Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОСОБЕННОСТИ АЗОТНОГО ОБМЕНА ФАСОЛИ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ИЗ АТМОСФЕРЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ОПЫТЫ FC 15N)

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ АЗОТНОГО ОБМЕНА ФАСОЛИ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ИЗ АТМОСФЕРЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ОПЫТЫ FC 15N)"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

$ \3Иа правах рукописи Валерия Валерьяновна ЯЦЕНКО

ОСОБЕННОСТИ АЗОТНОГО ОБМЕНА ФАСОЛИ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ИЗ АТМОСФЕРЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИИ (ОПЫТЫ 6 ,5М)

(Специальность 03.00.04 — биохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1975

Диссертационная работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — кандидат биологических наук доцент М. М; Гукова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук 3. Г. Евстигнеева, кандидат биологических наук В. А. Пронин.

Ведущее предприятие—Всесоюзный научно-исследовательский институт удобрений и агропочвоведения.

Защита диссертации состоится на заседании Ученого совета <' и агрохимии ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ (корпус 10).

Просим Вас принять участие в работе Совета или прислать письменный-отзыв по данному реферату, заверенный печатью в двух экземплярах, по адресу: 125008, Москва А-8, ул. Тимирязевская, 47, корпус 8, Ученый совет ТСХА.

1975 г.

Ученый секретарь Совета

доцент Ф. А. ДЕВОЧКИН

При решении проблемы растительного белка в кормовом и пищевом балансе нашей страны большую роль играют зерновые бобовые культуры. В семенах и вегетативной массе таких культур, как горох, фасоль, соя, вика и другие, содержится значительно больше белковых веществ и других азотистых соединений, чем у злаков и других кормовых культур. Белки , бобовых культур 0 улучшения—ни . качества—пшчяится— стоннствамн и 'полноценным аминокислотным составом.

В связи с этим изучение приемов повышения урожайности бобовых культур и улучшения их качества является весьма актуальной задачей. Одним из приемов управления ростом растений и их обменом веществ является применение удобрений, улучшение условий обеспеченности элементами питания, и в первую очередь азотом.

Благодаря быстрому возрастанию производства азотных удобрений, в настоящее время возникает реальная возможность вносить их не только под технические культуры и овощи, но и под зерновые, кормовые, травы и другие культуры.

Однако вопрос о применении азотных удобрений под бобовые культуры до последнего времени остается малоизученным. Помимо недостатка удобрений, это объяснялось также тем, что долгие годы превалировала концепция, согласно которой бобовые способны полностью обеспечивать себя азотом за счет фиксации его из воздуха благодаря симбиотическим взаимоотношениям с клубеньковыми бактериями (Найднн, 1963; Корнилов, 1965; Доросинскнй, 1970; Трепачев, 1970; 1973; Жуков, 1972). Считалось достаточным, наряду с обработкой семян нитрагином, вносить пса зернобобовые культуры только фосфорные и калийные удобрения.

В последние годы наукой было уделено большое внимание проблеме повышения снмбиотрофного способа усвоения азота, изучению свойств, строения, активности клубеньковых бактерий (М. Ф. Федоров, 1952; Е. Н. Мишустин, В. К. Шильникоза, 1968, 1973; Р. Wilson, 1940 н др.), а также биохимического механизма фиксирования азота атмосферы (Ф. В. Турчин, с сотр. ,1963, 1972; Я. В. Пейве, 1970; Г. Я. Жизневская, 1972; В. Л. Кретович, 1972; Bergersen, 1966). Однако зависимость

размера азотфнксации от условий питания самого бокового растения изучена еше недостаточно. Неясным остается, какую же роль »грает обеспеченность растений минеральным азотом, служит ли этот источник дополнением симбнотрофному усвоению азота из воздуха, или, наоборот, препятствует ему. Нет убедительных данных о потенциальных возможностях азог-фиксирующего процесса в обеспечении зернобобовых растений азотом при формировании их высоких урожаев. Между тем для сельскохозяйственной практики важно уже сейчас знать, могут ли зерновые бобоаые растения эффективно использовать минеральный азот и одновременно сохранять способность усваивать его из воздуха, какую роль играет источник питания, азотом и развитии бобового растения, формировании отдельных органов, накоплении и составе в нем азотистых соединений.

