Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

КИНЕТИКА ПОГЛОЩЕНИЯ НИТРАТНОГО И АММОНИЙНОГО АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ПШЕНИЦЫ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "КИНЕТИКА ПОГЛОЩЕНИЯ НИТРАТНОГО И АММОНИЙНОГО АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ПШЕНИЦЫ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

л-ш

На правах рукописи

моллов милко

КИНЕТИКА ПОГЛОЩЕНИЯ НИТРАТНОГО И АММОНИЙНОГО АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ПШЕНИЦЫ

Специальность 03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1982

цъ

Работа выполнена на кафедре физиологии растений Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор А. Е, Петров-Спиридонов.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Б. П. Плешков; кандидат биологических наук Н. Д. Алехина.

*

Ведущее учреждение — лаборатория потенциальной продуктивности пшениц Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведення (ВИУА) имени Д. Н. Прянишникова.

Защита диссертации состоится « ЛЯ, и^л . .

1982 г. в « /Г» часов на заседании Специализированного совета К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 27. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « . ^ > . . . 1982 г.

Ученый секретарь *

Специализированного совета — Ш

кандидат, биологических наук Марьенко

Г

я

- Fho, i

Динамике, поглощения - ( I ) и - ( П ) из го4ш5

(КГаМ).

Контроль 7 Л-ф ; на фоне EÖI (5'1<Г9 J0-OQ ; на фоне СаЯг Í5-I0-3 И) - ІГ-*. ,

Рив. 2

Адошм поглощения Щ^* яз SH40I . (ІСГ8М). Комрсоь - ; на фоне xex ' {6*І0~® H) - O-O ¡ на $онв сасіг (5-Ю-9 Mí- А—А .

Я 3,0 fI

s

г . 5 e

. Rie. Э ., ; *

1. Динамика логлоцвюіл Ш)^" из кио? (10~*М),

Контроль - t на фонах« (5»1<Г3 H) -ÇHO їна фоне . Са&2 (6Л0~* Ш-СЭ-а; не фоне ВН4С1 (5«Ю"Э ..

2. Дииаыик* поглощения иэ КН4С1 (5«10~э 10, мято в ■ яачесгвв фона, ^ ;.*'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсификация сельскохозяйственного-производства, основанная на все более возрастающей ме-' ханизаиии и химизации, широком развертывании мелиоративных работ и введении высокопродуктивных сортов сельскохо-'зяйственных растений, требует все больших капиталовложе-' ний. Примерно треть от всех капиталовложений в сельское хозяйство приходится на производство азотных удобрений («The biology of crop productivity» ed by P. S. Carlson, 1980). И хотя считается, что вклад азотных удобрений в конечный урожай составляет около 30%, необходимость эффективного использования азота очевидна. . ' . , '

Наиболее распространенными формами азотных удобрений являются нитратные, аммонийные и смешанные формы, а также "азот мочевины. Сравнительное изучение особенностей питания растений нитратным и аммонийным азотом началось , еще в конце прошлого века.п продолжается до снх пор,, при- ' чем особенно интенсивнопоследние, примерно, 20—25 лёт. Путь к практическому использованию азотных удобрений в сельскохозяйственном производстве во многом был.определен блестящими исследованиями академика Д. Н. 'Прянишникова, обобщенными во всемирно известной монографии «Азот в жизни растения и земледелии СССР» (1945). Дальнейшая научная деятельность Д. Н. Прянишникова, его талантливых учеников—Коссовнча',' 1901; Турковой, 1945, 1950; Владимиров, ва, 1948; Турчнна, 1964 и др.—во многом способствовала решению многих'аспектов проблемы азотного питания растения, определила на'многие'годы перспективу научных нсследова-ний. . ' ^

Заметное оживление интереса к обсуждаемвй проблеме в начале 60*х годов связано с обнаружением сильного нарушения ионного баланса между поглощаемыми катионами и анионами, который, в свою очередь, приводил к нарушению внутреннего нонного гомеостаза. Степень этих нарушений опреде-. лялась источником минерального азота и особенно сильно проявлялась при аммонийном пнтаннн растений (Kirkby, 1965,

1968). Широким фронтом р т п п п ^ н^гт и г т i и I ^ 1I, '¡^ 'ТГДПП1

' rV%V,a. ГСПТ-1 I'- ■ . 1

'^ВШГ

кто влияния ионного окружения корневой системы, особенно катионов, на поглощение нитратов и аммония, начало которым было также положено Д. Н. Прянишниковым (1925). За последние годы значительные успехи достигнуты в исследовании первичных механизмов усвоения азота^растением н его последующих превращений как на молекулярном, так и на тканевом и организменном уровнях (Кретовнч, 1980; Алехина и др„ 1973—1979; Кондратьев, 1975; Пешкова, 1973 и ми. другие).

