Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЦИНКА, МЕДИ, МОЛИБДЕНА И КОБАЛЬТА НА СИМБИОТИЧЕСКУЮ ФИКСАЦИЮ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА АТМОСФЕРЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОИ И ЛЮЦЕРНЫ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЦИНКА, МЕДИ, МОЛИБДЕНА И КОБАЛЬТА НА СИМБИОТИЧЕСКУЮ ФИКСАЦИЮ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА АТМОСФЕРЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОИ И ЛЮЦЕРНЫ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЦИНКА, МЕДИ, МОЛИБДЕНА И КОБАЛЬТА НА СИМБИОТИЧЕСКУЮ ФИКСАЦИЮ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА АТМОСФЕРЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОИ И ЛЮЦЕРНЫ

На правах рукописи

ЗАХАРОВА Ирина Геннадиевна

УДК 631.461.5: 831.81-096.337

Специальность — 06.01.04 — агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1985

Работа выполнена в Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К- А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Б. А, Ягодин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Г. С. Посыпанов, кандидат биологических наук, доцент А. А. Собачкнк.

Ведущее учреждение — Центральный институт агрохимического обслуживания (ЦИНАО).

Защита диссертации состоится 1& /ИО^^Ь» Чг . 1985 года

.¿г**

в , .часов на заседании Специализированного совета

Д 120.35.02 при Московской сельскохозяйственной академии имени К- А. Тимирязева. Адрес: 127550, г, Москва, Тимирязевская ул., д. 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан. . 1985 года.

Ученый секретарь Специализированного совета —

кандидат биологических наук, доцент Л. А. Дорожкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Продовольственной программе, принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС, в решениях XXV и XXVI съездов КПСС и последующих Пленумов подчеркнута необходимость укрепления кормовой базы животноводства на основе широкой химизации сельскохозяйственного производства.

В X! и XII пятилетках намечается расширение посевов бобовых культур, которым принадлежит весьма важная роль в решении проблемы растительного белка. Как известно, люцерна — один из лучших фиксаторов молекулярного азота; Ее зеленая масса является высококачественным белковым кормом для всех видов сельскохозяйственных животных. В последние годы большое внимание в научных исследованиях стало уделяться различным аспектам минерального питания сои и, в частности, значению в нем микроэлементов. Получение максимально высоких урожаев бобовых культур хорошего качества неразрывно связано с правильным, сбалансированным питанием растений ма'кро- и микроэлементами. Применение микроэлементов улучшает процесс азотфиксашш, поскольку фиксация молекулярного азота в клубеньках бобовых культур зависит от комплекса микроэлементов, входящих в состав различных ферментов (Пейве, 1964, Пейве, 1968, Пейве, 1971, Ягодин, 1970, Ро81га1е, 1971, Жизневская, 1972, Пейве, 1980). В связи с этим исключительное значение имеет изучение действия определенных микроэлементов на процесс симбиотнче-ской фиксации молекулярного азота различными бобовыми культурами в целях улучшения питания их за счет азота атмосферы, что позволит включить в биологический круговорот дополнительное количество азота, недоступного для других сельскохозяйственных культур.

Цель и задачи исследований. В настоящей работе была поставлена цель изучить влияние микроэлементов цинка, меди, молибдена и кобальта на продуктивность и азотфиксируюшую активность сои и люцерны. Исходя из цели, были намечены-следующие задачи: ... --

Определить количество поступивших в семена СОК Я ЛКУ дерны микроэлементов в процессе их шестичасового замачивания в соответствующих растворах и, таким образом, их содержание в семенах перед посевом.

2. Изучить влияние предпосевной обработки семян сои и люцерны растворами исследуемых микроэлементов на величину урожая и на количественное соотношение минерального азота и азота атмосферы в надземной массе и корнях растений на разных уровнях азотного питания.

3. Определить суточную активность азот фиксации и ее динамику у опытных растении и изменение содержания леггемо-глобина в клубеньках по вариантам и по фазам, поскольку данные показатели тесно связаны с количеством фиксированного азота и с продуктивностью растений.