В развитие дальнейших исследований, проводимых в последние годы на кафедре агрономической и биологической химии Московской с.-х. академии имени К. А. Тимирязева по этой проблеме, нами была поставлена задача — на примере фасоли изучить особенности развития бобового растения и обмена в нем азотистых соединений при смешанном, симбио-трофном и автотрофном типе питания азотом. Используя метку минеральных соединений азота тяжелым изотопом и создавая различные уровни его содержания в среде, мы стремились изучить следующие вопросы:

1. Характер развития растений и накопление в них азотистых веществ при питании азотом за счет усвоения его в симбиозе с клубеньковыми бактериями и автотрофно из минеральных соединений.

2. Размер и динамику потребления растениями фасоли азота из атмосферы и минеральных соединений по фазам онтогенеза, его распределение по органам.

3. Содержание и состав азотистых соединений в растениях фасоли при различном типе питания азотом.

4. Превращение и реутилизацию меченых фракций азотистых соединений при прорастании семян, полученных с растений, питавшихся предварительно азотом в симбиозе с бактериями или автотрофно.

Методика исследований

Для решения вышеуказанных вопросов растения фасоли сорта Латвня-800, ннокулнрованные активной расой клубеньковых бактерий, выращивали в условиях вегетационного домика в песчаной культуре при различных уровнях обеспеченности минеральными соединениями азота. В опытах использовались сосуды емкостью 0 кг песка с внесением питательных солей по смеси Д, II. Прянишникова, дополненной микро-2

элементами, углекислым кальцием н сухим промытым торфом для улучшения аэрации среды. Лзот давался в виде немеченого и меченного тяжелым изотопом сернокислого аммония как непосредственно при закладке опыта, так и в подкормку. В вариантах без подкормки всю дозу азота вносили в форме {15№Н«)а504 (атомный процент избытка составил в 1969 т. 13,21; в 1970—11,55 и в 1971—6,63). В вариантах с подкормкой до посева вносили сульфат аммония без изотопно» метки, а перед цветением вместе с поливной водой вносили сульфат аммония с атомный избыток которого составлял по годам соответственно 13,21; 15,51 и 13,24%.

В период вегетации растений проводили систематические наблюдения за их ростом, образованием на корнях клубеньков, прохождением растениями фаз развития. В растительных пробах, взятых в фазу бутонизации, цветения, формирования бобов и полной спелости, определяли содержание общего азота и отдельных фракций его соединений дифференцированно по органам растений.

Содержание общего и небелкового азота определяли по методу Кьельдаля-Иодльбауэра (А. В. Петербургский, 1968). Небелковые соединения (аммиак, амиды л нитраты) определяли методом последовательного восстанозления их до аммиака в чашках Конвея в течение 24 часов насыщенным раствором МйО, ^ОН, ЫаОН + сплав Деварда. Аммиак учитывался объемным способом. Содержание свободных аминокислот определяли по разности между суммой небелковых соединений и суммой аммиачного, амидного и нитратного азота.

Определение азота фракций белков в семенах фасоли проводили по Б. П. Плешкову (1968). Аминокислотный состав суммарных белков семян определяли на аминокислотном анализаторе НД-1200Е. Степень обогащения азотистых соединений тяжелым изотопом 15М устанавливалась на масс-спектрометре АШ-1305. Содержание азота меченого удобрения в растениях определяли путем расчета по уравнению изотопного разведения.

Количество азота, фиксированного фасолью из атмосферы, рассчитывали по разности между обшим количеством азота, накопленным в, растениях, и фактическим количеством его, усвоенным из минеральных соединений, меченных 15М, с учетом азота, содержащегося в высеянных семенах.

Интенсивность дыхания листьев и корней растений фасоли определяли: методом Варбурга (О. А. Семнхатова, М. В! Чу-ланозская, 196э|}содержан»е сахароз — по методу Бертрана.

Опыты проводили в четырехкратной позторности, лабораторные анализы — в двукратной. Достоверность данных определялась по Б. Л. Доспехову (1965).

Погодные условия, складывающиеся в вегетационные не-

риоды, в годы проведения исследозаний были в основном благоприятными для развития фасоли. Однако развитие растений в первый период вегетации 1969 года проходило при несколько пониженных температурах воздуха и более высокой относительной влажности его по сравнению со средними для Московской области многолетними данными.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

I. Характер развития растений фасоли и динамика накопления азотистых.веществ в урожае при усвоении азота из минеральных соединений к атмосферы*

Условия питания азотом оказали значительное влияние на развитие фасоли и ход накопления в ней азотистых веществ. Отмечена положительная корреляционная связь между количеством азота, содержащимся в питательной среде, и динамикой накопления сухого вещества в растениях, инокулнрован-ных активной расой клубеньковых бактерий. При питании фасоли •преимущественно азотом атмосферы за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями и малом количестве минерального азота в питательной среде прирост сухого вещества в начальные фазы развития шел довольно слабо и возрастал лишь во второй полозине вегетации. На средах, содержавших повышенные количества-минеральных форм азота, накопление сухого вещества у инокулированных растений протекало примерно с одинаковой скоростью как в первый, так и во второй периоды вегетации.

