Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ИНДУЦИРОВАННОЙ АКТИВНОСТЬЮ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ И УСВОЕНИЕМ НИТРАТОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЯЧМЕНЯ И САЛАТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕННОСТИ МОЛИБДЕНОМ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ИНДУЦИРОВАННОЙ АКТИВНОСТЬЮ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ И УСВОЕНИЕМ НИТРАТОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЯЧМЕНЯ И САЛАТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕННОСТИ МОЛИБДЕНОМ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ИНДУЦИРОВАННОЙ АКТИВНОСТЬЮ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ И УСВОЕНИЕМ НИТРАТОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЯЧМЕНЯ И САЛАТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕННОСТИ МОЛИБДЕНОМ

На правах рукописи

Анатолий Федорович СЛИПЧИК

(Специальность 06.01.04 — агрохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1978

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им, К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор биологических наук профессор Б. П. Плешкой, кандидат биологических наук доиенг Э. А. Мура вин.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук профессор 3. И. Журбицкнй, кандидат сельскохозяйственных наук В, М. Чурбанов.

Ведущее предприятие — Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова.

Зашита состоится в <к(1 »час. « I » . . . .

1978 г. на заседании Специализированного совета Д-120.35.01 при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Адрес: г. Москва, 125008, ул. Тимирязевская, 47. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «3 ■» , . . » ,

•>. Ученый секретарь .

иециализированного совета

Актуальность проблемы. Основная задача рельскохолпист* пенного производства кашей страны—, обеспечение дальнейшего роста и получений устойчивых урожаев с высокими качественными показателями. (Материалы XXV съезда КПСС, 1976 г.К Ведущая'роль в ее решении.принадлежит минеральным,и прежде всего,' азотным удобрениям. Разработка приемов повышения эффективности азотных удобрений, обеспечивающих'Солее полное и продуктивное использование сельскохозяйственными' культурами удобрений, возможна, лишь на основе* глубокого всестороннего изучения азотного обмена растений (Плешков, 1967, 1975; Панников, Минеев, 1977). В условиях широкого применения азотных удобрений очевидна целесообразность т использования биохимических тестов.для прогнозирования потребности растений в азоте, контроля за продуктивным усвоением его на создание урожая высокого качества и при направленной селекции культур*

Особую актуальность в связи с вышеизложенным приобретает исследование нитратредуктазы— молибденсодержащего фермента, осуществляющего первый этап восстановления нн-т^а^оп в_растеииях (Кретович, 1972; Пейве, 1972; /Кнзневская, fNasonTHW^Evans, 1953; Nicholas, 1957). , ; ,

Функционирование ннтр а треду кта зной системы в значительной мере определяет интенсивность и продуктивность усвоения растениями азота удобрений (не только нитратных, но и аммонийных и амидных вследствие.быстрой их нитрификации)» почвы (Хьюитт, 1961; Муравин, 1963; Hernandez et al„1974). Адаптивный по отношению к нитратам характер фермента предполагает возможность оценки уровня азотного питания растеншУи степени усвоения ими поступившего азота по активности нитратредуктазы (Муравин и др., 1964; Hage* man et al.,-I963). Применение молибденовых удобрений может вследствие усиления процессов усвоения нитратного азота повышать эффективность азотных удобрений н использования азота почвы (Петербургский, Муравин, Нелюбова, 1970; Смирнов, Муравин, 1972; Смирнов, Муравин, Шуина, 1975). •

Цель исследований. Основной целью исследований являлось изучение взаимосвязи между: ■_._

Ц'л;. j

- Ui::. '..-■-•л I

.5МД. ¿V.. >., ir..t; -:.г.т. I

____t^'^sotit

— размерами, темпами поглощения и усвоением нитратного азота растениями в онтогенезе

— скоростью индукции и уровнем индуцируемой активности ннтратредуктазы

при различных условиях азотного питания (концентрации нитратов, уровня предшествующего аммонийного азота и среде) и обеспеченности молибденом.

Научиая-новизиа. Установлено, что активность ннтратредуктазы изменяется в онтогенезе ячменя и салата в соответствии с общим ходом потребления нитратов . и усвоения азота растениями. Впервые экспериментально доказана сильная положительная корреляция уровня активности ннтратредуктазы и отдельные фазы онтогенеза с концетрацней нитратов в питательной'среде, а также количеством как поглощенного, так и включенного п.состав белка азота. Вия »лена зависимость скорости образования и уровня индуцированной в ответ на нитраты активности фермента в.растеннях от фазы онтогенеза, концентрации нитратов и уровня предшествующего аммонийного питания. Показано положительное действие молибдена па восстановление нитратного азота в растениях и включение его в состав белка не только для крестоцветной, но и злаковой культуры.