4. Выяснить характер распределения элементов минерального питания по органам растений и их накопление под влиянием обработки семян микроэлементами.

Научная новизна исследований. В опытах с соей и люцерной в песчаной культуре с использованием стабильного изотопа ,5Ы было показано, что применение микроэлементов значительно увеличивает общее потребление азота н количество фиксированного азота у растений, способствуя повышению активности нитрогеназной системы^ Исследована суточная динамика активности нитрогеназного комплекса растений сои и лювдрны при помощи ацетиленового метода (классический метод «колпаков» Баландро и Доммерга), При изучении суточной динамики активности озотфнксацин обнаружена четкая ее зависимость от применения микроэлементов и условий дневной освещенности на протяжении эксперимента. Показано соответствие двух методов определения нитрогеназной активности растений: при -применении цинка и меди у сои и кобальта у люцерны обнаружено максимальное количество фиксированного азота, учитываемое при помощи стабильного изотопа 15!М, и более высокая активность нитрогеназной системы, определяемая ацетиленовым методом. Прослежена динамика; концентрации леггемоглобнна в клубеньках опытных растений в онтогенезе и ее зависимость от применения изучаемых микроэлементов. Полученные результаты позволили выяснить взаимосвязь дополнительного обеспечения растений микроэлементами, а также уровня минерального азотного питания сои и люцерны с размерами снчбиотической азотфнксации и концентрации леггемоглобнна в клубеньках.

Практическая ценность работы. Дополнительное обеспечение растений сон и люцерны микроэлементами путем предпосевной обработки семян позволило увеличить накопление общей биомассы растений в полевом опыте на 8—18%, а в вегетационных— на 7—36%, количество биологически связанно- о

го азота — на II—58%, нитрогеназную активность растении — в 1,2—2,5 раза, концентрацию леггемоглобина в клубеньках — в 1,4—2 раза. При возрастании интенсивности процесса азот-фнксации как на протяжении всего вегетационного периода, так и в течение суток, а также увеличении концентрации и длительности активного функционирования леггемоглобнна в клубеньках представляется возможным обеспечить высокую продуктивность растении люцерны и сои при минимальных затратах минерального азотного удобрения.

Апробация работы. Результаты докладывались на конференциях молодых ученых ТСХА в 1981 и 1982 годах и на Всесоюзном совещании в г. Пущи но (1982 год). Основные положения диссертационной работы опубликованы в трех статьях.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста (-без списка литературы и приложений), состоит из введения, обзора литературы, 6 глав экспериментальной части и выводов. Диссертация содержит 35" таблиц, 3 рисунков, у <Э таблиц приложений. В списке литературы наименований, в том числе ¡4*?- на иностранном языке, З-5**

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методы исследований. В 1979—1983 годах были проведены лабораторные исследования, 4 вегетационных опыта: один в почвенной культуре и три в песчаной культуре-с люцерной сорта Северная гибридная, 4 вегетационных опы-■ та в песчаной культуре и один полевой мелкоделяиочиый с культурой сои сортов Быстрица (опыт 1980 года) и Амурская 41 (опыты 1981, 1982 н 1983 гг.). Вегетационные опыты закладывались в вегетационном домике кафедры агрономической и биологической химии, а полевой — на селекцнонно-генетиче-. ской станцин ТСХА. Семена опытных культур перед посевом инокулировалнсь активными штаммами клубеньковых бактерий: 646 а — для сои и 441 а — для люцерны. Растения выра--щивались в кварцевом песке в сосудах Вагнера емкостью 6 кг. Схемы опытов предусматривали изучение действия следующих, микроэлементов: цинка, меди и молибдена — для сои, молибдена и кобальта — для люцерны. В вегетационных опытах использовалась полная питательная смесь (ППС), составленная в результате анализа большого количества питательных смесей л содержащая питательные элементы в следующих количествах (мг/кг песка): N-40-(60); Р — 105; К —260; Са— 200: — 105; Ие—14; Си — 0,05; 2п — 0,1; Мп — 0,6; Мо — 0,1; Со — 0,03; В — 0,5. В опытах 1981 года норма азота составляла 40 мг/кг песка, в опытах 1980 и 1982 годов —60 мг/кг песка. В-1983 году в вегетационном опыте с культурой люцерны азот вносился в количестве 40 мг/кг песка, а с культурой'