При повышенной обеспеченности растений минеральным азотом в первые фазы развития концентрация его в листьях и корнях более высокая, чем при недостатке этого элемента. По 'мере роста растений и усиления процесса симбиотической азотфиксации относительное содержание азота в растениях разных вариантов выравнивалось. В фазу созревания относительное содержание азота в вегетативных органах фасоли снизилось за счет оттока в зерно. В среднем за два года урожай зёрна фасоли составил при дозах азота 120, 240 и 720 мг на сосуд соответственно 6,4; 6,9 и 8,9 г, содержание азота в зерне было равным 3,56; 3,86 и 4,07% (на сухое вещество).

'Общее накопление азота растениями фасоли было также различным (табл. 1), В вариантах с повышенными дозами минерального азота в питательной среде растения быстрее нака-'ливали сухое вещество, имели более высокий процент азота ■ в тканях и, следовательно, больше накапливали его в урожае. Разница в выносе азота отмечена в течение всего периода вегетации.

Подкормка фасоли небольшими дозами минерального азо-

Урожай.к динамика накопление азота в растениях фасоли лрн различной обеспеченности ее минеральным азотом

Содержа и fie азота, мг/сосуд

Доза азота, мг/сосуд Урожай зерна, г/сосуд бутонизация нее генке формирование бобов полная спелость

1969 год

120 210 720 НСР,.И 6.0 8.2 9,3 0,70 143,7 193.5 1970 204.2 2*3,4 453,0 год 306.7 333,2 500,4 378.9 497,2 609,7

120 210 . 720 НСР<^ 5.9 5.6 М М 152,8 176,4 275.6 151,2 191,9 320,2 259.7 318.1 4M,8 235,4 321.3 506.4

Среднее за 2 года

120 240 720 6,t 6.9 S.9 149,2 t«6.0 237,2 177,7 220.2 386,7 253,2 323,8 477,1 332.2 409,2 553,1

та в фазу бутонизации способствовала большему накоплению азотистых веществ, однако величина урожая повысилась лишь при низкой обеспеченности растении азотом.

Выявлено различие в течении окислительно-восстановительных процессов в листьях и корнях растений разного типа питания азотом. Если интенсивность дыхания растущих частей корневой системы фасоли, расположенных ниже зоны образования клубеньков, была практически одинаковой у растений обоих типов питания и в течение вегетации оставалась примерно на одном уровне (около 72—84 мкл Ог на ! г сырого веса корней в час), то интенсивность дыхаиия зоны корня с клубеньками растеннй-симбионтов весьма сильно варьирует. В фазу бутонизации эта величина была такой же, как и в зоне корней без клубеньков, в фазу цветения она возросла почти в два раза и к фазе формирования бобов вновь уменьшилась до прежнего уровня.

В процессе онтогенеза фасоли интенсивность дыхания листьев была в 2—3 раза выше по сравнению с корнями, повышаясь ог начала вегетации до созревания урожзя, Внесение

небольшой дозы минерального азота в подкормку резко усиливает интенсивность дыхания листьев фасоли, тогда как интенсивность дыхания корней остается практически без изменения.

2. Влияние различных доз н сроков внесения минерального азотанаразмер снмбиотрофного и автотрофного потребления

его фасолью.

Лзот минеральных соединений поступал в различные органы растений фасоли неравномерно. При всех уровнях обеспеченности растеши*! фасоли минеральным фотоно** последний больше всего накапливается в листьях по сравнению с другими органам». Эти различия сохраняются до полного формирования бобов. Однако в фазу полной спелости максимальное количество азота минеральных соединений содержится в зерне.

Изучение динамики усвоения фасолью азота минеральных соединений с помощью "М-покозало, что при малых дозах азота потребление последнего идет очень быстро и заканчивается еще до начала фазы бутонизации (табл. 2). При повышенных дозах растения потребляют связанный азот до формирования основной массы бобов. Так, в варианте с дозой азота 720 мт/сосуд (1970 г.) поглощение его к фазе бутонизации составило лишь 194 мг, или около 53% конечного выноса, в фазу цветения — 249 мг, или около 70%. и в фазу зеленых бобов достигло максимума. В среднем за два года процент усвоения азота при различных уровнях содержания его в питательной среде варьировал от 40,4—44,1 до 51,9.