Научная значимость и реализация исследований. Показана принципиальная возможность „диагностирования обеспеченности растений азотом и прогнозирования интенсивности усвоения экзогенного нитратного азота в течение вегетации на основе определения-активности ннтратредуктазы. Результаты исследований являются экспериментальным обоснованием ферментативного метода диагностики питания растений азотом и могут быть использованы для разработки конкретных приемов регулирования азотного питании растений с помощью удобрений в условиях интенсивной ннтрифнкации. Проведенная работа вносит также определенный вклад в изучение роли молибдена в азотном питании растений и указывает на целесообразность применения (на бедных этим микроэлементом почвах) молибденовых удобрений в сочетании с азотными под овощные культуры семейства крестоцветных не только с целью повышения урожаи и содержания белка, но и для ограничения накопления нитратов в продукции.

«Объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 21 рисунок, 32 таблицы и состоит из введения, литературного обзора (41 стр.), экспериментальной части (3 главы, 80 стр.),"выводов, списка литературы (310 наименований в т, ч. 171 иностранных) и 3 приложений (результаты математической обработки урожайных данных, вычисления коэффициентов корреляции, исходные аналитические данные на 01 стр.).'

-Объекты, методика иусловиниссдедованнй

/

Объекты исследований — ячмень Московский 121 и листовой салат Московский парниковый — культуры, отличающиеся но требовательности к условиям азотного питания, размерам и темпам потребления азота, отзывчивости на внесение молибдена.

Программа исследований предусматривала сочетание аналитических работ для оценки размеров^поступления и усвоения азота в онтогенезе и на отдельных его этапах с наблюдениями за активностью иитратредуктазы :в корнях и надземных органах растений, выращивавшихся в песчаной угеменных водных культурах при различных условиях азотного питания и обеспеченности молибденом в вегетационном домике Агрохимической опытной станции им. Д. Н..Прянишникова в 1972— 1975 гг:

В песчаных культурах {опыт №1 с ячменем, 1972 г., емкость сосудов 5 кг, число растений на сосуд"—20) изучалось изменение активностинитратредуктазы в^онтогенезе ячменя при различных дозах нитратного азота-с-начала вегетации (1/8, 1/4. 1/2, 1 и I1/! дозы N по; смеси .Кнопа, другие макроэлементы в дозах по полной смеси) и обеспеченности молибдена (при остаточном уровне 0,01 .мг/кг' и внесении п дозе 0,5 мг/кг; прочие микроэлементы по смеси Арнона «А—согласно Хьюитту, 1960). . . . -

В вегетационных опытах со сменными водными культурами изучалась скорость индукции, уровень индуцируемой активности нитратредуктазы, поступление и сопряженные процессы усвоения азота после замены аммонийного источника -нанитраты в отдельные фазы онтогенеза ячменя и периоды вегетации салата, На протяжении опытов поддерживалось постоянное значение рН питательных смесей (6,0—6,5), замена формы или концентрации азота производилась"» соответствии с.принятыми требованиями. Микроэлементы, за исключением молибдена, вносили по смеси «А—2» Арнона; .железо в виде хелата ЭДТА. Остаточный уровень молибдена в среде — 0,01 мг/л.

И опыте 2 (1973 г.) с ячменем (емкость сосудов 5 л. число растений на сосуд — 20) доза аммонийного азота с начала вегетации— из.расчета 1/2 N от полной смеси Кнопа, а после замены на нитраты в фазах трубкования, цветения, молочной и восковой спелости зерна—I 14; остальные макроэлементы на протяжении опыта по'смеси Кнопа, При замене источника азота в питательную смесь в половину сосудов вводили молиб-деу в дозе 0,5 мг/л. Экспозиция при наблюдениях за индуцированной активностью нитратредуктазы -Я —48 ч после переноса растений на илтраты.

Опыты С еалЗтом (1974—1975 гг.) проводили в сосудах емкостью 5 л, число растений на сосуд —■ 12.

В четвёртом опыте растения с начала вегетации выращивали на видоизмененной смеси Гельрнгеля с концентрацией аммонийного азота 21 мг/л с последующей заменой в фазу розетки (в период интенсивного роста при формировании 4—С настоящих листьев) и при стеблевании на питательные растворы с различной концентрацией нитратов (2,0; 5,25; 10,5; '21; 42 и 84 мг К/л) без молибдена и с его внесением (0.2 мг/л). Экспозиции наблюдений за активностью фермента, поступлением и усвоением азота составляли от С до 168 ч после переноса на нитраты. Бил предусмотрен также вариант с постоянным выращиванием салата на аммонийном источнике азота (при дозй 21 мг/л с Заменой смеси на исходную в аналогичные сроки вегетации). '

В. вегетационных опытах с салатом изучалась также скорость индукции нитратредуктазы при полном исключении азота из состава питательной смеси на одни сутки перед переносом 10-дневных проростков й аммонийного на различные концентрацй» нитратного аЗота (опыт 5, условия аналогичны указанным выше для опыта 4) и в зависимости от предшествовавшего переносу на нитраты уровня аммонийного питания (вопьггеб). • ; 1 "'

Повторность вариантов опытов при закладке определялась программой наблюдений. При промежуточных'учетах массы растений по фазам развития ячменя и отдельных экспозициях повторность двухкратная, при созревании — 4-кратная. В'опы-тах с салатом при начальной и конечной экспозициях—4-кратная; промежуточных—'2-кратная, Результаты "конечного учета! сухой массы растений подвергали математической обработке методом дисперсионного анализа (ПлохиЬский, 1970).

