Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗУЧЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ 15N УСВОЕНИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ АЗОТА МОЧЕВИНЫ И АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ПРИ НЕКОРНЕВОМ И КОРНЕВОМ ПИТАНИИ

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ 15N УСВОЕНИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ АЗОТА МОЧЕВИНЫ И АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ПРИ НЕКОРНЕВОМ И КОРНЕВОМ ПИТАНИИ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР»

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА Л Е Н И НА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

у-лтз

На правах рукописи Владимир Андреевич КОЖЕМЯЧКО

ИЗУЧЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ 15М УСВОЕНИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ АЗОТА МОЧЕВИНЫ И АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ПРИ НЕКОРНЕВОМ И КОРНЕВОМ ПИТАНИИ

(Специальность № 03.00.04 — биохимия) .

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук*

МОСКВА — 1973

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии и Агрохимической опытной станции им. Д. Н. Прянишникова Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители: академик ВАСХНИЛ доктор химических наук/В. М. Клечковский/, кандидат биологических наук Э. А. Муравин.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук 3. И. Журбицкий, кандидат биологических наук В. П. Яцко.

Ведущее предприятие — Институт биохимии им. А. Н. Баха АН СССР.

Автореферат разослан «Д?» ■ ■ ■ 1973 г.

Защита диссертации состоится «3/» . ЛЛО^. . . 1973 г. в /5* час. на заседании Совета факультета агрохимии и почвоведения ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА (1.0-й корпус).

Ваши отзывы и замечания по автореферату просим присылать по адресу: Москва 125008, Тимирязевская ул., дом 47, корпус 8. Ученый совет ТСХА.

Отзывы, заверенные печатью, просьба отправлять в двух ;г<земплярах.

Ученый секретарь Совета ТСХА

Ф. А. ДЕВОЧКИН.

ВВЕДЕНИЕ

На всех этапах более полувековой истории нашего государства КПСС и Советское правительство постоянно придавали большое значение производству зерна. В решениях XXIV съезда КПСС вновь указывается, что повышение урожайности зерновых культур остается ключевой проблемой развития сельского хозяйства, при этом особо подчеркивается важность увеличения производства высококачественных сильных и твердых пшениц.

Решающим средством увеличения урожая зерна пшеницы и повышения его качества является применение удобрений, в первую очередь азотных. Как для разработки новых, так и теоретического обоснования существующих практических приемов эффективного использования азотных удобрений требуется дальнейшее всестороннее изучение азотного обмена пшеницы, начиная с процессов первичной ассимиляции азота до формирования белкового комплекса зерна. Изучение культуры пшеницы относится к числу тех проблем, которые возбуждают-живой интерес, на которые не существует моды (Тимирязев, 1948).

В последние годы внимание многих исследователей в нашей стране и за рубежом привлекает вопрос о применении поздних подкормок пшеницы азотными удобрениями, главным образом мочевиной, с целью повышения белковости и улучшения пищевых и технологических качеств зерна пшеницы (Пети-нов, 1959; Selke, 1959; Павлов, 1967; Коданев, 1970 и др.).

В результате применения поздних азотных подкормок не только увеличивается содержание белка в зерне, но п улучшается состав белка, повышается содержание клейковины и стекловидность зерна, что связано с изменением фракционного состава белка (Günsel, 1962; Петинов, Павлов, 1966; Воллейдг^ - 1966). . '

Известно, однако, что наиболее высокие прибавки урожая яровых зерновых культур, в том числе пшеницы, и увеличение сбора белка достигаются при внесении "полной дозы азотных удобрений до посева. Перенесение же части удобрений в подкормки, особенно.дюздние, не только не имеет преимуществ

1

......... : ' fi::r::a.

uv.,. ; .'. ., t у, - ■ я

_ к

перед внесением полной дозы азота в основное удобрение, но и может привести к снижению урожая (Найдин, 1963; Мосолов, 1968; Смирнов, 1970; Гулякин, 1970). В то же время, как показывают многочисленные опыты, проведенные в сети Госсортоиспытания (1970), а также работы Минеева (1966), Мосолова (1966), Pete! (1968) и др., повышение содержания белка и клейковины при некорневых подкормках нестабильно и в значительной степени зависит от почвенно-климатических условий, уровня азотного питания до посева, срока проведения подкормки и сортовых особенностей пшеницы.

Для поздних некорневых подкормок с целью улучшения качества зерна чаще используется мочевина, в то же время имеются данные, что аммиачная селитра в этом случае.не уступает мочевине (Найдин, 1963; Челядинов, Полоус, 1965).

В связи с этим вполне определенный практический и научный интерес представляет изучение вопроса о поступлении и усвоении пшеницей азота мочевины и аммиачной селитры в зависимости от способов их.применения, а также получение данных о реальном использовании азота удобрений при корневом и некорневом питании пшеницы. Широкие возможности при проведении подобных исследований открываются в связи с применением метода меченых атомов (Клечковский, 1969). Применение стабильного изотопа I5N в агрохимических и биологических исследованиях уже позволило в значительной сте-пенирасширить и углубить знания в области азотного обмена и питания растений (Церлинг, 1963; Турчин, 1964; Кореньков, 1966; Андреева, 1969; Смирнов, 1970), в том числе и о путях ассимиляции азота при корневом и некорневом питании растений,- изменении белкового комплекса зерновых культур,прн созревании зерна ив зависимости от -условий питания (Michael et al., 1961; Павлов» 1967; Воллейдт, Кузнецова, 1969).

Целью настоящей, работы, выполненной на кафедре агрономической и биологической химии ТСХА и Агрохимической опытной станции имени Д. Н. Прянишникова в 1969—1971 гг., являлось изучение с применением I5N поступления и усвоения азота мочевины и аммичной селитры при корневом и некорне-ном питании яровой пшеницы.

Диссертационная работа имеет объем 149 страниц машинописного текста. Литературная часть состоит из трех разделов и имеет объем 53 страницы. В ней освещены современные представления по следующим вопросам:

1. йакция пшеницы на условия азотного питания в онтогенезе и применение азотных удобрений.

