внесли'до начала кущения (при набивке, на 14-й и 16-й'дни.после посева). С фазы цветения часть растений (опытные варианты) выращивали при 24-часовой длине дня. , ' '

' , Активность кислых (АКП). и нейтральных (АНЛ) протеез определяли в период между фазами цветения и полной зрелости зерна •• в листьях верхнего яруса, стебле, корнях- и колосьях (без зерновок) по методике Ансоня в модификации,'предложенной на кафедре физиологии растений ТСХА (Кондратьев М.Н; и др.', -1966).'

; , Абсолютную ПА рассчитывали умножением удельной ПА на сырую'-массу органе.. ,,. г" ^ ■. ;<-'■' .

Содержание общего азоте и восстановленного азота небелковой Фракции а органэх растения опредечяли фотоколориметрическим методом с использованием резкшч индофенольной зелени (Самохвалов С.Г. и др., 19^6}; содержание нитратного азота - по методике Катальдо 19^5). Порученные данные обработа-

ны методом дисперсионного анализе (Доспехов В.А., 1965>

РЕЗУЛЬТАТЧ ИССЛЕДОВАНИЯ У УХ ОБСУЖДЕНИЕ

Динамика сугой мвссч и "0ед1нени<) в рсс-^нии

в проце^е онтогенртичс'кего "тзрения.

В генеративный период развития динамика сухой массы и азотистых соединений в растениях исследованных "ортов в целом была идентичной. Варьирование внешних условий (недостаточная влагообеспеченность, 24-часовой светопериод, внесение азота в дреду) в постфлоральный период в большей мере влияло на изменение сухой массы и содержания азота вегетативных органов и практически не отразилось на накоплении азота.зерновками.

В генеративный период нвблюделось как замедление поглощения нитрате, тек и резкое ингибировение процессов его восстановления. Следовательно, не данном этепе развития -экзогенный

/

азот играет незначительную роль в азотном метаболизме растений и, в частности, в формировании белкового комплексе зерновок.

В ходе -экспериментов в период интенсивного налива зерновок неоднократно наблюдалось выделение во внешнюю среду азотистых ветеств и - реже - фотоессимилятов. Эти данные указывают на то, что направление тока Сахаров I азотистых '■оединений контролируется органом - акцептором- когда акцепторная емкость

зерновок исчерпана, метаболиты выделяются в среду, если нет альтернативного акцепторе. :'.',' ~

, По данным экспериментов, количество восстановленного азота небелковой Фракции (пул мобильного азоте), имеющегося в вегетативных- органе* в фазе цветения, может удовлетворить потребности зерновок в течение 10-12 дней после цветения. Для дальнейшего обеспечения 'зерновок азотом необходим гидролиз белков вегетативных органов. . ; • • . - ■, '

- ■ Динамика нитратвоостеновительной способности • ; , ' ."- ' .'.' растения в онтогенезе. ; - ■ ' «

Динамика: НВС целого растения и отдельных органов у обоих:' сортов.бчла;идентичной (рис! Г.). В опыте'1969 г.; динамика НВС .. целого растения возрастала.до фазы.стеблевания (Ленинградка)-•: или ;цветения (Саратовская 29) и резко снижалась, в генеративный период; В эксперименте 1991 года динамика НВС растений имела .вид,двухвершинной кривой с максимумами на 38-й (фаза стеблева--нкя).и 51-й (начало.налива-зерна) дни. после посева. .. .

' .Различный характер динамики'НВС растений в экспериментах ; разных ..лет, несмотря на одинаковые условия азотного, питания, свидетельствует о; высокой полигенности данного признака, вследствие чего фенотгаические условия вырашивания игрвют превалирующую роль в- формировании уровня НВС растения. ; •

, ,. Обнаруженные, сортовые >различия по; величине,НВС в те или, 'иные фазы развития не позволяют;судить о генетической предопределенности уровня НВС,. тёк:как>эти различия являптся кратковременными к не;сохраняются в онтогенезе.;.■;<"::'.