Симбиотическое усвоение азота атмосферы, начинается раньше у растений, растущих, на низких дозах азота в питательной срсде. В фазу бутонизации количество его в этом варианте составило 22—29% общего накопления в растениях, тогда как при дозе 240 мг на сосуд лишь 7—12% и при дозе 720 м г— 4—5% (табл, 3), Наиболее интенсивно азот атмосферы усваивался фас^ыо, начиная от фазы цветения до фазы формирования'бобоз. Так, при различном содержании в питательной среде минерального азота доля азота атмосферы возрастала от фазы цветения к фазе формирования бобов с 41,9 до 01,1%; с 24,6 до 43,7 и с 12,8 до 19,6% (опыт 1969 года). Аналогичные данные получены в 1970 н 1971 гг. За весь период вегетации общий размер снмбиотрофного усвоения фасолью азота атмосферы в среднем за два года составил при дозе 120;мг/сосуд около 64%, при' дозе 240 мг— 55% и при дозе 720 около 18% общего выноса. Таким образом, заметное снижение абсолютного количества азота, фиксированного из воздухз, наблюдалось только при максимальной дозе его минеральных соединений в питательной среде (примерно 1,5 нор-

Динамика потребления фасолью азота из минеральны к соединений питательной среды

Год и доза азота, мг/cocyi 1969 г. 1970 г. Среднее за 2 года

Фаза ^ развития 120 2(0 720 120 2(0 720 120 -240 720

Бутонизация . . 31,5 90,6 203,9 59,0 94.6 194,5 40,7 07,1 201,7

26,2 41,5 29,0 41.7 39,1 27,0 33,9 40,4 28,0

46,8 115,3 323,0 05,6 219,5 48,5 105,4 280,2

39,0 48,0 44,9 41,8 ЗУ.8 34,5 40,4 43,9 39,7

Фрнированис бобов 47,2 1)5,7 330,3 50,3 93.3 365,8 48,7 105,5 348,0

39,3 4Я.2 45,8 41,9 33,7 50,9 40,6 43,4 ■ 48,3

Полная спелость . 46,6 119,7 3SS.4 50,5 Íf6,l 374,6 43,6 107,9 381,5

38,8 49,9 53,9 42,1 40,0 52,0 40,4 < 41,5 52,9

Примечание. В числителе приводятся данные потреблении ama в мг па сосуд, в знаменателе—» % от внесенного количества.

Таблица 3

Динамика усвоения растениями фасоли азота атмосферы при различном уровне обеспеченности минеральным азотом

Год и доза азота, м г/сосуд 1969 г. 1970 г. Среднее за 2 года

Фаза развития 120 210 720 120 240 720 120 240 720

Бутонизация . . . 42,2 23,0 17,4 34,0 13,6 13,3 28,1 18,8 15,4

29,6 12,7 5,8 22,0 7.8 4,8 24,4 10,2 5,3

Цветение..... 65,6 41,9 61,1 24,6 58,0 12,8 42.1 26.2 42,2 20,5 17.0 5.1 63,8 34,0 51,6 22,6 37,5 8,0

Формирование бобов 187,5 145,5 98,1 106,7 155,1 31,0 147,1 150,Î 64,6

61,1 43,7 19,6 47,4 48,7 6,7 54,2 46,2 13,2

260,3 305,5 149,0 166,9 157,2 63,8 213,6 231,4 106,4

68,7 61,4 24, î 58,5 48,9 12,6 63,6 55,2 18,5

Примечание. В числителе количество усвоенного азота в мг на сосуд; в знаменателе —в % от общего количества, накопленного растениями.

мы по смеси Прянишникова). При дозе, составляющей 1/2 нормы (240 мг азота на сосуд), размер симбиотрофного усвоения был таким же, как и при минимальной дозе.

3. Фракционный состав и локализация азотистых соединений в органах фасоли при литании азотом в симбиозе и автотрофно -

Выполненные нами исследования позволяют сделать вывод, что источник питания фасоли азотом оказывает существенное влияние не только на рост растений и общее накопление. азота, но и на соотношение белковых и небелковых азотистых соединений, накапливаемых в урожае. По мере прохождения фаз онтогенеза содержание отдельных форм азота в органах фасоли изменяется, В листьях растений, потреблявших азот минеральных соединений, в процессе роста снизилась концентрация как белкового (с 3,64 до 2,65%), так и небелкового азота (с 0,86 до 0,51%), поэтому отношение первого к последнему изменялось мало (табл. 4), В листьях же растений.