2. Использование и процессы первичного превращения в растениях различных форм азота.

3. Белковый комплекс пшеницы, состав, изменение в онтогенезе и в зависимости от условий питания.

Экспериментальная часть диссертации состоит из 5 разделов. В тексте работы, представлено таблиц 39 и диаграмм Ь. В списке использованной литературы 320 наименований. В приложении в 16 таблицах приведены результаты математической обработки полученных данных.

Условия проведения опытов и методика исследований

В качестве объекта исследований взята мягкая яровая пше ница сорта «Краснозерная», районированная в Московской и Владимирской областях, мука которой имеет хорошие хлебопекарные качества и может быть использована в хлебопечении без улучшителей, а отдельные партии могут служить улуч-шителями слабых пшениц.

В двух полевых и трех микрополевых опытах, проводившихся на дерново-подзолистой почве учхоза «Михайлозское», имеющей следующие агрохимические показатели: содержание гумуса 1,70%; рНкс1 5,1; гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований 3,6 и 8,2 мгэкв на 100 г почвы, подвижные Р2О5 по Кирсанову и КгО по Масловой 12,9 и 9,0 мг на 100 г почвы — изучалось влияние полного удобрения (70N 80Р 60К), а также поздних — в фазу цветения и ранней молочной спелости зерна —некорневых подкормок мочевиной и аммиачной селитрой (30N) на фоне основного азотного и фос-форно-калийного (40N80P60K) удобрения на высоту и качество урожая"йшеницы. Размер опытных делянок 100 м2, учетных—80 м2 при 4-кратной повторности. Способ учета урожая сплошной.

В микрополевых опытах (площадь делянок 1 и 0,5 м2 в 1970 и 1971 гг. при 4-кратной повторности) с использованием меченой мочевины и общемеченой аммиачной селитры с обогащением 10—17 ат % ,5N изучали использование азота основного удобрения (40N и 70N) и поздних некорневых подкормок (30N) на фоне РК и меньшей из испытывавшихся доз азота до посева.

В полевых условиях азотные удобрения до посева вносили под предпосевную культивацию, некорневые подкормки проводили 3 и 5%( растворами аммиачной селитры и мочевины.

В вегетационных опытах (почвенно-песчаная культура, соотношение почва : песок = 1.: 3) с применением меченных ISN соединений изучали влияние корневых подкормок аммиачной селитрой в фазу выхода в трубку, цветения и молочной спелости зерна (опыт 1969 г.) и корневых„доЯКормок мочевиной з фазу цветения и молочной спелости зе^на (опыт 1970 г.) на урожай пшеницы, его качество и усвоение азота удобрений.

В вегетационном опыте 1971 г. было проведено сравнительное изучение действия корневых и некорневых подкормок мочевиной в фазу цветения и ранней молочной спелости зерна пшеницы.

Корневые подкормки проводили с поливом растений, а некорневые— микроопрыскивателенв дозе 200 м г N на сосуд при обогащении мочевины 14—17 ат°/а< 15N, а аммиачной селитры около 40 ат% ,5N. Фоном во всех вегетационных опытах служила ' измененная питательная смесь Прянишникова (0.5N2P1K). Опыты закладывались в 13—16-кратной повтор-ности, число растений на сосуд 20, повт'орность при учете урожая 4—5-кратная.

Программа исследований в микрополевых и вегетационных опытах предусматривала изучение поступления меченного 15\т азота основного удобрения и поздних корневых и некорневых подкормок в растения, распределение его при коротких экспозициях (3—48 часов) по формам небелкового азота, включение в состав белка и отдельных белковых фракций, выделенных по растворимости. Определялись также конечные коэффициенты использования азота удобрений и распределение меченого азота поздних подкормок в растениях при учете урожая по отдельным органам (зерно, солома) и фракциям белка созревшего зерна.

В растительных пробах (при каждой экспозиции с варианта снимали и фиксировали жидким азотом по 10 растений в микрополевых опытах и растения 2—4 сосудов в вегетационных опытах) определяли содержание общего, белкового и небелкового азота по методу Къельдаля после осаждения белка по Барнштейну, формы небелкового азота — по Конвею после осаждения белка ТХУК, фракционный состав белка (по Ос-борну) согласно методике, принятой на кафедре агрохимии ТСХА (Плешков, 1968). содержание сырой клейковины в зерне с полевых опытов определяли по ГОСТ 13661—1—68. С целью изучения изменений состава белка в процессе созревания зерна пшеницы, а также возможных изменении состава белка созревшего зерна пшеницы в зависимости от условий азотного питания проводили хроматографическое фракционирование белков на ТЭАЭ* и КМ-целлюлозах, руководствуясь методикой Петерсона и Собера (Peterson, Sober, 1956) и элек-трофоретические (Сафонова, Сафонов, 1964) исследования выделяемых при хроматографии фракций. С применением диск-электрофореза в 7,5%* п о л и а к р и л а м и д н о м геле изучали изменение белка вегетативных органов под влиянием некорневой подкормки мочевиной.

Содержание изотопа ,5N в пробах определяли после соответствующей подготовки образцов на масс-спектрометре МИ-1305.

Продуктивность использования яровой пшеницей азота мочевины и аммичной селитры при различных условиях их применения

В полевых условиях (полевые и микрополевые опыты, таблица 1) применение некорневых подкормок мочевиной и аммичной селитрой в фазу цветения, а также подкормок мочевиной в фазу ранней молочной спелости зерна в дозе ЗОМ по фону основного удобрелия 4ОМ 80Р 60К не оказало существенного влияния,на урожай, но при этом значительно повысилось содержание белкового азота (на 0.30—0,35-%!) и количество сырой клейковины (на 3—5%) в зерне пшеницы.