Ухудшение усчовиР водоснабжения на^ ранних этапах онтогенезе угнетало НЗС растения у Ленинградки (сорт зеверо-руссяого •»кстипо) сильнее по сравнению с Саратовской 79 (сорт степного чкот1Пэ). 3 генеративный период недостаточная влагооС-еспеченно-сть прэктичесчи не влияло на НВС растения у обоих сортов (рисЛ) По-видимому, уровень влегообеспеченности^влияет на НВС не непосредственно, е опосредованно, через поступление нитрата в растение.

Следует о-даетить, что быстрое снижение НВС после цветения не является следст&ием прекращения поступления нитрата в растения , так не к внесение его в среду в -»тот период приводило к накоплению нитратного эчота в вегетативных органах, но не влияло на процесс редуягхии нитрата. По-видм-ому, уменьшение потенциальной НВС растения в лостЛлорвльнмП период является одной из важных характеристик онтогенезческого старения.

Анализ вклада каждого органа в НВС растения в конкретный •утап онтогенезе показал, что у исследованных сортов в фазе ку-шения примерно 1/3 НВС приходилась на корни и Р/3 - на листья (табл. 2).

В период между фазами кушения и цветения удельный вклад корней в НВС растения снижался, а листьев - возрастал, причем по мере развития растений ноЙлсдалось перераспределение эклада в НВС растения между листьями разных ярусов. 3 генеративный период развития всзимилчпия нитрата осуществлялась, главным образом, в листьях верхнего яруса и корнях. При этом по мере старения рвстений роль листьев в ревукгии ш трота уг-еньпвлесь, а роль корней увеличивалась.

-уо-

Рисунок 2. Динамика НВС растении 6 ъаНиситости от урабня ЗлазааНвйпеченнасти на ранних отапах онтогенеза

АКП ■

160 ■

т

г* №

>

ч> § 100

£ § 60

йО

4(1

20

0

/ ^ Саратовская 23 /¡енинерадка

ю я ло го за о 5 ю т го га м

Цбв!

-Л*

'ни

мосле цдеагениЯ

• •• -. кантралЬ----опЬитг

РисунокЗ. Дакатика АКП растении 3 зависимости от уровня азотноео питаний 6 еенератиёнЬм период

Саратовская 29

//енинградка

го /з во ев за о л* ю контролЬ----опЬ/т

еа а м

•Л

ни

после цветения

Рисунок Динамика АКП растении $ заёиситоста от длинЫ дня 6 еенерати^нАш период

АНП

Саратовская 29

Ленинерадка

« . ю т 20 ¡6 зо о в -контролб —- - -опЫт

ю 1б га й л?, М»и пойле чоетемия

Рисунок 5. Динамика АНП растении & зависимости от уроВ*.

азотного питания 8 генератиёнЬи период

ш

Саратовская 29 \

~ ; Ленинградка

ю . на ее-зо о <а /а е..а ¿а Дни. ■__контроль ----опЬт • после фтени*

Рисунок 6. Динамика АНП растении В за&иситости от длинЬ дня 3 еенератиЕнЬи период . .

Таблица 2

Вклзд отдельных органов в НБС целого растения мкг №Ор/ раст.-чэс.

(данные 1969 г.)

Саратовская 29

Грет

Орган после' 17 ' 24 ' ' ^ • ра-'те- noce куш. трубк. стебл. цвет. ПФЗ и*я_ва 1 _I

Данинградкз.

3?

45

54

1

65 злом (спел.

» оо ,

молоч.

17 куш.

, 24 Трубк.

, 32 стебл.

t

t i , цвет, t ! 54 ПФЗ , 65 ыслоч. 1ппел.