Таблица 4

Соотношение белкового н небелкового азота в органах фасолн в онтогенезе при симбиотрофном н автотрофиом питании азотом

(среднее за 1969, 1970 гг.)

Тип питания азотом

симбиотрофный автотрофный

Органы растений азот, % на сухое вещество отношение белковый азот, % на сухое вещество отношение белковый

белко- 1 небелковый вый азот : небелковый белковый небелковый азот : небелковый

Бутонизация

Листья 3,12 ! 0.38 8,2 3,64 0.86 4,2

Стебли 1,36 0,43 . 3,1 1.92 0,83 2,3

Корни 1,44 | 0,40 3,6 2.10 1,23 1.7

Цветение

Листья 2,58 0,47 5.5 2,78 0.69 4,0

Стебли 0,82 0.40 2,0 1,80 0,75 2,4

Корни 1,63 0,53 2.6 1,66 0,73 2,6

Формирование бобов

Листья 2,30 0,94 2,4 2.63 0.51 4.6

Стебли 0.80 0,74 1.1 0,76 0.80 1,0

Корни 1 1,53 0,34 4,5 2,00 0,49 4.2

Полк ая спелос ть

Зерно 2,98 0,58 5,0 3.36 0,72 4,7

которые питались преимущественно азотом атмосферы, концентрация белкового азота снижалась (с 3,12 до 2,30% ), а концентрация небелкового, наоборот, повышалась (с 0,38 до 0,94%). В связи с этим отношение их уменьшилось в 2 раза.

В период вегетации во всех органах фасоли в варианте с азотом минеральных соединений абсолютное содержание белкового и небелкового азота было более высоким по сравнению с растения ми-симбионтам и. Лучшая обеспеченность растений азотом минеральных соединений в первый период жизни способствует большему накоплению в зерне белкового и небелкового азота. При дозе 720 мг на сосуд в зерне содержалось 274 мт белкового азота, тогда как при дозе 120 мг — 188 м г.

Основная масса небелковых соединений азота в органах фасоли обоих типов питания представлена свободными аминокислотами. Содержание их в листьях и стеблях фасоли снм^ биотрофного типа питания в период вегетации повысилось от фазы бутонизации к фазе формирования бобов (в листьях с 326 до 862 мг, в стеблях с 370 до 692 мг на 100 г сухого вещества) и составило в среднем за два года в листьях 82—90% от суммы.небелкового и в стеблях 84—93% {табл. 5).

■Таблица 5

Состав небелковых азотистых соединений в органах фасоли при различных типах питания азотом (среднее за 2 года)

Органы растения Содержание азота s мг из 1 (X> г сухого вещества

Тип литания

симбиотрофный автотрофный

t

к £ и BJ së s S « £ Ж •= Й S« t- 1 R

S 2 S 3 = 3 x - S 3 x з S з E S

n» S о 3 A C4 S <a ас S X <9 Ж

Бутонизация

Листья Стебли Корни

4,7 4S.2 13,6- 326,5 5,* 63,6

0 36.6 22,7 370.7 9,5 172,1

3,6 37,3 10.2 348,9 21,7 156.2

56,8 ( 757.2 151.0 437,3 87,8 | 964.3

Цветение

Листья 6,7 56.0 18,7 388,1 9,8 66,5

Стебли 4.4 47,8 18,2 329,6 I 13,7 171,6

Корин 7,9 73,7 13,6 499,4 1 12,2 83,6

Формирование бобов

Листья 8.8 56,9 16,8 862,4 9,5 56,8

Стебли 8.9' 31,3 12,2 692,6 14,9 56.2

Корни 17,8 46,4 ■ 32.3 238,4 12,2 Зв,2

30,6 83.0 54.6

10,4 36,0 49,4

588,1 481,6 579.6

438,0 692.8 390.2

При автотрофном типе питания содержание свободных аминокислот в листьях и корнях фасоли было максимальным

ю

в первый период.развития н снизилось к фазе формирования бобов. Доля аминокислот в сумме небелковых соединений в стеблях растений этого типа питания значительно ниже, чем в стеблях растений* усваивающих, в основном азот из атмосферы (69,4—64,6%).