Таблица 1

Влияние условий азотного питания на высоту и качество урожая пшеницы

(полевые опыты)

Варианты опыта Урожай, ц,'га Содержание в зерне, % Сбор -белка с зе-рмоч

зерно солома белка сырой клейковины

80 Рс 60 К* ... -...... 19.fi 39.9 11.7 26.4 230

14,4 25,4 8.3 .22,0 120

Фон+40 К аа до посева..... 21.2 ато 14.9 32,0 316

16,1 .72,0 12,5 27,0 202

Фон+70 N аа до посева . . . 23.1 69.2 14.8 Д3.6 313

18.2 37.0 12,5 30,0 228

Фон+40 Маа до посева + 00Nм в 21.5 5X5 16.7 33.0 360

подкормку в фазу цветения . . 16.9 33.8 14,5 31,1 246

То же; подкормка в фазу ранней >19.8 54,0 165 35.1 332

молочной спелости зерна . . . 15,9 32,3 14.5 32.0 230

Фон+40 N аа до посева+30^ аа в 20.8 530 16.0 32.0 ХГ2

подкормку в фазу цветения . . 15,9 31.8 14^ 31;2 22(3

То же; подкормка в фазу ранней 19.6 54 0 16.0 31,2 306

молочной спелости зерна . . . 14,0 32,0 14,2 32,0 196

НСР,,.М .........: 1.56 4,50

1,26 5,02

Примечание. В числителе опыт 1970 г., в знаменателе — 1971 г.

В вегетационных опытах дополнительное к фону (0,5М2Р1К в дозах по смеси Прянишникова) внесение мочевины в дозе 200 мг N на сосуд в виде корневых и некорневых подкормок в фазу ранней молочной спелости не привело к изменению уро= жая; но, как и в полевых условиях, в значительной степени по-

Урожаи и использование азота в зависимости от условий применения удобрений (вегетационные опыты)

Таблица 2

Урожай в г су х. Содержание азота, % на сухой вес

Варианты опыта в-ва на сосуд Лелкового общего

зерно солсма зерно солома зерно соло\й

Коэффициент использования азота, рассчитанный

разностным методом

Опыт 1969 г.

Фон *..........

Фон'+корневая подкормка Ь'аа в фазу выхода в трубку в фазу цветения . . . в'фазу молочной спелости зерна

/на»»« ......

Фон.........

Фон+Ыаа До посева . . Фон + корневая подкормка в фазу цветения . . . в фазу молочной спелости НСР0,95 .... ...

Км:

зерн

Фон ........

Фон + N м До посева : Фон+коркевая подкормка Ым :

в фазу цветения.....

в фазу молочной спелости зерн Фон+некорневая подкормка А/«.'

в фазу цветения . . . . в фазу молочной спелости зерна

НСРМ5 . . ........

* Фон во всех опытах 40 мг N. 120 мг Рг05, 96 мг КгО на кг лочвенно-** Дополнительная доза азота —200 мг на сосуд.

песчанои смеси.

3,6 • 10,7 1,80 0,30 •1,80 0,40 — —

6,4 13,7 2,56 051 2,75 0,60 74,0' 62,2

4.2 112,0 ЗДЗ 0,52 3,51 0,65 . 53,8 54,1

3,9 9,8 2,86 . 0,50 3,08 -0,65 37,0 33,0

0,35 0,91

Опыт (970 г.

3,5 16.3 2,10 0,44 '220 0,52 — —

6,6 • 20,9 2,52 0.50 2,77 0,60 74,0 , 60,0

4,7 18,2 . 3,23 , 0,57 ' 3,37 0,71 63,1 64,0

3.9 17,0 , 3,18 0,46 3,4,3 0,66 43,6 31,0

0,29 0,70

Опыт 1971 г. -

4,1 12.2 1,90'- .0.20 2,06 0,30 _ —

6,1 15,9 2,5О' 0,43 2,71 0,58 68,0 52,1

4,7 12,8 3,40- 0,38 3,61 0,57 61,0 56,0

4,2 122 2,50 ОуЗО 2,84 0,45 26,5 23,5

12,4 '2,60 0.38 2,98 0,76 50,5 46,5

4,2 12.2 2.60 0,30 3,03 . 0,80 51,5 49,0

0,20 0,40

вышало содержание общего и белкового азота в растениях (таблица 2). При корневом внесении азота в фазу цветения,_ наряду с увеличением относительного содержания белка в зерне, достоверно возрастал урожай зерна, прежде всего за счет лучшей выполненности колоса и увеличения абсолютного веса зерна.

Перенесение части азота из основного удобрения е поздние подкормки приводило в полевых и вегетационных опытах к снижению урожая зерна пшеницы по сравнению с урожаем при внесении полной дозы азота до посева. Особенно значительно в этом случае урожай снизился при некорневом внесении аммиачной селитры в фазу ранней молочной спелости зерна.

По сбору белка (с урожаем зерна) варианты с полной дозой азота до посева и перенесением части азота в поздние подкормки были практически равноценны.

При внесении удобрений до посева в полевых условиях коэффициенты использования азота мочевины и аммиачной селитры, определенные изотопным методом, составляли 36— 38%( от внесенного азота, т. е. были близки, при этом значительно увеличивалось использование азота почвы (табл. 3). При некорневых подкормках в фазу цветения размеры использования азота мочевины и аммиачной селитры также были одинаковы и равны в среднем 40%', в то время как при подкормке в фазу ранней молочной спелости использование азота удобрений снижалось. В условиях вегетационных опытов азог мочевины, внесенной до посева, использовался на 52—60%. Использование азота мочевины и аммиачной селитры при кор-

Таблица 3

Коэффициенты использования яровой пшеницей азота удобрений при разных сроках и способах применения (микрополевие опыты)

Способ и срок пр именения

в некорневую аюдкормк> в фазу цветения в некорне-

Метол расчета > в оснозкое одобрение вую подкормку в фазу молочной

спелости

Опыт с СО(ЫН2)2. 1970 г.

Разностный .... .... Изотопный......... " 40.0 36.0 37.2 31.3

Опыт с СО{МН2)2, 1971 г.