2,9 5,2 6,6

( 1«) ( ( 17«)

10?,' F7,6 ТБ,8

( 6"«) ( 59«)

26, ? 8,0 2,8

( 19«) ( 6«) ( 6«)

5,9 1,9 ^

( 4«) ( 2«)

13,0 24,b 20,1

( 9%) ( 25«) ( 40«)

152,2 9°,3 с0,3

(100*) (IOOT) (ICO"1

Кэло; ♦ ( зерновки

к. J!i'"Ti я '"J4 верхнего ppyrs

JIp-тья среднего

Лигър нтиго

Fpy-a

KopHi

Ц;лое р?с?гше

(

2,7 2«) (

4,° 5,5 5«) ( 13«)

25,1 ( 451)

4 е),б 83,5 4°, Т 10,4 ( 46"$) ( 63«) ( 52«) ( 24«)

30,5 31,0 15,6 3,4 31«) ( 24«) ( И*) ( 6«)

17,2 20,1 16,9 3,6 4,6 - 26,3 64«) ( 36«) ( 17«) ( 3%) ( 6«) ( 71«)

63,8

36,0 5?,4

4? ,9 20,3

9,5 10," 5,8 10.1 14,6 23,Ь 11,4 11,5 ' 9,4 360 ( 19«) ( 6«) ( ( 16«) { 55?) ( 29«) ( 12«) ( f«)

26,7 5F,9 96,6 130,9 81,2 43,1 39,7 92,4 165,9

Уменьшение НВС "одного органа при одновременном увеличении другого является ввжным механизмом регуляции уровня НВС в системе целого растения. • "

- ■ Динамика активности кислых протеаз в растении " *

в процессе онтогенетического старения) " ' , '

3 эксперименте 1990 года.(дискретное внесениеезотэ) АКП в растениях контрольных вариантов у. Саратовской'29 до Т9-го дня , . после цветения (молочная спелость зерна) оставалась неизменной,.<, рселе чего быстро.снижалась.' У Ленинградки.наблюдалось двухэтап— •'нов' снижение АКП: с 5-го по 1?-й'(начэло налива-- полное форми-^ рсванйё зерне) и с 19-го по 32-й (молочная спелость -полная спелость* зерна) дни после цветения (рис. 3*)'. . * В эксперименте 1992.года (разовое внесение эзота) у Саратовской 29 с 12-го по 16-й день.после цветения (полное формирование зерне - предмолочнея спелость зерна> отмечался рост АКП растения^ У Ленинградки рост АКП растения не наблюдался, но; между 5-м и 6-м днями после цветения протеолитическея активность не снижалась (рис.. 4.). . ' V. • .; (

Таким образом, в период между фазами полного;формирования

- (ПФЗ) и молочной спелости зерна нэблюдэлся^ост АКП или прекра-шение дальнейшего снижения. Эти данные хорошо согласуются.с результатами анализов'содержания мобильного взота в вегетатив-• ных органах, указывающих, что необходимость ремобилизеции азотистых ветеотв вегетативных органов отмечается в фазе¡ ПФЗ. •. Последушее (после, фазы молочной спелости зёрна) снижение АКП растения обычно совладело е.замедлением поступления: азотистых

вешеств в зерновки. 24-часовой оветовой день, ускорявший старение растений, практически не повлиял но динамику протеолитической активности (рус. 4.К

Зое чш1е"ке^нное позволяет предположить, что отмечаемчй мнопми Iследователями ро~т вктично-ти К1"лых протеза ч еере-

0//ГО

дине генеративного периода не чвляетоя непременной чертойТге-

нетического старения, г затсит от характера донорно-акпептор-

нъгзс отношен!Я, сложившихся изжду вегетативными и рапродуктивны-8

ми оргенамиТконкретнмх условиях выращивания

Динамика АКП листьев верхнего яруса имела вид одно- или двухвершинной кривой, причем главный пик активности наблюдался в период интенсивного налива зерновок. АКП стебля снижалась в два этапа или практически не менялась на протяжении генеративного периода. В колосьях и корнях обычно наблюдался рост АКП в середине постйшорального периода. Таким образом, динамика АКП в отдельных органах не всегда совп»дяла с динамикой АНП целого растения. Эти данные могут объяснить, почему многочисленные попытки связать велнигну протеолитической активности в том или ином оргвне с азотнмм статусом полого растения заканчивались неудачей.