'Содержание общего, белкового и небелкового азота определяли в фиксированном и высушенном растительном материале микроМетодом'Кьельдаля после озолении с фенолсерной кислотой. Небелковые формы азота определяли и свежих ра* сти'тсльных образцах: нитраты—дисульфофеноловым, аммиачный и амиднын азот—микродиффузионными методами, по разности между их суммой и общим количеством небелкового азота— азот свободных аминокислот (Плсшков, 1968)'. " Биологическая повторность — 4-кратиая, аналитическая — 3—4%ратн&я.' ' ■ '

• Активность нитратредуктазы п корнях и надземных органах растений в 4-кратной повторности определяли по Пейве с сотр. (1968); 1 ' .

Оценку степени взаимозависимости между активностью нитратредуктазы и концентрацией нитратов в среде, количеством поглощенного и включенного п состав белка нитратного

азота проводили с помощью корреляционного анализа по До-спехову (1905).

В специальных исследованиях по новообразованию ннтра-тредуктазы в ответ на нитраты использовали «актнномишш Д» (опыт 3 с ячменем), при изучении компонентного состава и ннтратредуктазной активности белков салата (выращенного на аммонийном источнике азота, а также после замени его на нитраты в опытах 4—6) применяли метод дискэлектрофореза в Ю.% полиакриламндном геле (Маурер, 1971; Сафонов, Сафонова, 1971) и ступенчатую хроматографию на ТЭАЭ-цел-люлозе (Плсшков, !968), ...

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

■ I. Изменение активности нитратредуктазы в онтогенезе ячменя в зависимости от условий азотного питания и обеспеченности молибденом

" ^Урапснь азотного питания в вегетационном опыте № I с ячменем (песчаные культуры) оказывал сильное воздействие на рост и развитие растений, размеры потребления и процес-сй усвоения азота и, в конечном итоге, на структуру и высоту урожая. В вариантах с наименьшей из испытывавшихея доз нитратного азота (1/8 N от полной дозы по смеси Кнопа) растения заметно отставали в росте, они формировали ела* бый фотосинтетнческнй аппарат и давали низкий урожай зерна (при этом созревание заканчивалось на 3—5 дней раньше, чем при больших дозах азота). Каждое последовательное повышение уровня азотного питания до 1/4, 1/2 и затем до 1 N усиливало рост растений и обеспечило достоверное увеличение массы соломы и зерна, сопровождавшееся возрастанием относительного содержания и размерами его потребления ячменем. Дальнейшее увеличение дозы азота до 1,5 N не вызывало повышения массы соломы, зерна и содержания в нем общего азота, в то же время размеры потребления азота растенил-ми значительно возрастали за счет накопления его в соломе при одновременном снижении степени включения в состав бедка (табл. 1), Внесение молибдена в условиях опыта не влияло на урожай ячменя и общие размеры потребления азота расте-.ниями, но проявлялась четкая тенденция к повышению под действием этого микроэлемента продуктивности использования поглощенного нитратного азота на формирование белков

зерна. ... . .....

Условия.азотного питания определяли как общие размеры • использования, азота растениями, так к потребление его в отдельные периоды вегетации (табл. 2). • .

Таблица ]

Урожай и содержание азота в ячмене Опыт I, числитель — варианты без молибдена, знаменатель — с молибденом.

Урожай, г абс. сух. в-ва на cocvfl Содержание азота, % на ебс. сух. вешество Доля бе.1ковог( азота от

Доза* общего белкового Вынос

N-NO, о ,. * с« X о о .. £ . л ' % ■ о . о X « 9. О азота, г/сосуд обшего в зерне, %

i $ 1 4л О <s :

1/8 2,8 9.2 1,96 0,44 1.82 0.40 96 53

2.7 9,8 2,00 0,43 1.92 0.38 97 96

1/4 4.4 12.7 2.04 0,52 1,84 0.47 157 90

4.3 12.5 2.25 0,50 2,11 0,46 160 94

1/2 S.3 17.0 2.66 0.60 2.39 0.54 244 90

5.5 ■ 9.0 2,83 0.56 2,69 0,52" 204 9Г>

1 6.3 22,4 2.87 0,78 2,42 0.66 360

6.5 22,2 3,26 0.76 3.V3 Ü,b8 385 93

Vh 5.9 23.5 3.IS 1,39 2.45 1.08 519 78

6.0 22.8 3.18 1,35 2.66 1,06 505 84

НСР<* 0,8 2,4

: * N в доля* от полной дозы по смеси Кнола.