Несмотря на известные успехи в области сравнительно-физиологических исследований. нитратно-аммонийного питания, его зависимость от катнонно-'анионного состава питательного раствора, полученные результаты, в конечном счете, чаще всего' носят феноменологический характер. Учитывая особую роль азота в повышении продуктивности растений, представляется необходимым исследовать поглощение нитратных и аммонийных форм азота в зависимости от ионного окружения не только качественно, но и количественно, т. е. оценить вклад каждого из изучаемых факторов в поглощение растениями, разных источников азота.

' 'Цель и задачи исследования. В работе была поставлена задача выявить и количественно оценить зависимость поглощения аммонийного н нитратного азота от концентрации катионов калия, кальция и аммония в питательном растворе. Целью исследований было:

1. Изучить кинетику поглощения нитратов и аммония из разных источников азота на фоне калия, кальция, аммония и определить ее основные параметры — V тах и Кт.

2. Выявить влияние сопутствующих катионов на поглощение нитратов и аммония во времени.

3. Исследовать значение уровня эндогенного калия или кальция на поглощение ннтратов и аммония.

Научная новизна. В работе впервые было установлено, что ' влияние калия, кальция, аммония на поглощение нитратов, влияние кальция на поглощение аммония, независимо от того,' является ли оно положительным или отрицательным, по своей природе не конкурентно и, следовательно, возникающие между нонами отношения не затрагивают начального этапа их поглощения. Влияние калия на поглощение аммония, и наоборот, является конкурентным. ■

Впервые дана количественная оценка зависимости поглощения ннтратов и аммония от источника азота, его концентрации и сопутствующих катнонов. Полученные результаты подчеркивают важное значение ионной среды, которая при определенных условиях имеет более решающее значение для поглощения нитратов нлн аммония, чем концентрация последних.

Экспериментально обосновывается положение, что подав-

( ленис конами аммония поглощения нитратов проявляется ненепосредственно, а через мощное подавление потока калия в корпи, всегда отмечаемое в присутствии ионов аммония: Более • того, с увеличением времени эксиозишш или концентрации аммония постоянно отмечается выделение калия из растений н питательный раствор- - 1 .

- Практическая ценность, работы. Полученные в работе но--вые факты представляют не только теоретический, но и практический интерес для оптимизации условий минерального питания вообще, азотного питания особенно. Наибольшую прак-. тнческую ценность результаты работы представляют для выращивания растений в беспочвенной культуре (гидропоника, аэропоннка, водная культура) в условиях как закрытого, так ■ и открытого грунта,. • , - г

Объем работы. Диссертация состоит из введения,- обзора литературы, экспериментальной части, заключения и вьтодоо.. Материалы диссертации изложены на страницах машинописного текста, включают 18 таблиц, 11 рисунков. Список литературы содержит 169 наименования, из них ЭЗ-.иностранных.

Методика .экспериментальной работы

Объектом исследования была выбрана , яровая _ пшеница «Ленинградская». Пшеница является частым объектом для-, исследований азотного 'питания. Все опыты можно объединить в три группы: в опытах I группы исследовалась кинетика'поглощения NH4+ и N03- нз KiV03, NH<N03 и ЫН4С1 в зависимости от катионного-состава среды; в опытах II группы,— поглощение NH4+ и NOj~ по времени; в опытах III группы.— поглощение тех же нонов в зависимости от эндогенного уровня калия и кальция в проростках пшеницы.. .... , *

Обеззараженные семена двое суток проращивали на фнль- ' тровальной бумаге при 22:Ь1°С, а затем молодые проростки помешали на сетки из нлекса по пять проростков на стакан. емкостью 50 мл, заполненные водопроводной водой. С 7- до J 5-дневного возраста проростки I и II группы опытов <'нахо^ лились на 0,1 к „смеси Кнопа. В момент постановки опытов отношение объема корней к объему питательного раствора было меньше, чем 1: 50. .....

Проростки III группы опытов первые 10-дней находились на дистиллированной воде с добавлением 0,2 ммоль/л OaSO«/ а. затем были разделены на три группы: а) продолжающие находиться на дистиллированной воде, т. е. «голодающие» растения (контроль); Ö) обогащенные калием — 5 ммоль/л. KCl-f*'* +0,2 ммоль/л CaS04: в) обогащенные кальцием — 5 ммоль/л СаСЬ- На этих растворах растения находились пять дней^ . . Во всех трех группах опытов Т° воздуха как при выращн-.