Однако между динамикой АКП целого растения и характером оттока азотистых вешеств из вегетативных органов текже не всегда удается установить четкую зависимость. Это объясняется, по-видимому, тем, что в генеративный период развития в росте-, ти наряду с "протеэзэми стерения" (Ковдратьвв М.Н. и др., 19бф ответственными за создание пуле мобильного азоте, функционируют протеазы общего обмене белков, осуществляющих непрерывно»

-УЗ -

обновление белковых молекул

- ? Подтверждением этому является рост АКП растений при поздних корневых подкормках азотом (рис. 3.). Поступление дополни- \ тельного количества азота в растения активизировало, по-вцдкмо-1 " му, именно протеазы обшего обмена белков;

' Динамика активности нейтральных протеаз в растении .' . . в процессе|онтогенетического старения

Вопыте с дискретным внесением азота (1990 тО АНП в растениях контрольных вариантов обоих сортов быстро снижалась ■ до 12-го дня после цветения"(фазе 1№3), • эвте'м у.Саратовской'29^. возрастала, а у Ленинградки оставалась неизменной (рис. 5.). . С 19-го дня после цветения (фазе молочной спелости зернаV у обоих сортов начинался второй этап снижения АНП растений.

При разовом внесении азота (опыт Т992 г.) АНП растения у : . V обоих сортов снижалась вначале генерэтичного периода, затем рос- ' ла ,.э после 16-го дня после цветения (предмолочнэя спелойть зерне) вновь снижалась (рис. 6.)." Принтом пик протеолитической активности у Саратовской 29 был выражен сильнее по сравнении ; .. с Ленинградкой. \ - . - . ■ " . " ■'

Таким образом,' в растениях исследуемых сортов АНПV как к « АКП, в генеративный период снижалась в два этапа: с фазы цветения до фазы ПФЗ и с фазы молочной спелости зерна.до конца веге-твшм. В период между Лазами ПФЗ и .молочной спелости зерна.на- ; о'людался/рост АНП растения или прекращение ее.снижения. Вэтот : же период обычно наблюдались интенсивный отток азотистых ве-: пеств из вегетативных органов и накопление их в зерновках.

Зчро-ивсн.е растет" в ^счовиях ".^-чагопог'- чветозого для к»-сколько "Н/31ЛО Гешиградк! , но в цел~н грлс отраллесь на динамике ЛНП растений ойэих сортоз (рис. б.).

Мспго предположить, что динэм»чз АНП растения определяется не столько характером старения материнского растения, сколько характером рззвития репродуктивных органов.

Д;намика АНП в отдельных: органах, кок правило, не 'овпеде-ла с акнапксй АНП целого растения и сильно варьировала в экспериментах речных лет. Теь, динамика .ЛП листьев верхнего яру-

I

сэ в эксперименте *990 годе у обоих сорточ имела вид двухвер-инной криво" с максимумами з нэчрле и середине генеративного периоде. В эксперименте 1990 юде динамике АНП в этих органах у Лвнингродки I мела вид односерийной кривой с максимумом в Ьазс уолочноп сгелооти эерна, о у Саратовской Г9 нэблкдалось двухэтапнов снк-ение протголитической активности. Дкнимичо АНП колосе у исследованных сортов обычно снижалась после прохождения фазы цветения, а в стеблях, наоборот, почти всегда наблюдался рост АНП в середине генеративного периода. АНП корней в •эксперименте 1990 годе непрерывно снижалась на протяжении генеративного периода, а в эксперименте 199? годэ неблкщался рост АНП в период интенсивного ьеливе зерновок.

Внесение азоте в среду в постфлорельный период могло оказывать как положительный, так и отрицательный эффект не АНП растения и отдельных органов (рис. При этом характер и

С1ла ответной реекиии в разных органах реотения была различной.

Эт.- денные позволя'т предположить, что:

' 1)в генеративный период развития в нейтргльной, как и в кисло!!, области рН продолжают функционировать протеазы обшего 067 »мене белков; .-' : ■■ ¡г; "/ г ''-г---;- • V- " \ -;-.-ч ' ' ■

•г • 2) усиление обшей протеолиткческой активности органами целого- растения в. генеративный-период, как правило,.связано>с • ростом активности ,?протеаз. старения";; - . . ь .