Разностный .... .... 56.0 37.5 38.0 42.2 31 ¿4 . 33,1

Опыт с NN<N03, 1971 г.

Разностный........ 56.0 35.9 . 44.6 40,4 23.3 26.8

невых подкормках было тем меньше, чем позже срок их проведения (табл. 2). При корневых подкормках в фазу ранней молочной спелости коэффициенты использования азота мочевины и аммиачной селитры составляли 25—33% от внесенного азота и были в два раза меньше, чем при подкормке в фазу цветения. В вегетационном опыте 1971 г. при сравнительном изучении поздних корневых и некорневых подкормок установлено, что размеры использования азота при подкормке в фазу цветения были выше при корневом, а при подкормке в фазу ранней молочной спелости зерна — при некорневом внесении. При перенесении части азота из допосевного внесения в поздние подкормки, особенно некорневые, использование азота почвы растениями существенно снижалось.

Поступление и распределение в растениях азота удобрений при различных способах их внесения

Известно, что (при ¡некорневом внесении мочевина быстро поглощается растениями (Нтэуагк, >19153; Павлов, 1067). Скорость поглощения мочевины зависит от ее концентрации, вида

Таблица 4

Использование пшеницей азота некорневых подкормок в фазу цветения

и распределение его в растениях (микрополевые опыты 1971 г ) *

Показатели Часы после ПОД- КОрМ'КИ При учете урожая

5 ІІ2 'X зерно солома всего

Общий азот в растениях: мг на делянку . . . . . . 3,44 3,43 3.54 3.00 1.62 4.6(2

3,46 2,84 1,«2 4,66

белковый азот, % от общего . 6.4 63 64 90 78 85

Азог подкормки** в растениях: мг на делянку.....". . 534 546 64 606 87 482 72 150 81 632

583 428 177 603

% от общего азога..... 16 16 17 •1« 8 14

17 15 10 •10

% от ■ внесенного с подкормкой "30 36 40 32 10 42

Азот подкормки в составе белка: м>г на делянку -...... 54 68 39 107 29 444 і12 107 40 553

1Є0 ЗУ2 ІІІ7 509

% от азота подкормки , . . 10 '12 18 90 73 88

21 91 66 84

* В числителе — некорневая подкормка СОС'МНаЬ; в знаменателе— 15КН,15М03.

** В этой и последующей таблицах доза азота в подкормку 1500 мг М на делянку 0,5 м*.

А. Лолкор-**~ка з базу пзегекпя

юс £ 12£

—• гсггч Ьдх

80 60

1028

40 20

о к

О,

о со

иг Время определения (часы после подяоршш) Б. Подкорциз в &аз?? сзняеЗ иодо^пой 5 ООН-'. спелости зерна

400

300 200 100

я 22 СО Р4 О.

о о

юоь

200 300^

400 500

№

ш

5ч

12 Ч

Ч

Ори учете уро-! • на я ........ ;

\

растений, возраста листьев, освещения,.температуры, условий предшествующего минерального питания и других факторов (Журбицкии, 1963; Уоллес, <1966; Сабинин, 1971 и др.).

В наших исследованиях с яровой пшеницей как в полевых условиях, так и ib 'вегетационных «опытах основное количество мочевины ори иоздних 'Иекориевы.х подкормках поступило В • растения уже в первые часы после их проведения. Уже через 5 часов после подкормки в фазу цветения в растениях находилось 70 —85% азота мочевины, обнаруженного в 'конечном урожае, причем 8—10% поступившего меченого азота было включено '3 состав белка (та1бл. 4),

При некорневой подкормке в фазу ранней молочной спелости -поглощение растениями мочевины ШЛО' еще более быстры- . ми темпами и практически заканчивалось через 3—б часов пос- J ле подкормки (табл- 5),. ¡Подавляющее количество азота мочевины в этот период (95% от поступившего) находилось в вегетативных органах, в том числе Я0—00% его —в составе белка. С увеличением экспозиции 'в интервале до 36—48 часов количество азота подкормки >в зерне резко (возрастало за счет .перераспределения из .вегетативных органов и доля его в составе белка зерна была в 2—3 раза больше, чем в вегетативных органах. /

Около 2/3 азота мочевины, поступившего в растение при некорневой подкормке в фазу цветения « ¡в фазу ранней молочной спелости зерна, обнаружено в созревшем зерне, причем около 90% этого количества — в составе белка.

Принято считать, что мочевина при некорневом внесении поглощается быстрее, чем азот диссоциируемых солей, хотя имеются данные и протсшопЗюжного характера. Обобщение имеющихся в литературе довольно ограниченных сведений по сравнительной оценке мочевины, аммиачных солей и аммиачной селитры при- некорневом питании растений .показывает, что под влиянием мочевины вследствие ее физиологической активности в большей степени усиливается отток азотистых соединений из листьев, но азот аммиачных солей с большей скоростью, чем азот мочевины, используется на синтез органических азотистых соединений, ,в том числе белка (Власюк, 1969; Стрельникова, 1971). В то же время имеются данные о более высокой скорости включения азота ¡мочевины в состав белка по сравнению с азотом аммиачной селитры '(Motus, 1970).

Нами не обнаружено существенных различий в размерах поступления в растения азота мочевины и аммиачной селитры через 36 часов после .некорневых подкормок в фазу цветения и При учете урожая, а также распределении поступившего азота в растениях (табл. 4). При подкормке в фазу ранней молочной спелости использование пшеницей азота мочевины было выше,

Использование пшеницей азота мочевины и аммиачной селитры при

некорневой подкормке в фазу ранней молочной спелости зерна и распределение его в растениях (микрополевые опыты 1971 г.) *

Часы после подкормки При ччете \рожая

Показатели 5 36

зерно вегетативные оэтгкы всею зерно вегетативные органы всего зерно солзма всего

Общий азот в растениях: г на делянку........ 1.02 3.33 ■4,35 1.08 3.41 4.52 2.89 1.56 4,40

1.01 3,40 4,44 2,69. 1,75 4,44

белковый азот, % от общего . 71 61 64 70 64 65 88 71 82

Азот подкормки в растениях: мг на делянку ...... 26 464 490 72 ' 71 И 450 66 521 88 351 83 147 88 498

87 300 387 285 117 402

% от поступившего..... 5 95 100 . 14 86 100 70 • 30 100

22 78 100 71 29 100 .