ваШШ проростков, так и.во время экспериментов поддерживалась 20^1°С круглосуточно. Освещенность во время 16-часового светового периода обеспечивалась на уровне 10 клк лампами ЛБЦ-30. ■ • ■ *

Опыты но •кинетике поглощения проводили при ■ двух исходных значениях рН питательных растворов — 5,0 и 7,0 и двухчасовой экспозиции. Все остальные опыты проводили при значениях рН исходных: растворов 6.0±0,2.

Для расчета основных параметров кинетики поглощения нитратов и аммония — Утах и Кт был использован графический метод Берка-Лайнуивера. Повторность опытов трехкратная, опыты воспроизводились дважды: О поглощении нитратов,.аммония, калия судили по их убыли из питательного раствора. Определение нитратов проводили по методу Рранваль-Ляжу, аммония — по методу Несслера с последующим коло-риметрированием на «Спеколе», а калий определяли на пламенном- фотометре «Флафакол». Данные экспериментов статистически обработаны, достоверность результатов по вариантам опытов приводится.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Кинетика поглощения нитратов и аммония.' Влияние ' сопутствующих катионов на поглощение-минерального азота

• О кинетике поглощения нитратов и аммония судили по скорости их убыли из растворов КЬЮз, ЫН+С1 и МН4Ж)3 за два часа при исходном значении рН солевых растворов 5,0 и 7,0. Обобщенные результаты нескольких опытов представлены в таблице Ь '

Из данных таблицы 1 очевидно, что нитраты в отсутствие аммония поглощаются с большей скоростью-в кислой среде безотносительно к катнонному составу. Для аммония более благоприятной является слабо-щелочная среда, Вместе с тем, поглощение нитратов из ЫИ4МОз в интервале значений рН 5,0—7,0 не зависит от рН среды.

• Независимо от значений рН среды поглощение нитратов, как правило, положительно коррелировало с калием и пода'в-лялось ионами кальция, а еще более ионами аммония. Напротив, поглощение аммония значительно тормозилось ионами калия и в меньшей'степени нонами кальция. Для того! чтобы оценить степень достоверности взаимного влияния исследуемых ионов в процессе их поглощения, был проведен дисперсионный- анализ, результаты которого приводятся в таблице 2.

, Данные таблицы 2 представляют несомненный интерес, во-первых, потому, что впервые на большом материале, хотя и в общей форме, проведена количественная оценка действия со-

иутствуюших катионов и концентрационного фактора на- поглощение нитратов и. аммония. Во-вторых, заслуживают внимания полученные результаты сами по себе- Заметим,, что анализ данных таблицы 2 упрощается благодаря тому, ато на характер найденных зависимостей рН питательного раствора не оказывает существенного влияния.

Сравнивая поглощение нитратов и аммония соответственно из солей КМ03 и ЫН«С1, замечаем, что поглощение аммония,

•Таблица I

Поглощение N0}- н>!МН,+ из КN03, МН,Ы03 и N4,01 при рН растворов 5,0 н 7,0 на фоне хлоридов калия, кальция, аммония (мкмоль/г сухой массы корней)

2,4 К ' Фон ■. '

5оо 5 " к 3 . КС1 СаСи ЫН.С!

я >-

= в! 1 .?=<=> к а — о -■X Ю-1 м 5* 10-* М Ю-1 М 5-10-* .4 10-' М 5-Ю-»М

- из КМОз •

0.2 71.3 635 «4,8 С2.8 49,7 , 40.7 26.4

63,4 62,1 62,6 41,5 ■38,3 36,2 24,4

0.6 80.5 98,2 08,0 72.6 63,2 48,8 06.7

69.7 ' 82,7 »6,1 65,9 46,3 42,6 32,5 .

1,0 85.6 105.5 115,4 |73.7 68.4 49.5 43.1

73,9 96,7 97.fi 63.4 63,3 45,7 - 38,2

3,0 "93,7 103.2' 120,0 85,5 ' 80.1 . ■' 7о,4 71,8

|70,7 , 86,3 У 7,1 У?3,5 , 68,4 64,4 60,9'

из ЫН4МО!

0,2 553 59,0 101.3 »13,7 38,3

59.7 60,0 90,0 01,0 40,3

0,6 80.0 ■ 82,4 98,3 69.7 ЙО.О

78,3 • 84,3 96,6 68,3 59,3 *

1,0 160.7 120,0 98,7 1.11,7 70.7

121.3 09,0 90,0 102,3 •71,3

3,0 172.3 164.0 174,3 139.0 80,0-.