. 3); соотношение:этих. групп ферментов .зависит от органа,; , условий вырашивания, а '.также, возможно, генотипкческих .особенно- , стеЯ сорта. * , . .-V г « - /•'..'«..

ОСНОТЭТ-'Е 3"Ч0ДЦ

1. Сорта стрпного и северо-русского ткотипов яроеой пшенты накапливают сухую массу и азотистые соединения в "»кспериментэль-ннх условиях приблизительно с одинаковой интенсивностью. Распределение и перераспределение азотистых вешеств и фотоессими-лятов находились под контролем органов-акцепторов.' Когда акцепторная емкость зерновок была исчерпана, метаболиты выделялись в среду. Варьирование внешних условий в большей маре влияло на интенсивность оттока ассимилятов, азотистых вешеств из вегетативных органов, чем на накопление их в зерновках.

2. Динамика нитретвосстановительной способности (обшей нитретре-дуктазной активности) целого растения и отдельных органов у обоих сортов была идентичной. Уровень нитретвосстановительной способности растения определялся главным образом Фенотипичес-кими условиями выративания, а не генотипическими особенностями сорта. Обнаруженные сортовые различия в уровнях нитретвосстановительной способности в те или иные фазы развития не позволяют судить о генотипической предопределенности уровня нитретвосстановительной способности, так как эти различия являются кратковременными и не сохраняются в онтогенезе.

3. Изменение вклада отдельных органов в нитратвосстановительную способность целого растения в онтогенезе является важным механизмом регуляции нитретвосстановительной способности не орге-низменном уровне. Уменьшение нитретвосстановительной способности одного органа при одновременном увеличении другого является ярким проявлением принципа компенсации.

4. Резкое снижение,нитрэтвосстеновительной способности растений

в генеративный период является генетически запрограммированным -4 процессом,"представляющим собой один из компонентов "синдроме -. старения". Вследствие быстрой потери способности к ессимиля-- пии нитрата роль экзогенного азота, поглощенного после цвете- ~ . нкя, в'.азотном метаболизме растений и в Формировании,белкового комплекса зерна незначительна. / ; V ' ' ' :' Р. Активность;кислых и нейтральных:.протеаз в растениях исследо- ■ ванных-сортов стабилизировалась или усиливалась в середине г^- ' неративного1 периода, чтоовязено с активизацией "протеза ста-'' рения". "- , ■ " . ;;.' ■* .'" • . ' -.-••* - '. ■ 6. Соотнотг-ение-протеаз обшего обмена белков и "протеаз старения"'-_* не одкнеково в различных-органах растения и /зависит от условий ' " выращивания. Следствием этого является несовпадение, динамики'- . .'как кислых*' так инеЯтральннх протеаз в отдельных органах,8 . * .

также неоднозначность, ответной реакции, протеолитической актив- ' .кости на воздействие внешних факторов ".в розлиадых: органах рас— "-, тения. •'1 »•'.•■ ' ',-/, - '■ •

♦■71 В проведенных экспериментах отсутствовала четкая зависимость 1 между величиной протеолитической активности и генотипическими „ Ч- особенностями сорта. Изменение активности протеаз.общего об-'"-№нг белков, пероятно, отражает характер старения материнского растения. Активность "пготеаз старения" конаролируется,-по-'■ в1'димс,/у;'.развгпьги!гмилчг ;зерновкэми и завк^ит. от напряженности-дсиорао-экпептсрннх'. отношений, сложившихся в: кодервтннт' усло-■-. гиях. выршияэн/я . ■ . , : ,'.,""., -.

-/Л-

СПИСОК РАБОТ. ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Кондратьев М.Н., Лебединская С.О. Нитротредуктезная активность агрозкотипсв яроЕОй пшеницы в условиях воздействия корневой засухи // Всесопзн. конф. "Фиаиолого-генетические механизмы регуляции азотного питания растений". - Киев. 1991. -С.136-Т38.

Объеч I1/« п л

Заказ 279

Тираж 100

Типография Moci овской с х академии имени К А Тимирязева 127^50 Москва И S50 Тимирязевская v.i 44