• Изменение активности нитратредуктазы в онтогенезе ячменя было тесно связано с уровнем нитратов в среде н отражало ход усвоения поглощенного растениями азота (рис. I).

При меньших дозах азота (1/8 и 1/4 №) активность фермента поддерживалась на относительно высоком уровне лишь до крлошения, заметно снижалась к цветению и практически исчезала к фазе молочной спелости зерна. В других вариантах с.большими дозами .азота ннтратредуктивная активность растений нарастала к фазе цветения, а затем резко снижалась. - • Установлено наличие-сильной прямой зависимости между дозами нитратов в среде н уровнями активности нитратредуктазы в отдельные^ фазы развития: коэффициенты корреляции .составляли в фазы кущения, колошения, цветения и мол очно Л спелости зерна соответственно +0,780; +0,938; +0,909 и + 0,839.

1 Взаимосвязь между уровнями активности фермента н приростом количества общего азота в растениях за межфазные1 периоды характеризуется коэффициентом корреляции +0,880. 6

Таблица 2

Потребление, азота ячменем (в мг на 10 растений и в % от максимального).

.Опыт 1«

Фаза онтогенеза Доза нитратного азота в долях от полной по смеси Кнопа

1/8 1/4 1/2 1 1'/г

мг % мг % мг % мг % МГ %

16 31 17 20 25 18 23 14 30 11

Колошение...... 38 74 48 58 73 йЯ 98 50 119 44

Цветение ....... 46 90 09 83 116 83 156 79 208 77

Молочная спелость зерна . 5) ЮС1 83 100 138 99 185 94 266 98

Восковая спелость э£рна . 51 100 80 96 139 100 197 100 271 100

Полная спелость зерна . . 48 94 80 96 132 93 193 98 253 93

Скорость образования и уровень индуцируемой активности нитратредуктазы 'в растениях после замени аммонийного источника азота (1/2 N от дозы по смеси Кнопа) на нитраты (1 Ы) зависели от фазы онтогенеза ячменя и определялись темпами и размерами поглощения нитратного азота (рис. 2).

Изменение условий азотного питания на более ранних стадиях развития и вплоть до цветения приводило к увеличению потребления азота и вызывало быстрое нарастание активности фермента в корнях и вегетативных органах. Это, п свою очередь, усиливало ассимиляцию поглощенного нитратного азота н использование его на синтез органических соединений, обеспечивало повышение урожая ячменя по сравнению с вариантом аммонийного питания (табл. 3). Внесение молибдена в этих случаях оказывало положительное влияние на процессы поглощения и усвоения нитратного азота, обеспечивало досто-' верное увеличение урожая и значительно более продуктивное использование поступившего азота на формирование белков в зерне.

В более поздний период (в фазу молочной и восковой спелости зерна) размеры и темпы поглощения растениями экзогенного нитратного азота снижались, в это время усиливались процессы утилизации ранее накопленных в вегетативных органах фондов азота на синтез белков зерна. Повышение уровня питания нитратным азотом в конце вегетации не влияло на урожай к содержание азота в зерне, но приводило к большому накоплению азота в соломе (табл. 3). Скорость адаптивного (в ответ на нитраты) образования и уровень активности нитратредуктазы в фазы молочной и восковой спелости зерна были в корнях и вегетативных органах-ячменя значительно ниже, чем в предшествующие периоды вегетации (рис.:2). Под

Т а С л и ц а 3

Урожай, содержание-н распределение азота в растениях ячменя

(■числитель — зерно, знаменатель — солома)

Урожай к варианте с г/сосуд.

■ ¿,9

влиянием молибдена поглощение и усвоение нитратного азота на поздних стадиях ячменя существенно не изменялось.

Математический анализ результатов этого опыта позволил выявить сильную положительную корреляционную' зависимость между уровнем индуцированной нитратами активности нитратредуктазы и количеством как поглощенного, так и •включенного в состав.белка.азота.по отдельным экспозициям

' . 3)0.-1

Лоза НЩ i fouit м armi Шпа

Fes it о e Mo

tytueitaè tm?-. • me:-. nut?

" ШШ6 №Ш

jutmt. зерна ■»¡kit • , -

tXrr

(ЩЩ

tntlÚM ' зерн а

ttputim

ütene- iucimut кие ¿motm» Зерно.

ticiesas

tnemm

sspua.

ßuoL tjhpmùe asma 0j ¡i изменение amatmmu нтратредунтаей (ö) i мщтш Шеня. s: зтсииости cm дот нитратно азота и oFec-

'■ аеченяости.' мотддеаои.-

наВзел/ше органы

H тс

48 m

48 час

Рис.1 JjtmiitHocmt) нитратредутам- -ячменя № атиояиН-ной ¿статике asoma (1~ и. пот. замены eêa на кит-раяш(2—?— fes. мл)t (s—cjUo/ s (pù$u ; трфйпания (S}t. Цбетепия (б), мояочяой. спелости зерий (&),

SO-

ZI /........ -M-HH« .