В тканях растений фасоли обоих типов питания содержится незначительное количество аммиачного азота. Причем в листьях, стеблях и .корнях растений, потребляющих азот атмосферы, количество его повышалось в процессе вегетации и достигло максимума в фазу формирования бобов. В'листьях и стеблях фасоли, усваивающей минеральный азот,, количество аммиачного азота возрастало лишь до фазы цветения, в корнях максимальное содержание его было в фазу бутонизации.

При симбиотрофиом типе питания фасоли основное количество ампдного азота накапливается в листьях, тогда,как.при автотрофном усвоении большее количество амидов накапливается в стеблях, причем это особенно заметно в первый период вегетации.

Во всех органах фасоли как при симбиотрофном, так и при автотрофном типе питания накапливается определенное количество нитратного азота. Количество его хотя и меньше по сравнению с амидами, но в несколько раз превышает, содержание аммиачного азота. Накапливаются нитраты в основном в стеблях растений и в процессе вегетации содержание их уменьшается.

Питание фасоли азотом различных источников оказывает влияние также и на фракционный состав белковых соединений зерна (табл. 6).

Таблица 6

Фракционный состав белков зерна фасоли при различной обеспеченности-ее минеральным азотом -фракций в % от N белка)

SL Р

. О

я Я О

йьч

о с _

f-í "

R ч я

Со дер-жанне белкового азота, %

буыи-ны

Азот Фракии^ в от азота белка

легко-раствори

глобулины, извлек. КС1

сумма глобулинов

глюгс-лнны

азот нерастворимого остатка

Среднее за 1969—1970 гг.

120 2.08 16.8 29.3 24,2 53.5 23,4 4.4

240 3,20 15.8 31.8 23.3 53,1 2М ; ' 4,8

720 3,36 16,0 27,5 23,8 51.3 24,5 ¡ 8,0

1971 г.

50 2,26 22,6 29,6 22.1 51.7 21,8 0.9

250 2,93 20,1 33,4 20,5 53,9 20.5 5.5

750 3,36 19.0 27,1 22,6 49,7 1 23.2 7,5

И

При высокой обеспеченности фасоли азотом минеральных соединений снизилось содержание водорастворимых и щелоче-рзстворпмых фракций-белка, но значительно больше накапливалось азота нерастворимого остатка, В составе белков зерна фасоли преимущественно симбиотрофного типа питания альбумины составили 16,8—22,6%, легкорастворимые глобулины— 29,3—29,6%, глобулины, извлекаемые раствором KCl, — 22,1 — 24,2%, глютелины — 24,8—25,4% и азот нерастворимого остатка— 0,9—1,4%. При автотрофном питании содержание этих фракций было равным соответственно 16,0—19,6%; 27,5—27,1; 22,6—23,8; 23,2—24,5 и 7,5 — 8,0%, При усвоении растениями фасоли азота и минеральных соединений и молекулярного (при дозе, составляющей примерно половину выноса с урожаем, 240—250 мг на сосуд) заметно повысилось содержание водорастворимых глобулинов. Сумма водо- и солерастворимых белков была не ниже, чем при симбиотрофном питании растений, и составила 70—74% от суммы белков.

Применение в качестве источника питания минерального азота, меченного 1SN, позволило выявить, что при умеренных дозах последний включается в большей степени в фракцию легкорастворимых глобулинов, тогда -как при повышенном обеспечении растений фасоли связанным азотом он в большей степени расходуется на синтез глобулинов, извлекаемых раствором KCl, щелочерастворимых белков и нерастворимого остатка.

Определение аминокислотного состава суммарных белков зерна фасоли, усваивающей азот из различных источников, показало отсутствие существенных различий в качественном и количественном содержании аминокислот.

4. Превращение н;реутилизация меченых фракций азотистых соединений семян фасоли при прорастании

Результаты наших исследований показали, что при прорастании семян, полученных с растений фасоли симбиотрофного типа питания (I вариант), запасные вещества семядолей распадаются более интенсивно по сравнению с семенами растений, питающихся преимущественно азотом минеральных соединений (II вариант). Так, через 15 дней от начала прорастания семян вес семядолей в I варианте составлял 25%, а во II варианте 33,3% от веса исходных семян.

В содержании общего азота (табл. 7) в отдельных частях 15-дневных проростков обоих вариантов наблюдается общая закономерность. В корнях проростков абсолютное содержание азота составило около 12% от общей суммы. 1/3 всех азотистых соединений из семядолей поступает в под семядольную часть стебля (195,6 и 181,6 мт из 598,1 и 586,6 мг). В листья

Распределение азотистых соединений а 15-дневных проростках, выращенных из семян фасоли с различным.типом питания азотом

(семена урожая 3970 года)

Части проростков

Форма азотистых соединений А

* э О „ V £ 1' А Н* у Ж « » О в1 сг о >С о я <-> с X и « . Е О.