% от внесенного с подкормкой Азот под корта и в составе белка: яг на делянку...... 2 ■ 31 33 5 30 35 23 10 33

6 . .' 89 95 С 38 20 (157 ' .26 195 19 325 8 109 27 431

% от азота подкормки в растениях . .■ . . 23 19 19 51 54 197 ' 32 243 31 270 93 9675 306 Я} '

59 06 04 95 82 91

* Числитель—подкормка .мочевиной, знаменатель— подкормка аммиачной селитрой.

чем аммиачной селитры, но при 36-часавой экспозиции значительно большая доля поступившего азота аммиачной селитры входила в состав белка, особенно в 'вегетативных органах (таблица 5). «

В вегетационных опытах изучалось поступление и распределение мечечкгаго азота мочевины три коротких экспозициях и 'при учете урожая после коряевых подкормок в фазу •цветения и ранней '.молочной спелости зерна. В ¡почве, как известно, мочевина быстро аммонифицируется и в дальнейшем ее взаимодействие с почвой и использование растениями не отличается от аммиачных солей. Скорость аммонификации зави. сит о.т уреазной активности почвы, влажности, температуры и других факторов (Корены?ов, 1966; 51еуапоу1С, 1970; Смирнов, 1970). Однако при контакте растений с мочевиной, возможно, происходит поглощение ее целой молекулой (Мосолоз, Пыль-неза, 19163; Рачинский, Ольшевская, 1965)^

Таблица 6

Использование пшеницей азота подкормок в фазу цветения и распределение его в растениях(вегетационный опыт с СО (N1/^1971 г.)

Пока затели Часы; после падко Р"чки При учете урожая

12 П6 зерно солома всего

Корневая подкормка.

Общин азот в растениях: ..

мг на сосуд........ 183 186 169 81 250

белковый азот, % от общего . т 63 <м 67 85

Азот подкормки в растениях:

vir на сосуд ........ 1.8 но 85 26 112

■7о от общего азота ■ ... . 1.0 5.5 50 33 45

% от внесенного с подкормкой . 0.9 5.2 4'3 13 56

Азот подкормки в составе белка: 101

мг на" сосуд ........ 0.6 4,0 62 19

% от азота подкормки в расте- 89

ниях . .......... . . 33 39 96 66

Некорневая подкормка

Общий* азот в- растениях: .

мг. на сосуд.........2^2

белковый азот, % от общего '. 46 63 Лзот подкормки в растения«:

мг на сосуд....... . 82Г

■% от общего азота 02 34

% от внесенного с подкормкой . 411 43 Лзот подкормки1 в составе белка:

мг на сосуд...... . • 8.5 11

.% от азота подкормки в растениях ..................Ю '3

128 94

47 33 Є4

45

94

94 50

46 49 23

12

27

73

90 42 47

57

61

,1Г

Таблица 7

. Использование пшеницей азота корневой подкормки в фазу'ранней

молочной спелости зерна и распределение его в растениях

(вегетационный опыт с СО(15МН2)2, 1970 г.)

Часы после подкормки При учете урожая

3 24 48 -

Показатели зерно вегетативные органы всего зерно вегетативные органы всего зерно вегетативные органы всего зерно вегетативные органы «сего.

Общий азот в растении: —

мг на сосуд , , ..... 43 178 221 44 •184 228 49 192 '241 135 112 247

белковый азот, % от общего . 78 ' 73 75 78 72 73 ' 78 7 Г 73 9'1 70 82

Азот подкормки в растениях: • •

да на сосуд ....... — ,3,9 3,9 1,8 1(1 13 6,9 -17 24 47 15 62

% от поступившего . . , , . — 100 100 15 85 100 .29 71 100 77 23 100

% от внесенного с подкормкой — 1.8. 1,8 0,9 5,0 6,5 3,4 8,4 12 24 75 31

Азот подкормки в составе белка:

мг на сосуд ........ — 0,2 0,2 0,9 5,9 6,8 4,3 7,4 12 45 8,8 53

% от азота подкормки в< растениях .... ...... — 6,1 5,1 50 52 . 52 62 44 49 95 59 85

Таблица 8

Распределение меченного азота поздних некорневых подкормок

к

по формам небелкового азота в растениях (микрополевые опыты 1971 г.)

Часы после проведения подкормок 1

в фазу цветения в фазу молочной спелости зерна

• Формы азота СО (N112) 2 МН4ГЮ3 СО(Ш2) 2 Ш4ЫОз СО(ЫН2)г ЫВДОз

5 ІІ2 36 36 5 ,12 | 36 36 5 36 36

вегетативные органы ' вегетативные ортаны зерно

Азот подкормки в небелковой фракции 480 477 499 463 .375 386 338 103 00 33 36

100 100 100 100 100 100 100 100 100 . 100 100

В том числе:

нитратный ........ 1,0 10 4,0 27 следы следы следы 5,1 следы следы 1.6

0,4 2,1 0,8 6,1 5,0 4,4

аммиачный........ 237 176 53 170 201 155 120 36 12 8,7 6,0 '

¡49 38 11 35 53 40 І 36 35 63 26 17

аминный , . . 135 200 388 '164 76 132 135' 37 5,2 21 23

28 •42 78 35 20 34 40 36 26 63 - 64

амидный ,....,,,. 108 86 55 109 99 94 87 19 1,5 2,6 13,9

123 .18 >11 24 26 24 26 19 7,6 7,8 11

Числитель — мг на сосуд, знаменатель—% от азота подкормки в небелковой фракции.