141.7 ' " 133.7 153,0 ' 101,0 »0,7

ЫН«*- нэ 1ЧН,ЫО} '

0.2 108.0 /■ 1,7 69,3 90,7 ' 65,0

120,0 ао.о . 83,8 100,3

0,6 122,0 81.7 * 75,0 100.0 59.0 '

121,3 93,7 83.3 134,7 107,0

...ЬО 131,0 80,0 . 98.9 139,0 80,7 •

И 1,7 101,0 120,7 163.3 86,7 V

3.0 140,0 . Ш,0 -129.7 152,0 ■. 103.7 ■

159,3 ■ • 124,0 •101.0 . - 195,0 * 91,0

Продолжение таблицы I

£Г'о о Фон

I КС1 СдС!» МВД

м £ « | £§2 о и: 10-а м З-Ю-'М Ф 10-а М ]0-» м 5.10-»М

из ЫН4С1

0.2 93,3" 92.0 60,7 77,3 69,0

100,0 117,7 ВО, 7 »0,0 »5,3 -

0,6 118.0 , 92.0 90.7. 101.3 101,7"

125,0 131,0 103,0 121,0 N4,0

0,1 146.0 171,0 12610 180.0 132,0 150.0 10-1.1 1(>3,7 177,0 Ш,7

3.0 175.0 206,0 154.3 192.0 158,7 172.0 118,7 107,0 142,0 172,7.

Примечай и е. НСРсз опыт с КГ*Оа-12.0 ■ ■ 13,1

Числитель — рН 5,0: знамена гель — рН — 7,0

12.2

, с МИ,С!

12.0

в отлнчне от ннтратов, преимущественно зависит от конпен-трашш'нсточннка азота и в очень слабой степени от сопутствующего катиона. Для нитратов же достоверна их большая зависимость поглощения от катионного состава среды, чем от концентрации источника азота, хотя влияние последней несомненно. Зависимость поглощения нитратов от сопутствующих катионов составляет 60—65%.

Если в качестве источника азота используется ИН^МОз, то действие исследуемых факторов на поглощение N—МОз- и N—МН<~ проявляется совершенно, по-иному. Фактор кон цент рации для нитратов приобретает первостепенное значение (вклад этого фактора составляет примерно 75%), вклад же сопутствующих катконон в поглощение ннтратов снижается до 25%. Напротив, для поглощения аммония значение катионного состава среды становится заметным. . Особенно сильно проявляется конкурентное .отношение между аммонием и калием, которым, как нам кажется, и определяются различия в действии калин на поглощение ннтратов из КМ03 и

Из представленных данных очевидно, что аммоний является мощным конкурентом калия. Что касается некоторой стимуляции поглощения калия в присутствии ионов кальция, то этот факт достаточно устойчиво воспроизводится и, по крайней мере, с феноменологической стороны достаточно полно изучен (\Пе(5. 1944; Петров-Спиридонов, 1970 и мн. другие).

Определив условия, при которых наблюдается влияние со-6 .

Таблица 2

Достоверность влияния на поглощение N—NOj-.ii 14— кониентрации источников азота (Л) и сопутствующих катионов (В)

£ " £ а

>—* га

«

¡25

о Д

В 3 Е X

Относительная зависимость поглощения (%) от

¡¡г«

О Л Л

к си а

а«*

° а 5 V р к и Й в £ § С

Репрезентативность действия факторов Рф

Л-В

И,

Po.cs

КМО} КН,МОз

МНЧС1

5.0 7,0 5,0 7,0 5,0 7,0 5,0 7,0

ко,-N01-КН,«--

мн»-»-

32.» 30,0 61,0 58,0 43,0 29,0 72,0 85,0

60.8 64.0 24,0 27,0 48,0 49,0 11,0 11,0

7,1 6,0 15,0 15,0 9,0 22,0 •17,0 4,0

13,1 13.0 30.5 29,0 9.5 8.1 34,3 85,0

21,5 22,0 4,8 5,4' 10,4 14,4 1,2 1.2

0,3 0.3 0.8 0,6 0,1 1.2 0,6 0.1

2,8 2.8 6.7 5,7 5.7 5,7 5,7 5,7

* Рф рассчитывали как отношение 1) к соответствующему тц, что много строже оценивает результаты, чем величина" . .

Таблица 3

Поглощение калия из КЫОа при значении рН растворов 5,0 н 7,0 . на фоне хлоридов кальция н аммония (мкмоль/г сухой массы корней).