Я . e-----н -но* -ifiitfj

J — --¿J5 -

„„J. -Í------It- RS

3H. 3 —--¿(.в -II-

f —о—о — ■ —«— Ц.Л -»I-

7--«— ДО

Í 24 48 72 <90 WWmWCbSÏM ?2 9$ WM№ ЦйС

РисЗ.Ъшащка атишоти* штратредуптзы s норняя (Я) и m с trim :тата{6} после sa иены * s wasa pone тна аммонийного ист тина азота

на нитр'ппш (иеби -bhMo , capaba - c Moj.

tt-

tí о

3 ЗН

í ч»

S

УасЬш, пре&шеткющего

г аШалил -------/ •

-----Í Iß —

— ---J.fto—я — .

—■————

i.

й . '

! ' t< г-я-Чт—

' ;ÎS-■ MJÙC:

fue 5. Siaiiuu, ¡¡родня /фёдшестЬуФщййО .аммшйкт ■ питаниз -на .йидукцш нитратредуятам' ь хорт, (ñj л у/аетт ;(6) ¿ыйта ,поме ¿алхены .; :источкинй йота ; на нитраты. ' . '■': "

.за .период 3—48 ч после замены аммонийного источника на нитратный в: различные.фазы онтогенеза (табл. 4). - ' • •

1 Т а б л и ц а' 4

Коэффициенты корреляции'"

При замене аммонийного aiara «а интратный в фа IV . ■.

. Выход в трубку. Колишение Цветение Молочная1 спелость . зерна■ восковая спелость' зерна В пелои по опыту

* для общего азота

■ '+0,745 '

+ 9G0

-+0,890 '

+891

+ 0,966

+0.841

для белкового азота

+0.624 | +0,911

I

+944

+654

+ 841

+'0,861

Обработка инфильтрацией проростков ячменя ингибитором синтеза белка и РНК актиномпцином Д приводила (опыт Л*« 3) . к резкому сокращению размеров поглощения аммонийного и нитратного азота при одновременном' подавлении в случае последнего и синтеза иитратредуктазы^ Возможно, однако, что отсутствие нитратредуктазной активности п обработанных ак-•тиномицином Д,проростках ячменя на нитратном источнике азота обусловлено репрессией фермента аммиаком, образующимся вследствие распада ранее, синтезированных белков п условиях полного подавления их новообразования. Аммонии, согласно полученным в последние годы данным {Кузнецова, 1974; Львов и др., 1975; Joy, 1969; Palacian ct.al., 1974), репрессирует биосинтез иитратредуктазы, но не является ее ретроингибнтором.

I

2. Активность иитратредуктазы и усвоение нитратного азота »'различные периоды-вегетации салата в зависимости

•от условий - азотного питания и обеспеченности молибденом

*

Наблюдения за индуцированной активностью иитратредуктазы и изучение сопряженных процессов азотного обмена растений проводили после замены аммонийного источника азота на нитраты в фазах розетки (при формировании 4-г-6 листьев) и стеблевания,-Для листового салата Московский парниковый характерен сильно замедленный- рост впервые 10— . • 15-днсй, после чет наступает период исключительно быстрого -роста надземной массы, совпадающсй'с интенсивным по г лоте-•уием азота...;-.. •,.„■ -уу.: и: .*„ . г .<•

Уровень азотного питания с начала вегетации, и особенно в период быстрого роста, определял размеры потребления, усвоения азота и нарастание су лого вещества. Дефицит азота в среде после фазы розетки (в опытах 4, 5) резко ограничивал , рост растений, а с увеличением концентрации нитратов наблюдались четкие закономерные изменения в количестве поглощенного и включенного в состав белка азота, в соотношении отдельных форм небелкового азота. В таблице 5 приводятся данные об изменении массы салата и содержания азота в растениях за 6 суток после замены аммонийного на различные концентрации нитратного азота в фазу розетки н стеблевания.

При меньших из испитывавшнхея концентрациях поглощенные растениями нитраты восстанавливались и усваивались уже в корневой системе растений. Резкое увеличение поглощения и передвижение нитратов в значительных количествах в листьях салата происходило при их уровне в среде свыше 10,5 мг/л. С увеличением экспозиции после замены аммонийного на нитратный азот относительное содержание ннтратоп в растениях снижалось при одновременном повышении доли аммиачного'азота, а также азота свободных аминокислот и пептидов (составляющих в листьях салата подавляющую часть небелкового азота).

Дополнительное введение молибдена в питательную среду с нитратным азотом в фазу розетки ускоряло редукцию поглощенных растениями нитратов и увеличивало использование их азота на синтез органических небелковых соединений и белка, а при концентрациях нитратов свыше 21 мг/л существенно положительно влияло на накопление сухого вещества.