Поступление азота мочевины в вегетационных опытах 1970 и 1971 гг. при поздних корневых подкормках происходило горазао медленнее, чем при поглощении 'мочевины три не-корнезом снесении (табл. 6 и 7). Через 36 часов после ■корневой подкормки в фазу цветения и 24 часа после корневой под-кормли з фазу ранней молочной спелости в растениях было обнаружено всего ■соответственно около 1/10 и -1/6 азота мочевины, определяемого в конечном урожае. Приведенные в таблицах 6 и 7 данные хорошо иллюстрируют интенсивное перераспределение ¡поступившего азота подкормок из вегетативных органов 'в формирующееся зерно пшеницы.

Распределение меченого азота поздних подкормок по формам

небелкового азота в растениях при коротких экспозициях

При некорневом .внесении мочевины, а также а первый период .(до аммонификации и последующей ■нитрификации азота мочевины в почве) при корневом ее внесении растения поглощают мочевину целой молекулой. О дутях ¡дальнейшей ассимиляции (поступавшей мочевины нет единого мнения. Наряду с использованием азота .мочезины на синтез органических азотистых соединений 'растениями после ферментативного расщепления ее до аммиака и углекислого газа возможно также выключение 'мочевины в азотистый обмен и без /предварительного разложения,'в реакциях обращения орнитинового цикла (Hattory, 1957; Coleman, Hegarty, 1957; Уоллес, 1966; Крето-'зич, 1972).

При изучении в микроотолезых и вегетационных опытах распределения поступившего в ¡первые часы после 'поздних некорневых .подкормок меченого 15N азота мочевины ото формам небелкового азота в растениях пшеницы значительное количество (10—60% от азота лодкормки и небелкозой фракции) меченого азота обнаружено в аммиачной'форме (табл. 8). Это указывает на использование ¡пшеницей азота мочевины при некорневом 'внесении »для синтеза азотистых соединений в основном после 'предварительного гидролиза мочевины до аммиака.

При 'внесении меченой 15N аммиачной селитры 'з ясшзше некерневые -подкормки яровой пшеницы нитратный азот удобрения быстро восстанавливался до аммиака и через 36 часов после .проведения подкормок лишь незначительное количество его оставалось в нитратной форме.

•Пути (дальнейшего усвоения яровой пшеницей азота мочевины и аммиачной селитры отри некорневом и корневом их Ене-. сении одинаковы. С увеличением экспозиции, в интервале 3— 48 часов после подкормки содержание меченого азота удобрений в аммиачной форме быстро снижалось и возрастала доля его в составе свободных аминокислот, амидов и затем белка 14

Ход усвоения и перераспределения в растениях азота !мстчеви-■ны .при ¡некорневых подкормках в фазу ранней молочной спелости зерна при коротких экспозивдях и при (формировании зерна пшеницы представлен в диаграмме 1. В случае корневых подкормок меченый азот 'мочевины при меньшей скор obi поступления 'в растения еще 'более интенсивно 'включался в состав органических азотистых соединений, >в том .числе (белка, особенно при подкормке в фазу иветеиия.

Влияние условий азотного питания на фракционный состав белков пшеницы и распределение азота поздних подкормок по отдельным фракциям

а) Распределение меченого азота поздних подкормок по фракциям белка при коротких экспозициях

При коротких экспозициях после проведения подкормок в полевых,условиях и вегетационных опытах характер распределения меченого азота мочевины сто отдельным белковым фракциям существенно отличался от соотношения этих фракций в составе 'белка яровой пшеницы ((табл. 9). Установлено преимущественное и первоочередное включение азота мочевины в фракции воднорастворимых белков (альбуминов и легкорастворимых глобулинов) вегетативных органов и зерна пшеницы при проведении поздних — в фазу цветения и ранней молочной спел^с^и зеона —как некорневых, так и корневых подкормок. Это указывает на особую роль низкомолекулярных •воднорастворимых белков в азотном'обмене растений и формировании белкового комплекса. Полученные данные подтверждают ¡положение, что воднорастворимые белки не только выполняют каталитические функции' (Сафонов, ¡1964; Павлов, 1967), но играют важную роль 'в транспорте азота в растениях (Кретович, '1939; Авунщжян, ¡1963) и являются резервным фондом в азотном обмене. (Michael, Faust,. 1961; Павлов, 1967).

Усиление оттока азотистых соединений из .вегетативных органов в формирующуюся зерновку ПОД влиянием мочевины объясняют действием на белки гидролитических ферментов, которые активизируются ¡п:рл применении мочевины '(Хавк»н, Плешков, 4958; .Стрельникова, 1971). При электрофоретлче-ском исследовании ¡белка, извлекаемого три с-глициновым буфером (>рН в,4) из вегетативных органов в (фазу ранней молочной спелости, нами не обнаружено изменений 'подвижности электрофоретических компонентов (при относительно коротких (5- и 36-часовых) экспозициях после некорневой подкормки мочевиной. Вероятно; отмеченное действие мочевины «а актив-

Таблица .9

Распределение азота корневой и некорневой подкормки в фазу ранней молочной спелости зерна по Зелковым фракциям при коротких экспозициях*

Показатели Альбумины и легко-раствор. глобулины Глобулины Прола-мины Глюте-лнны Остаточный азот Альбумины и лето-раствор, глобулины ¿П «5 зз а х С Е Глюте-дины Остаточный азот

вегетативные органы зерно

Общее содержание белкового азота 29.0 ' 5.5 евая п 4,1 одкорм 22.1 ка 6,9 ш 3.2 1.3 7.4 3.4

в мг на сосуд...... 30,4 5.5 4,1 22,1 6,9 11.0 2.8 1.5 7,4 3.6

% от общего белкового азота . . 43.3 8.2 6.1 33,0 10.3 46.6 .11.2 4.6 26.0 ,11.9 '