Экспозиция 2 часа

Вариант Концентрация К!МОз (10 -'ЛИ

02 1 о!б .1.0 ' " 3,0 *

Контроль 57.8 71.1 84.7 142.7 '

62,7 75,1 т,7

+ 10-эМСаС1г 72.6 68,6 80.0 . 79,3 111.3 120.3 " 422,8 133,6

+5.10-*МСаС12 ' 80.1 73.0 ■104,6 142.5

72,5 63,3 130,7; 137.0 ,

15,0 11,8 13.4 • 12.8 14,8 ■12,4 —15.3 —12,4

—15,3 —18.2 —13.5 —20.1 —16.7 —13,1 —10.6 —15,0 I

^ Ч целитель— рН питательного раствора Г),0; знаменатель — 7,0 ИСРм— 5,8, Зл&к «—» означает выделение калия в раствор. '* * *

нутствующих катионов на поглощенно (Н—М03~ и N—ЫН4+), представляло интерес установить характер взаимодействия ионов, что, очевидно, важно для определения последующих исследований. Для решения этой цели нами была исследована кинетика поглощения ионов, исходя из результатов, представленных в таблице 1. Графический анализ, проведенный по методу Берка-Лайнунвера, позволяет утверждать, что взаимоотношения между ионами, за исключением калия и аммония, носят неконкурентный характер. Это означает, что отмечаемый нами стимуляционный пли, напротив, кнгибирующнй эффект проявляются не иа начальном этапе, а на более поздних эт.а-пах поглощения нитратов или аммония.

Графический анализ данных.также позволил рассчитать константу Михаэлиса-Ментен (Кщ)" и максимальную'скорость поглощения N—N03- или N—ЫН«+ представленные в

таблице 4.

1, , Т а б л к ц л 4

Значения Кк, (ммоль/л) н Vmalt (мкмоль.'г сухой .Массы корней) для поглощаемых из одиночных солей нитратов и аммония'

1 h NOj- NH,+-

КМОэ NH.N'Oj NH.Cl NH.NCb

Кп, ^тз» Ки ^тах Km V 1 та* Km' 1 ^тах

рН 5,0 рН 7,0 0,071 0,080 90,0 84,5 0,350 0,340 160.0 151,0 0,294 0,142 182,0 166,0 0,062 142.8 0,182 1167,0

Если анализ результатов табл. 4 проводить, принимая во внимание данные таблицы 2, то становится очевидным, что различия в величинах Кт при поглощении нитратов и аммония из разных источников азота к при разных значениях рН питательных растворов в первую очередь определяются степенью зависимости поглощения азота от внешней концентрации. Чем эта зависимость выше, тем больше значение Кщ* В этом случае, следовательно, внутренний контроль за поглощением нитратного и аммонийного азота ослабевает. Именно при этом условии'снижается и значение сопутствующих катионов для поглощения азота. Полученные значения Кщ соответствуют порядку значений, полученных другйми исследователями (Becking I. Н., 1956; Rao К. P., Rains D. W., 1978).

Результаты этого раздела работы позволяют. достаточно обоснованно утверждать, что скорость поглощения нитратов и аммония из разных источников азота обусловлена ионным составом среды. По отношению к действию ионной среды эффект . рН питательного раствора проявляется с меньшей силой, хотя он и заметен в слулае, когда источниками азота являются KN03hNH<C1. ■■ 8

t 2, Поглощение нитратов н аммония во времени'

Поскольку при изучении кинетики, поглощения. NOj" и NH*+ экспозиция была равна 2 часам, возникает вопрос о том, как длительно поддерживаются возникающие условия поступления ионов во времени. В этой связи в серии опытов этого раздела работы экспозиция была увеличена до восьми часов. Исходное значение рИ всех опытных растворов ограничили ■ величиной 6,0±0,2; концентрация источников нитратного и аммонийного азота соответствовала 1,0 ммоль/л, а концентрация сопутствующих катионов — 5,0 ммоль/л.

Полученные данные, часть которых представлена на рисунках 1,-3, подтверждают, что взаимное влияние ионов иа по-глощательную функцию проростков сохраняется во времени на почти стационарном уровне. Также очевидно, что скорость поглощения нитратов и аммония за время опыта характеризуется в большинстве случаев высокой константностью. Этот факт,-как нам кажется, обусловлен тем, что выбранные нами концентрации и соотношения между нонами не. вызывали функционального нарушения поглощающей деятельности корней.

Поскольку поглощение ионов фиксировали через 2, 5 и 8 часов, то помимо данных по скорости поглощения, была рассчитана в относительных величинах эффективность сопутствующих катионов, независимо от того, является ли она положительной'или отрицательной. В этой связи следует отметить, что стимулирующий эффект калия на поглощение NOj~ из " KN03 за восьмичасовой отрезок времени уменьшается примерно'вдвое, хотя абсолютное "количество поглощенных нитратов утроилось. Эти данные свидетельствуют о том, что в связи с насыщением тканей корня и побегов нитратным азотом, необходимость в них уменьшается. Поэтому снижение эффективности калия является отражением регуляции поглощающей функции, основанной на принципе обратной связи, а ие доказательством «исчезновения» калиевого'эффекта (Pitman, 1972; Menge), Koch, 1971). ...