При равном уровне азота в среде после фазы розетки аммонийный источник по своему • влиянию на урожай и обшне размеры усросння азота'растениями был практически равноценен нитратному, а после стеблевания преимущество было иа стороне нитратного азота с внесением молибдена.

Уровень* активности нитратредуктазы в корнях и надземных органах салата на аммонийном источнике азота независимо от обеспеченности молибденом в изучавшиеся периоды вегетации был низким и не превышал 2—З н. молей нитратов на 1 г сырой массы (рис. 3).

Скорость нарастания и уровень активности нитратредуктазы в растениях при отдельных экспозициях после замены аммонийного азота на нитраты в фазу розетки определялись нх концентрацией и зависели от обеспеченности молибденом. При низких концентрациях активность фермента по сравнению с растениями на аммонийной форме азота увеличивалась т<?ль-ко в корнях. Дальнейшее повышение уровня нитратного питания до 21 мг/л сопровождалось быстрым нарастаннем актив-ю

Таблица 5

' Л1асса растений н содержание азота в салате через 24 замены питательной смеси. Опыт -4

и 188 часов после

Форма к доза азота после замены питательной смеси, мг/л

Масса 5 растений, г абс. сух. вещества Содержание азота, мг на 5.растений

0 1 * о М О Г, Ь. общего . о г » Ъя V о О о

24 ч. 168 ч. 24 час.' 168 час.

Увеличение к-ва азота в растениях за 6 суток

■.а

о о

§

Замена питательной смесн на новую в фазурозеткн, числитель — варианты без молибдена, знаменатель —• с молибденом

21.0

2,6 5,25 10.5 21,0 42.0 84,0

0.49 1,45 22 £ 68 41 46 28

0,49 1,70 20 12 73 48 53 34

о.: П р

0.48 0.56 21 12 24 17 3 5

0,46 0.61 20 12 24 16 4 4

0.48 0.64' 21 -27 6 4

0,49 0.67 20 и 25 15 5 4

0.49 0.98 22 13 42 25 20 12

0,47 1.04 21 м 47 27 26 14

0.50 1.36 21 12 60 35 3$ 23

0,50 1.58 21 12 70 43 49 31

0.50 1.59 22 13 79 44 57 31

0,51 2,12 ч 13 96 57 73 44

0.53 2.05 24 14 91 52 67 38

0,52 2,32 23 и 101 ОМ 80 48

0.23 *

Замена питательной смеси на новую в фазу, стеблевания варианты с молибденом

м-кн, 21,0 4,76 6.82 174 108 241 67 43

НСР« - 0,88 !

2.6 4,64 4,79 173 Ш 178 124 5 13

5,25 4,68 6,18 169 Ю8 181 120 12 12

10.5 4.71 6,98 170 112 193 127 23 15

N-N03 21,0 4.80' 7.60 173 107 237 140 64 33

У 42,0 4.82 9.70 1 То 107 264 155 8У 48

84,0 4,83 10,14 172 107 263 139 91 32

НСРм , 0.26 •, I . - . • *

ностн нитратредукт&эь! в корнях и листьях салата. Последующее увеличение концентрации нитратов в среде существенно не изменяло активность фермента в корнях, но се нарастание в листьях продолжалось. Скорость нарастания и "уровень активности фермента существенно возрастали под действием молибдена при концентрациях азота п среде свыше 10,5 мг/л. После достижения максимума активность фермента (через 48—72 ч, затем она стабилизировалась) при меньших концентрациях нитратов в среде была выше в корнях, чем в листьях, а при больших — наблюдалась противоположная картина (рис. 3).

Подобная же зависимость активности ннтратредуктазы и усвоения нитратного азота от концентрации нитратов в среде установлена в опыте 4 при замене аммонийного азота на нитраты в фазу стеблевания салата. В этом случае не наблюдалось существенного влияния вводимого вместе с нитратами молибдена на поглощение и процессы усвоения нитратного азота, хотя урожай салата достоверно возрастал.

Математический анализ позволил установить сильную корреляционную зависимость между среднесуточным уровнем активности ннтратредуктазы (табл. б) и количеством как поглощенного, так и включенного за это время п состав белка нитратного азота в изучавшиеся периодЕч вегетации салата (табл. 7). Более четко эта зависимость проявлялась в фазу розетки и при внесении молибдена.