К = ё и ^ 2 о

Снмбиотрофный тип питания

О&щнй

Белковый

Небелковый.......

В т ч.: зммиачный.....

амидный .....

нитратный.....

свободные аминокислоты

3.69 4.16 7,27 6,35 3.74

612,2 171-3 153,4 193,6 74,8

3.07 2.39 '4,29 1.39 1.76-

512,7 100,1 00,5 42,» 33,2

0.62 1,77 2,98 4.96 1.63

103.5 74,2 62.4 153.2 39.2

__ 0.10 0,10 0,70 0,01

— 2,50 2.56' 11,48 2.66

— 0,75 0,71 9.08 0.95

70,89 59,49 131,54 35,6

Автотрофный тип питании

Общий

Белковый

Небелковый

т ч.: аммиачным.....

амндный .....

нитратный ..... свободные аминокислоты

4,2! 3,67 6,58 6.75 3.51

597,8 173,6 157,3 181,6 74,1

3.45 2.24 2,43 1.52 2,05

489,У 105.У 58,1 40Л 43.2

0.76 1.43 4.15 5,25 1,46

107,У 67,7 УУ.2 140,2 30,У

_ 0,16 0,17 1,39 0,13

— 4,56 2,47 15,86 1,55

— 0.58 0.66 8,89 0,79

62.4 35,9 114,7 28,1

268.6

329,5

0,91 19,2

11,49 297,50

586.6

213,1

338,3

1.85 21,44 10,92 201,3

Примечания: 1. Содержание общего азота, белкового и небелкового приводится в % на сухое аешество (числитель) к в мг на 50 проростков (знаменатель), 2. Содержание отдельны)

„одер жанне

50 проростков.

отдельных форм небелкового азота — в мг на

фасоли обоих вариантов поступило из семядолей 26% всех азотистых веществ. В семядолях 15-дневных проростков фасоли оставалось еще 29% азота от первоначального содержания его в исходных семенах, что свидетельствует о сравнитель-

но медленном темпе мобилизации азота запасных белков в семенах при прорзстании.

Через 15 дней от начала проращивания содержание белкового азота в семядолях семянфасоли уменьшилось приблизительно в два раза, а содержание небелковых соединений увеличилось в три раза по сравнению с »сходными семенами.

Максимальная концентрация небелкового азота и наиболее зысокос абсолютное содержание его наблюдались в подсемя-дольной части стебля, где он составлял 46,4% (I вариант) и 41,0% (II вариант) ог общего азота. 90% от суммы небелкового азота составляли свободные аминокислоты. Причем 81 — 86% их так же, как и большая часть остальных форм азога (аммиачного, амидного и нитратного), локализована в под-семядольной части стебля.

В распределении белкового и небелкового азота по органам ростка разных вариантов имеются некоторые различия. Относительное и абсолютное содержание белкового азота в листьях ростков I варианта значительно выше, а небелкового значительно ниже по сравнению с содержанием этих величин в листьях II варианта.

Исследования с меченым азотом показали, что азот минеральных соединений, усвоенный растениями фасоли в период вегетации и накопленный в семенах, при распаде запасных азотистых соединений в процессе прорастания семян распределяется по всем частям проросткоз одинаково.

Выводы

1. Проведенные исследования показали, что растения фасоли, инокулирозанные активными расами клубеньковых бактерий, лучше растут и больше накапливают в урожае сухих веществ и азота при повышенной обеспеченности их с начала развития доступными формами минерального азота (от 0,5 до 1,5 нормы по питательной смеси Прянишникова). При низком содержании минерального азота в питательной среде фасоль хотя и восполняет дефицит азота за счет поглощения его из атмосферы, но не в такой степени, чтобы обеспечить формирование повышенного урожая.

Подкормка фасоли азотным удобрением в фазу бутонизации способствует повышению накопления азота во всех ее органах, а в вариантах с низкими дозами допосевного внесения— н в урожае зерна.

2. При малых и средних дозах допосезного внесения основное количество азота минеральных соединений усваивается растениями еще в ранний период развития (до фазы бутонизации) и составляет в среднем 40% от внесенного количества. При высоких дозах азот используется фасолЬю в течение бо-

лее длительного времени. Коэффициент усвоения азота в этом случае достигает 50%. Усвоение азота из подкормки идет более интенсивно, чем при внесении его до посева (коэффициент усвоения достигает 70%).