В отличие от изменения положительного действия калия на поглощение нитратов, отрицательное действие кальция и аммония сохраняется на довольно постоянном и высоком уровне: кальций снижает поглощение примерно на 25, а аммоний— иа 50% от контроля. Однако, следует подчеркнуть, что в очень длительных опытах установлено существенное отличие между ингибнрующим действием кальция и аммония. Первый только сдерживает поглощение нитратов, а второй — аммоний—одновременно резко подавляет рост растений, вызывая,, в конце.

концов, их гибель (Салти, 1979).'Длительными опытами также установлено, что особенно острые конкурентные отношення-между калием и аммонием сохраняются постоянно, вплоть до отмирания растений. Выше отмеченный , факт конкурентных отношений между'калием и аммонием.в наших опытах вновь подтвердился. Это позволяет высказать предположение, что 'ингнбирующий эффект аммония на поглощение нитратов проявляется не непосредственно, а'косвенно,' через подавление поглощения или даже через выделение калия из тканей побегов растений — иона, .являющегося наиболее эффективным симпортом нитратов (\ValihIoo, 01а55ег, 1980).

Видимо, этим обстоятельством объясняется и тот факт, что положительный эффект' калия на поглощение КЮз~ из МШЫОз проявился в очень слабой степени только к концу опыта (на 5—8 час), а в первые два часа фиксировалось даже снижение поглощен и я-нитратов примерно иа 25—30%. Также в первые 0—5 часов ионы-кальция очень сильно,(на 70—86%) подавляли поглощение N03" из МН4М03, Напротив, поглощение КОз~ из 'ЫН^ГЮэ в отсутствие* других катионов было заметно более интенсивным^ чем,из К>Ю3( если сравнивать контрольные варианты.

.Поглощение аммония подавлялось в присутствии и калия, и кальция. Степень подавления была большей при поглощении из N^N0$, чем из При этом в связи с противоречивостью литературных данных, следует подчеркнуть, что в первом случае (поглощение из ЫН4ЫОз) ноны кальция заметно сильнее ингибировали поглощение МН4+, .чем ионы калия. Во втором случае (поглощение жз N^01)'слабый ингнбирующий эффект, калия и кальция'достоверно проявился к концу опыта (90% от контроля). Различие в действии калия и кальция на поглощение аммония из разных источников вероятно обусловлено и тем, что поглощение ГШ4+ из МН4С1 происходило с заметно большей скоростью, чем из ^Н4М03 (538 и 341 мкмоль/г сухой массы корней за 8-часовой период) в отсутствие конкурирующих ионов.,

В целом, суммируя результаты опытов этого раздела диссертации, приходим к заключению, что данные, полученные по кинетике поглощения аммония,н нитратов в зависимости от источников азота и сопутствующих катионов, в основном подтверждаются в более длительных по времени экспериментах, ' <'..,-

Оказалось, что скорость поглощения нитратов и аммония, определяемая характером возникающих между ионами взан-моотношений,1 поддерживается достаточно долго .на константном уровне. -. •• ■- --; -- • - • • - ^

-ю 1 .

3. Влияние предварительного обогащения проростков пшеницы калием или кальцием на последующее поглощение нитратного и аммонийного азота

В опытах были использованы три группы растении: 1 — с низким уровнем калия и кальция; И — растения, обогащенные калием (за 5 дней до опыта, при общем возрасте 15 дней, проростки находились на 5,0 ммоль/л растворе KCl); III — растения, обогащенные кальцием (5,0 ммоль/л CaCI). Цель опытов— определить значение эндогенного уровня катионов для поглощения нитратного и аммонийного азота. С другой стороны, предполагалось получить дополнительный материал, чтобы более определенно оценить результаты предшествующих опытов. Основные данные этого опыта представлены и табл. 5.

Таблица 5

Поглощение NOi- in I ммоль/л раствора KNOs проростками пшеницы (мкмоль/г сухой массы, корней}, предварительно обогащенных калием или кальцием на фоне KCl, СаСЬ, NH,Cl (5,0 ммоль/л).

Исходное значение pH растворов 6,0±0,2

Экспоэнштя (час) і Контрольные растения. ) Растения, обогащенные калием % к контролю Растения, обогащенные % к лон. тролю