Таблица С

Среднесуточная {за период 0 суюк после замены аммонийного а зела на нитратный) активность ннтратредуктазы салата (в НМ, нитрита за 30 минут на 1 сырого вещества)

. До)а N-N05. мг/л Корки Листья

период 4—6 листьев период стейлевання период 4—6 листьев период стеблепания

-Мо +Мо -Мо +Мо —Мо +Мо —Мо +Мо

2.0 2.8 2.8 4,4 3.8 2.8 2.5 2,5 2,9

5,25 * 8.8 10,2 8.2 8.6 9.6 7.9 2,7 5.6

10,5 11.9 12.5 10,7 9,3 18.7 18.7 15,9 16.2

21.0 12.5 1С.0 М.1 N.9 20.3 2-1.7 22,1 20,2

42.0 12,4 14.6 13.1 13.1 21.2 33.5 оо ^ 23.0

«4,0 12.0 16,7 10.8 17.3 24.0 30,1 24,0 23.4

Скорость индукции ннтратредуктазы в корнях и листьях салата также зависела от концентрации нитратов п среде. Однако вследствие достаточно высокого уровня аммонийного питания (предшествующего замене) на нитраты в опыте 4 время

достижения максимальном активности составило 45—72 ч. При полном исключен и и "азота из питательной среды на сутки' перед переносом растений с'аммонийного Источника на нитраты в опыте 5 максимальной величины актнвность>нн^ратредуктазы достигала в корнях через 8—12 ч, в листьях — через 12—24 -I, а скорость индукции и уровень активности определялись концентрацией нитратов и среде (рис, 4). ;

* Таблица 7

Коэффициенты корреляции

4 Показатели Фаза 4—С листьев Фаза с1еблеьания

—Мо +Мо —Мо +Мо

Прирост оСшего азота «г на 5 рз-стеиий—среднесуточная активность нитратредуктазы п. м. нитрита на 1 г сирого вещества , Прирост Полкового азота мг на 5 растений—среднесуточная активность нитратредуктазы и. я. нитрита па 1 г сирого-вещества + 0,912 +0,894 +0.9С) +0,951 +0.797 +0,938 +0,849

Результаты исследований в опыте 6 показали, что скорость образования и уровень индуцированной нитратредуктазной активности находятся в тесной зависимости от темпов и размеров поглощения нитратов, определявшихся условиями пред1 шествующего аммонийного питания, Растения, испытывавшие резкий недостаток азота с начала вегетации, отличались наиболее высокими темпами роста и поглощения азота при переносе на питательную смесь с нитратами (табл. 8)..

• Вследствие интенсивного поглощения нитратов-активность нитратредуктазы в корнях и листьях растений этих вариантов резко возрастало уже в первые часы после изменения условий азотного питания (рис. 5) и достигала максимума через 6 ч. . ■ .. . . I .

, Высокий предшествующий уровень аммонийного питания (48 л 84 мг/л) ограничивал развитие активности нитратредуктазы и лишь после полного расходования ранее накопленных растениями фондов азота возрастала потребность в активном функционировании нитратредуктазной системы. Лишь через 50 ч после переноса на нитраты активность нитратредуктазы в листьях салата достигала уровня первых двух вариантов.

Коэффициенты корреляции между количеством поглощенного растениями после переноса на нитраты азота и уровнем индуцируемой активности фермента по этапам экспозиции для пар вариантов с предшествующей концентрацией аммонийного азота 0—26 мг/л и 42—84 мг/л ■ составляли соответственно +0,702 н +0,759. ■ . •

I

I

Табдица 8

Изменение массы растений и содержания общего азота в салате 'после замены аммонийного азота на нитраты. Опыт в.

Концентрация • М-МН., мг/л до замени на

Экс.тннакя на нитратном азоте (84 мг/л К—N01) в часах

2 4 Б 26

50

Изменения показателей

за 6 ч- ( за 50 ч

?<л\ | Ч. 1абс. | Ч,

Масса 5 растений в г

0* 12,С 12,4 12,0 12.2 10.3 17.7 Г.,1 40

2,0 14£ 13,3 10.3 19,6 20.4 — — 5.9 41

42 23.« 23.3 22.4 24,4 20.7 29.7 — — 5.8 24

«4 24,2 24,С 23.0 24,9 25*) зол 0,1 •¿г,

НСР» 0,87 г Содержание общего азота в мг на 5 растечий

0* 26 29 32 33 44 49 6.8 26 23 80

2.С 40 40 43 47 51 56 7,4 19 16 40

42 64 64 71 72 78 85 8,1 13 21 33

84 . 71 70 80 80 78 9! 9,5 13 20 29

• 2,6 мг/л К—МН( с начала вегетации, полное исключение азота за 4 суток перед переносом и а нитраты.

Изучение компонентного состава белков листьев салата методом ступенчатой хроматографии на ТЭАЭ-целлюлозе показало, что форма азотного питания не оказывала существенного влияния на общее количество и соотношение элюируемых фракций суммарного белка,.При хроматографии белка из листьев салата, выращивавшегося на нитратном источнике азота, выделены фракции с высокой нитратредуктазной активностью (фракции IV и-V, элюируемые соответственно 0,2 и 0,3 М ЫаС1 имели степень увеличения удельной активности фермента около 60 и 90 раз по сравнению с неочищенными препаратами). Аналогичные фракции белка листьев салата на аммонийном источнике азота способностью к восстановлению нитратов не обладали,

Обнаружено дополнительное расчленение фракций, обладавших нитратредуктазной активностью у белков салата на нитратном азоте (по сравнению с подобными у белков растений, использовавших аммонийный азот).