44,0 7.4 5.9 32,2 10.0 48.5 9,7 5.0 25.4 •12,4

Азог подкормки, мг на сосуд , . 0.60 0.08 0.03 0.12 О.М 0.15 0.03 0.01 001 0.03

2.80 0,38 0,05 0.78 0.09 1.1 0.19 0.06 0.54 0,26

% от включенного -в белок . . . 735 9.8 3.7 14.6 3.7 57.5 11.5 Л.8 15.4 11.5

68.5 9.3 1.2 19,0 2.2 50.0 8,7 2.8 21,7 12.0

Общее содержание белкового азо- 320 Неко| 6.9 зневая 4.1 подкор 2-Е. 22,1 мка 6.9 13.9 2.5 1.3 7.4 3.4

та в мг на сосуд..... 37,3 6.9 4.1 6.9 17,0 3.0 1.5 8.6 3.8

% от общего белков»:о азога . . 41.1 96 5.7 30.8 95 48.7 8.7 4.6 26.0 11.9

47,5 8.8 5.2 28,1 8.8 51,0 9.0 4,5 25.6 11.3

Азот подкормки, мг на сосуд . . 7.20 1.10" 0.12 1,15 0.12 1.41 000 ОМ ■ 0.15 0.09

15.0 0.11 2.28 0.22. 2,84 • 0.41 0.18 1,1 0.49

% ог включенного в белок , . . 72.0 14.0 1.2 ІІ.5 1.2 80.0 5.1 2.2 8.5 5.1

78,9 9.4 0.7 11.9 1,1 57,0 8.2 3.6 22.0 9.8

* В числителе — экспозшиш 12 часов, в знаменателе — экспозиция 36 часов.

Таблица 10

Фракционный состав белков созревшего зерна лшеницы и распределение меченного азота удобрений по отдельным фракциям при различных способах применения.удобрении

Показатели Альбу мини Л. р. глобулины и. Праї а мины £3 сг х i_ к Остаточній азот

17,1 7,5

Мнкрополевой опыт 1971 г. с СО(МН2)2

40 N до посева % азота фракции от общего белкового азота>.......

И,6

40 N+30 N до посева % азота ■ фракции от общего белкового азота ........

11,2

25.0 35.0

Азот (подкормки в % от включенного в белок1........

15.7 7,1

22.»

14,8 7,4

40 N до посева+>30'N В' некорневую подкормку в фалу цветения % азота фракции от общего бел-,

кового азота ........

Азот подкормки в % от включенного в белок....... '.

С2Л

Ю T1CU

12,1 7.6

11,2

12,0

60

27.8 Л3.1

60.9 22.6 .35,2

19,7 |Ц,5 7.2

18,7

11,0 10.6

67.8

у ЦВ(

27.6 »35,6

6.3.Ü • 25.6 G8.6

64,2

40К до посева+30 N в некорневую подкормку в фазу молочной спелости зерна % ааота фракции от общего белкового азота........

Азот подкормки в % от 'включенного в белок......, .

13.0 5.9

18.9 11.4 ЯД

,16.5

.11 9,4

30,7 ,314.0

64,7 32,4 33,0

Вегетационный опыт 1970 г. с СО(1МН2)2

Внесение азота в основное удобрение % азота фракции от общего белкового азота'........

65.4

Азот подкормки в % ог включенного в белок ........

21,2 21,4

7.2

7.3

27.9 35.8

63,7

Є5.0 06.0

Корневая подкормка в фазу цветения

а азота фракции ог общего белкового азота . ....... .

Азот подкормки в % от включенного в белок.........

21,8 21,0

6,2 5,4

61

24,7 41.0

65,7 24,1 43.6

Корневая подкормка в фазу молочной: спелости зерна

% азота фракции от Ъбщего бел кового азота ...... .

Азот подкормки в % от включенного в белок ........

-22,0 20,8

6,8 6,2

67,7

И ЗЄ|

27.2 37.2

64,4 30.7 36.1

66, $

r»rni СгГгзтзд

:.. f. i

6,1

6.6

[

en

5,0

6.3 5.5

7.9

8,0

6,2 5,9

6,8 6,2 17

ность гидролитических ферментов более кратковременно (л опытах Плешковз и Хавкииа (1958) оно обнаруживалось в течение одного часа с момента применения мочевины).

б) Фракционный состав белков и распределение меченого - азота удобрений в зерне полной спелости

Повышение уровня ■ азотного питания яровой пшеницы до посева ,в вегетационных и полевых опытах значительно увеличивало содержание белка в зерне. Однако соотношение между отдельными фракциями .в его составе существенно не изменялось, хотя при этом в вегетационных опытах и наблюдалась явная тенденция к возрастанию количества белкового азота в составе клейковинообразующих фракций — строламинов и глю-телинов как при (зосковой, так и полной спелости зерна.

При формировании зерна синтез различных белков идет с неодинаковой интенсивностью, по мере созревания зерна соотношение различных белковых фракций изменяется — относительное количество альбуминов и глобулинов уменьшается, а глютелина и глиадина—-возрастает. Образование клейковинообразующих белков обнаруживается с самого начала формирования зерна, однако наиболее интенсивное их накопление начинается с молочной спелости « продолжается до конца со-'зревания, причем 'Накопление глютелина заканчивается раньше, чем глиадина. Эти изменения в составе белкового комплекса зерна в свою очередь определяют изменения сзойсгв •клейковины в процессе формирования зерна (Вакар и сотр., '1961,11963). Изменение состава белкового комплекса' зерна пшеницы при созревании и в зависимости от условий азотного питания до посеза изучали также методом ступенчатой хроматографии на ТЭЛЭ- и КМ-целлюлозе с последующим электрофорезом в лолиакриламидном геле выделенных 'фракций. Полученные результаты хорошо согласуются с имеющимися в литературе данными по этому вопросу (Плешков и сотр., .1956— 1972).

Применение поздних корневых и некорневых подкормок не только повышает содержание белка в созревшем зерне пшеницы, но и приводит к небольшому, но стабильному увеличению в составе белкового комплекса зерна полной спелости доли клейковинообразующих белков (таблица '10):. При подкормках в фазу цветения повышалось содержание глютелинсв, а при ■подкормке в фазу ранней молочной спелости зерна — прола-минов при одновременном снижении доли альбуминов и легкорастворимых глобулинов в составе белкового комплекса.