3. Усвоение фасолью атмосферного азота отмечено при всех изучавшихся уровнях обеспеченности минеральным азотом. На низком фоне минерального азота этот процесс, начинался раньше и количество азота, фиксированного из атмосферы, составляло 63—69% общего накопления. При средних дозах азотного удобрения (1/2—1/3 от полной нормы) абсолютный размер усвоения азота из атмосферы оставался практически таким же, как и в первом варианте, но общий вынос азота с урожаем увеличивался на- 25—30% благодаря усвоению азота удобрения. При высоких дозах минерального азота (около 1,5 нормы) размер сим биотической азотфиксации снижался до 20—24%, хотя общий вынос азота был наиболее высоким.

4. Накопление азотистых веществ в инокулированных растениях фасоли, располагавших значительными количествами доступного азота с начала развития, происходит интенсивнее, чем у растений, питающихся преимущественно снмбио-трофно. при низких дозах минерального азота в питательной среде. При этом доля белковых соединений в обшем содержании азотистых веществ в растении не снижается, что приводит к увеличению общего выхода белка при использовании растениями одновременно обоих источников азотного питания.

5. Фракционный состав белков в зерне фасоли мало изменялся от типа питания азотом. При доминировании автотроф* ного типа усвоения азота из минеральных соединений несколько возрастает содержание груднорастворнмых белков по сравнению с зерном растений, питавшихся преимущественно азотом атмосферы.

Аминокислотный состав суммарных белков зерна фасоли не зависел от того, из какого источника «растения усваивали азот.

6. Содержание небелковых соединений азота выше в растениях, питавшихся минеральным азотом. Однако соотношение их с белковым азотом сравнительно высоко только в первой половине вегетации, затем оно снижается.

7. Основная масса небелкового азота в растениях обоих типов питания представлена свободными аминокислотами, хотя динамика накопления последних в процессе онтогенеза неодинакова, При усвоении фасолью азота преимущественно нз атмосферы содержание аминокислот в листьях и стеблях повышается от фазы бутонизации к фазе формирования бобов н составляет 83—94% от суммы всех небелковых соединений. При выращивании фасоли на средах с высоким содержанием

минерального азота, количество свободных аминокислот было наибольшим в первые фазы развития.

8. В тканях растений обоих типов питания в составе небелковых соединений отмечено наличие аммиачной, амидной и нитратной форм азота. Содержание нитратного азота значительно выше в растениях, усваивающих азот из минеральных соединений, чем у симбионтов. Максимальное количество его отмечено в стеблях.

9. Степень обеспеченности фасоли азотом оказывает влияние на превращение накопленных запасных веществ при прорастании. Запасные вещества семядолей семян, сформировавшихся на растениях, питавшихся азотом атмосферы, быстрее подвергаются гидролизу и использованию на рост проростков, чем у растений, усваивающих в период вегетации главным образом минеральные соединения азота.

10. Установлено, что наибольшая часть всех азотистых веществ семядолей семян фасоли при прорастании поступает в под сем я дольную часть стебля (около 32% от общего азота ростка). Содержание азота в корнях проростков составляло 12-13%.

Среди небелковых фракций азотистых соединений, накапливающихся в 15-дневных ростках фасоли, основную часть составляют аминокислоты, но присутствует также аммиак, амиды и нитраты. Содержание последних наиболее высоко в подсемядольной части стебля, составляя 3—4% от суммы небелкового и 30—36%' от суммы аммиачного, амидного и нитратного.

11. Распределение белкозого и небелкового азота по органам и частям проростков {корни, подсемядольная часть стебля, семядоли и листья), выращиваемых из семян растений различного типа питания азотом, заметно различается. Содержание белкового азота в листьях проростков фасоли, полученных из семян растений автотрофного типа питания, значительно ниже, а содержание небелкового азота — выше, чем у проростков, выращенных из семян растений, питавшихся преимущественно за счет симбиоза.

' По материалам диссертации опубликованы работы:

1. Усвоение фасолью азота из минеральных удобрений и атмосферы. «Известия ТСХЛ*. .\*з 6, 1972.

2. Азотистые вещества фасоли при питании свободным и связанным азотом. «Известия ТСХЛ», Л*а 3, 1973.

Обьем 1 п, д.

Заказ 135.

Тира ж 150

Типография Московской с.-х. екздемии им, К. Л. Тимирязева 125008, Москва А-8, Тимирязевская ул., 44