При электрофорстическом исследовании также не выявлено различий в компонентном составе и подвижности белков корней и листьев салата при аммонийном и нитратном питании. Количество разделяемых зон и их относительная подвижности изменялись существенно лишь в процессе оегеташш растсннй.

«Выводы

1. Активность нитратредуктазы в онтогенезе растении изменяется в соответствии с общим ходом потребления азота растениями. Наиболее высокая ферментативная активность проявляется в периоды интенивного потребления азота — п фазу цветения ячменя и в фазу быстрого роста салата (формирование 4—С листьев). . * •

2. Уровень активности нитратредуктазы на отдельных этапах онтогенеза ячменя находится в сильной корреляционной зависимости (г = +0,78—+0,94) от концентрации нитратного азота в среде и размеров потребления азота (г= +0,88),

3. Скорость образования н уровень индуцированной активности нитратредуктазы при замене аммонийного источника азота на нитраты зависят от фазы онтогенеза, концентрации нитратов в среде и определяются размерами потребления нитратного азота. Более быстро индукция фермента проходит в корцях, чем в надземных органах растений.

4. Установлена сильная положительная корреляционная зависимость между уровнем индуцируемой нитратами активности фермента в отдельные фазы онтогенеза и количеством не только поглощенного, но и усвоенного (включенного в состав белка) за это время нитратного азота (г= +0,91 и +0,86)

в опыте с ячменем, соответственно +0,91--1-0.90 и

+ 0,80---Ь0,95 в опыте с салатом). . «

5. Предварительное азотное голодание растений ускоряет, а повышенный уровень предшествующего аммонийного питания замедляет индукцию фермента в ответ на поступление нитратов. Коэффициент корреляции между количеством поглощенного салатом нитратного'азота и уровнем индуцируемой активности нитратредуктазы +0,70.

0. Молибден усиливает поглощение нитратного азота, повышает активность нитратредуктазы и вследствие этого возрастает включение поглощенного растениями азота в состав белка. Положительное действие молибдена на усвоение нитратов четко проявлялось не только в опытах с салатом, но и с ячменем.

7. Не обнаружено существенных различий в компонентном составе суммарных белков салата (при электрофоретнческоч и хроматографичсском их разделении) в зависимости от формы азотного питания. Однако обладавшие ннтратредуктазной активностью хроматографические фракции белка растений на нитратном источн)1кс имели 1допадни|е^нос расчленение пиков по сравнению с аналогичнымД^ф^кциями белка при аммонийном питании салата.

8. Уровень активности нитратредуктазы на отдельных этапах разлития растений может служить показателем ннтенсив-

ности поглощения и продуктивности использования экзогенного нитратного азота. Определение индуцируемой активности фермента может, быть использовано для диагностики степени обеспеченности растений азотом в отдельные,- в том числе ранние периоды -вегетации, и. прогнозирования - отзывчивости культур на внесение азота, ■» ■ ■. •

9, Для установления надежных количественных параметров при диагностике азотного питания растений иа основе активности нитратредуктазы необходимо тщательное изучение ее зависимости от условий азотного питания в онтогенезе отдельных сельскохозяйственных культур в полевых исследованиях. Сравнительное определение активности нитратредуктазы растений при одинаковых условиях азотного питания применимо для выявления сортовых отличий в продуктивности ус* восния азота удобрений и может использоваться при направленной селекции культур. . .

Список опубликованных работ по теме диссертации

, 1. Изучение адаптивного синтеза нитратредуктазы ячменя п зависимости'от фазы развития и условий питания. Доклады ТСХА, 1974,-аып. Ш, -стр. 47-51.

• 2. Адаптивный синтез и уровень активности нитратредуктазы салата п-завнсимости от концентрации нитратов, обеспеченности молибденом и фазы развития. Доклады ТСХА, вып. 208» стр.27—31 (в соавторстве). ....

3, Изучение с использованием 14М влияния молибдена на усвоение нитратного и аммиачного азота растениями при корневом и внекорневом питании.. В сб. «Биологическая роль и практическое применение микроэлементов. Тезисы докладов VII Всесоюзного совещания. 1. Изд-во «Зинатне>, Рига, 1975, стр. 58 (в соавторстве). — • . • '.

4. Скорость индукции нитратредуктазы, в зависимости от поступления нитратов в растения салата и уровня предшествующего аммиачного питания. Доклады ТСХА, 197(1, вып. 218, стр.8$—90 (в соавторстве). • , . * .->

Л <>9684 с/1-78 г. Объем ] п. л.

Тираж 100

Заказ 2344.

Типография Московсьои с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 120003, Москва А-8, Тимирязевская ул., 44