Распределение .меченого азота подкормок по отдельным фракциям белка в созревшем зерне яровой пшеницы происходило пропорционально соотношению этих фракций в составе белкового комплекса. При этом, однако, установлено стабиль-

■ное увеличение доли меченого азота подкормки в 'фазу цветения — в фракции глютелинов, а при подкормке в фазу ранней молочной спелости в фракции проламинов. Это подтверждают имеющиеся уже данные о преимущественном использовании азота подкормок з фазу «цветения на образование глютелинов, а азота'более поздней .подкорми! — проламинов зерна пшеницы.

Выводы

В 1969—'1971 .гг. в полевых и вегетационных опытах с ¡применением изучалось усвоение яровой пшеницей сорта «Краснозерная» азота 'мочевины и аммиачной селитры при внесении до посева и позднее —в фазу цветения и ранней -молочной спелости зерна — в виде некорневых и корневых подкормок. Проводились исследования по изучению поступления н распределения поступившего в растения азота подкормок, включения меченого азота мочевины и аммиачной селитры в состав азотистых соединений — аминокислот, амидов, белка и его фракций «при относительно коротких экспозициях (3— 48 часов) после проведения подкормок и при учете урожая- На основании ¡полученных данных можно сделать следующие общие выводы:

I. Применение .поздних .некорневых подкормок мочевиной и ам'миачной селитрой не оказывает существенного влияния на урожай, но значительно повышает содержание белка и клейковины в зерне. Перенесение части азота из допосевного внесения в поздние подкормки приводит к снижению урожая пшеницы по сравнению с внесением полной дозы азота до посева.

Коэффициенты использования пшеницей азота .мочевины и аммичной селитры практически одинаковы при внесении как до посева, так и в поздние подкормки, с некоторым преимуществом на стороне мочевины перед аммиачной селитрой при некорневой подкормке в фазу ранней молочной спелости зерна.

3. Размеры использования азота удобрений при корневых и некорневых подкормках тем меньше, чем позже срок их. проведения. Использование азота почвы растениями снижается при перенесении части азотных удобрений из основного .внесения в поздние, особенно некорневые (подкормки.

■ 4. Поступление в растения азоъа мочевины при поздних некорневых подкорм,ках полностью заканчивается в первые ча'сы после их проведения. Быстрее идет поступление азота при подкормке в более поздний срок— в фазу ранней молочной спелости зерна.

5. (Поступление азота мочевины и аммиачной селитры, при ■корневых подкормках происходит гораздо медленнее, чем при

некорневом -внесении в те же «¡роки. За первые двое суток после виесения-удобрений в почву .в растения поступает около 1/3 азота подкормок в конечном урожае отшеницы- Скорость поступления азота мочевины и аммиачной селитры при этом одинакова.

6. Мочевина, поступившая в растения при некорневых подкормках, используется на, синтез органических азотистых соединений 'в основном после предварительного ее гидролиза до аммиака. iB 'первые часы после подкормок большое количество (40—60% от азота подкормки в небелковой фракции) меченого азота (Мочевины обнаруживается в растениях в аммиачной форме.

7. Поступающий ® растения гари поздних подкормках азот мочевины и аммиачной селитры быстро используется на синтез аминокислот, амидов и затем «белка. При этом «е обнаруживается принципиальных различий между усвоением азота мочевины и азота аммиачшой селитры при корневых и некорневых подкормках пшеницы.

8. Поступивший в растения азот поздних подкормок интенсивно перераспределяется из вегетативных органов в формирующееся зерно пшеницы. В составе белка созревшего зерна .находится около 2/3 использованного растениями азота 'мочевины и аммиачной селитры. Под влиянием мочевины при коротких экспозициях после некорневой подкормки не наблюдалось изменения подзижности электрофорет;tческих компонентов белка вегетативных органов пшеницы. /

9. Преимущественное .включение меченого азота поздних корневых и некорневых подкормок при коротких экспозициях в составе воднорастворимых белков (альбуминов и легкорастворимых глобулинов) ¡растений указывает на особую .роль этих белздаз в 'метаболизме азота, а том числе в транспорте азота и формировании белкового комплекса в процессе созревания зерна.

'10- Применение поздних ,корнезых и некорневых подкормок приводит к .небольшому, но стабильному увеличению в составе белкового .комплекса созревшего зерна пшеницы доли кл е йко в и нообр аз у ющих белков — при подкормках в фазу цветения прежде всего глютелгаюв, а при подкормке в фазу ранней молочной спелости зерна—'проламинов при одновременном снижении доли легкорастворимых белков.

ill. Характер распределения меченого азота"поздних подкормок по отдельным белковым фракциям созревшего зерна пшеницы указывает на преимущественное включение азота подкормок в фазу цветения в состав глютелинов, а более поздней подкормки в фазу ранней молочной спелости зерна —в состав проламинов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

,1. Влияние условий питания -на содержание азотистых веществ в надземной массе и в зерне яровой пшеницы. Докл. ТСХА, вып. >149, 1969 г.

2. Изменение содержания азотистых соединений и фракционного состава белков зерна яровой пшеницы >в процессе 'созревания, Докл. ТСХА, выл- 1162, .19711 т.,

3. Изучение направленности и интенсивности азотного обмена на .поздних стадиях развития ишеницы. Докл. ТСХА, вьип. 169, 1971 л

4. Использование яровой пшеницей азота мочевины и аммиачной селитры, меченных 15М, при поздних подкормках. Изв. ТСХА,,вып. 3,(1972 г.

Материалы (диссертационной работы ¡были представлены на II Всесоюзный биохимический съезд (Ташкент, 1969) и опубликованы ,в тезисах секционных докладов.

КОЖЕМЯЧКО Владимир Андреевич

і

• Объем I1/» п. л. Заказ 511. Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им, К. А. Тимирязева Москва 125008, Тимирязевская ул., 44