Фон 5,0 ммоль/л KCl

0,5 12, ölt 2,3 '123,72:2,6 294,5 4С,8±3,1 100,0

4.0 147,0±3,5 254,7гЫ,8 173,3 168,8±5,5 114,8

8,0 2S2.0±6,8 409,9 ±4,0 145,2 313,9±4,1 .121,8

Фон 5,0 ммоль/л СаС1г *

0.5 ' 4І,7±3,3 [ 33,0 ±2,5 100,0 0.0 _

4,0 • 102,3 і 4,0 105,0 ±4,6 100,0 122,G±3,8 119,8

8,0 237,0±4,3 202,0±2,1 85,2 278,6 ±3,4 117,5

Фон 5.0 ммоль/л NH4CI

0.5 . 1 0.0 I 43,3^4,4 21,0±3,1

4,0 II4J3±3a9 83.2±3д 72,5 97,3i5,-( 84,8

8,0 1 260,1 ±3,0 1-48,7 ±5,8 57,2 202,5±8,ї 77.9

Из представленных данных следует, что предварительное обогащение проростков калием на фоне калия благоприятно сказывается на поглощении ими нитратов, хотя эффект этого влияния во времени снижается. Также, несомненно, проявляется положительный эффект и предварительного обогащении проростков кальцием на фоне KCl. Сравнивая эти варианты между собой, мы приходим к заключению, что для поглощения нитратов более определяющим фактором является не столько эндогенное содержание калия, сколько его присутствие в среде (экзогенный уровень калия). Подтверждением этому являются результаты опытов по поглощению NO3- на фоне хлоридов кальция и аммония: предварительное обогаще-

ние калием не повлияло сколько-либо существенно на поглощение нитратов в сравнении' с контрольными проростками, и проростками, обогащенными 'кальцием: Напротив, в действии' эндогенного кальция отмечается значение регулярного факто-.ра.для поглощающей функшщ-корневой системы по отношению к многим элементам минерального питания, в том числе по.отношению'к нитратам '(Игнатьевская, 1970; Химнна, 1981 идр:).' . !-,•■. .

' В.экспериментах предшествующих глав отмечалось замет-' ное подавление "поглощения нитратов' в присутствии ионов аммония, хотя эффект в сильной степени зависит как от концентрации N—N63-", так и'источника. (КГ^Оз, N^N0^). Данные табл. 5 показывают,-что «голодающие» растения вне зависимости от катиониого фона поглотают примерно одипако-■ вое количество нитратов. Проростки, обогащенные калием или кальцием, на фоне аммония снижают поглощение нитратов на 20—40%. При этом интересно отметить; что сниженне в поглощении нитратов-не компенсировалось поглощением аммония

.(табл.6).

. ' ..." Та блн на' 6

Поглощение аммония из 5,0 ммоль/л раствора NН<С1 растениями, обогащенными калием или кальцием

(мкмоль/л сухой массы корня) -

Экслолтия (час) Варианты опыта

контрольные растения растения, 1%кк^нтр0. -'•калием ■ ' растения, обогащенные кальцнеч % к кон. тролю

. 0,5 4.0 8,0 105.8±1,6 165,8*3,3 "287,6-*-2,1 54.0^0,9 ' *51.6 108.3^:1,1 .65,3 '162,7-0,7 56,6 '83,7*1.9 167,4 3.8 209,3*5,0 79,1 100,0 72,8

Из данных табл. 5, 6 очевидно,' что поглощение нитратов и аммония' у контрольных растений проходило примерно с одинаковой скоростью, хотя следует напомнить,, что концентрация аммония в о раз превышает.таковую нитратов. Следовательно, голодающие растения предпочтительнее поглощают нитраты, чем аммоний. .*"■.•

• Обогащение растений- калием сильнее сдерживает поглощение аммония, чем кальций..Следовательно, поглощение нитратов и аммония в большой мере зависит как от ионного -гомеостаза тканей корней и побегов, так и от текущего пронес. са поглощения катионов, прежде всего, по-видимому, калия. • Из представленных данных привлекает внимание очень-высокая скорость .поглощения калия голодающими растениями из растворов. КС1 ' и КМОз (суммарная концентрация 6,0 ммоль/л) :;за. восемь часов опыта было поглощено • около .12 ' , .

Таблица ?

Поглощение'кадия из 1,0 ммоль/л раствора «N0» проростками пшеницы, предварительно обогащенными калием или кальцием (мкмоль/г сукой массы корня). Исходное значение рН 6,0±0,2

. ' Варианты опита

Экспозиция (час) контрольные ' растения растении, обогащен-иые калием .% к контролю Растения. | % к ^ЇЇКУГ | контролю

Фон 5,0 ммоль/л КС)

0.5 1 339Д ±4.3

4,0 678,7-8.5

8,0 |Ю18,0±12.8

0,5 I 0,0

4.0 181,1*2,3

8,0 1 317,0±4,1

0,5 I 0,0

4,0 99,6*3,0

8,0 1 189,8 ±6,1

106,0 ±0,7 212,0±1,С 206,0±7Л

31,3 31,3 20,2

Примечание, ил корней и рзстйор.

гїоглоіцсніїо о тс у т. о тсуг.

Фон 5,0 ммоль/л СаС1г

I Э,9±0,5 |

39,1 і 1,5 21,5 I 68 .Зі 2,6 І 21,4

Фон 5,0 ммоль/л ЫН(С1

|—152,7±3,6 -023,3 іЗ,2 —400,5±4,2

Знак » (минус) обоїначает выделение Кч-

70,0±1.1 261,3 ±3,1 418,0 ±4,7

38.7±0,9 115,1—2,8 2] 3,0^:5,1

144,2 131,9

М6.0 112,1

1,0 ммоля калня/г сухой массы корня, Эта величина существенно отличается от скорости поглощения калия растениями других вариантов. Факт неконтролируемого потока калия в голодающие проростки свидетельствует о важном значении экзогенного н эндогенного калышя как регулятора поглощающей функции корней.

В предыдущих разделах всякий раз на фоне аммония отмечалось выделение калия в раствор, что приводило к лиги* бированию поглощения нитратов.

В обсуждаемом опыте из девяти разных вариантов только в одном — обогащение калием на фоне ЫИ4С1 — отмечается выделение калия из проростков, которое также коррелирует с заметным подавлением поглощения ннтратов. Выделение калия не наблюдалось на фоне №ЬС1 у голодающих и обогащенных кальцием растений. Если сопоставить отмеченные случаи взаимного'влияния катионов на поглощение каждого из них и сравнить с поглощением нитратов, .то выявляется следующее. Наиболее высокая скорость поглощения нитра-. тов коррелирует с высоким эндогенным уровнем калия НЛП кальция. Вместе с тем,, высокая скорость поглощения калик ( еще не определяет высокую скорость поглощения нитратов, ■ Таким образом поток калия имеет ограниченное влияние. На это указывает достаточно высока я, скорость поглощения нитратов голодающими растениями, не подавляемая •* ни нонами, аммония,'ни ноиамн кальция. При этом необходимо подчерк-

нуть, что у этих растений калий не выделялся даже на фоне аммония. # . : " *'

Подытоживая представленные донные, мы приходим к заключению, что поглощению нитратОв'благоприятствует высокий эндогенный уровень калия и'кальция. Действие последнего проявляется на фоне экзогенного калия. Высокий эндогенный уровень калия или высокая скорость его поглощения эллимнннруют ингибнрующий эффект аммония.по отношению-к поглощаемым нитратам.

Выводы

I. Исследована количественная' характеристика зависимости поглощения нитратов н аммония проростками пшеницы от концентрации'выбранных источников азота, концентрации и вида сопутствующего катиона,-рН питательного раствора.

Достоверно установлено, что поглощение нитратов из КМ03 в большей мере зависит от катионного состава среды, чем от концентрации; поглощение нитратов из МН(М03, напротив, в большей мере зависит от концентрации нитрата аммония. Поглощение аммония из МН4С1 мало зависит от катнонного состава и почти полностью'определяется его концентрацией в питательном растворе; поглощение из'ЫН(Ы03 в равной мере, зависит как от концентрации источника, азота, так" и катнонного состава среды. ' * .

II. Скорость поглощения нитратов увеличивается в присутствии ионов калия, уменьшается, на фоне ионов кальция и ■особенно ионов аммония. Между калием и аммонием отмечаются сильные конкурентные отношения: с увеличением концентрации аммония поглощение калия "резко снижается вплоть до его выделения из корней в питательный раствор. Представляется вероятным, что ннгнбнрованне поглощения нитратов ионами аммония в значительной мере является следствием конкурентных отношений, имеющих место между ка- * л нем и аммонием. ,

III. Анализ кинетики поглощения нитратов и аммония в ' ' зависимости от концентрации источников азота и сопутствующих катионов дает основание считать, что взаимоотношения между, исследуемыми ионами при их поглощении носят некон- . курентный характер, т. е..имеет место либо неконкурентное-торможение, либо неконкурентное стимулирование поглоще--ння. источников'азота. Исключением являются конкурентные! отношения между калием и ионами аммония. * "

• • IV. Выявление зависимости поглощения нитратов и аммония от концентрации, сопутствующих катионов, рН среды, как показывают данные по динамике их поглощения, сохраняются ' в течение длительного времени.

V, Установлено, что скорость поглощения ннтратов положительно коррелирует с размером эндогенного фонда калия и кальция в проростках пшеницы. Показана регуляторная функция кальция при поглощении нитратов, аммония, калчя. #

По материалам диссертации опубликована статья:

«Кинетика поглощения N—М03 и N—Г^Н« проростками пшешшы в зависимости от сопутствующих катионов». Из» ТСХЛ, в. 3, с. 11—16, 198?

Объем I п. л.

"Заказ 1301.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. Л. Тимирязева 1^7550, Москва И-5П0, Тимирязевская ул., 44