-з

сои — в количестве 60 мг/кг песка. Количество остальных элементов на протяжении всех лет исследований оставалось без изменении. Агрохимическая характеристика почв опытного участка полевого опыта и вегетационного опыта представлена в таблице 1 (соответственно числитель — знаменатель). Полив проводили дистиллированной водой но весу 60% от полной влагоемкостн. В каждом сосуде оставляли по 4—5 растений. Наблюдения в онтогенезе осуществляли по следующим фенологическим фазам: бутонизация, цветение и образование зеленых бобов. Содержание общего азота определяли по методу Къельдаля, фосфора—колориметрически, калия и золь-'ных элементов—'атомно-абсорбционным методом на приборе «Регкт-Е1тег». Изотопный состав азота определили на масс-спектрометре МИ-1305. Сим биотически фиксированный азот рассчитывали как разницу между общим содержанием азота II азота, поступившего в растение из удобрения. Суточную динамику нитрогеназнон активности растений определяли ацетиленовым методом: растения пометались под полиэтиленовый герметичный колпак, оборудованный специальным устройством для отбора газовых проб, в которых определялась концентрация этилена на газовом хроматографе «Хром-42». Леггемоглобин выделяли из свежих клубеньков методом абсорбционной хроматографии на колонках окиси алюминия. Урожайные данные оценивали статистически с помощью дисперсионного анализа на электронно-вычислительной машине марки «Агат».

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почв опытного участка (палевоЛ опит Ю&2 гола) и вегетационного опыта 1979 года (соответственно: числитель — знаменатель)

Гумус, ■% рН(КС1) Рі0і (мг> 100 г по Кирсанову 1 Ю0 г по.МзсловоЛ 2(1 Н. кг МоН. кг Со — кг

' 2,26 * 6,1 27,0 12,8 0,5 0,!5 0,20

1,93 6,5 15.0 25,0 2,0

* Почвы дерцоэо-подюлистие, средпесугліш ист ые,

Результаты исследований

1. Действие предпосевной обработки семян микроэлементами на их концентрацию в семенах перед посевом и иа накопление сухой массы растении. 4

Перед закладкой опытов решалась задача определения наиболее эффективных концентраций растворов микроэлементов для предпосевной обработки семян. Были выбраны следующие концентрашгн, положительно влияющие на всхожесть и энергию прорастания семян опытных культур: 0,05% растворы сульфата цинка и молнбдата аммония и 0,02% растворы сульфата меди и сульфата кобальта. Установлено, что шести' часовое замачивание в растворах соответствующих микроэлементов увеличивало содержание в семенах сои цинка — в 14 раз, меди —в 9 раз, молибдена — в 12 раз. В семенах люцерны содержание молибдена возросло в 28 раз, а содержание кобальта — в 170 раз (табл. 2). Такое значительное изменение содержания микроэлементов в семенах перед посевом не могло не отразиться на последующем развитии растений и вызвало резкие изменения в ряде процессов, происходящих в растениях на протяжении вегетационного периода.

.Таблица 2

Содержание микроэлементов в семенах сои и люцерны ,

(мг/кг сулих семян)

Псслс-дуемий растпор для замачивания ссмяп СОЯ ЛЮЦЕРНА .

2п Си Д1о Л1о Со

Дистиллированная пода 27,6 11,4 43,0 25, Б 1,8

Сульфат щшка, 0,03% 396,2 — _ — —

Сульфат меди, 0,027) .... — 101,0 _ —

Молнбдаг аммония, О.ОД% — — 257,0 700,0 __

Сульфат кобальта, 0,02% , *—■ - 311,8

Одна из важнейших задач данных исследований — изучение влияния предпосевной обработки семян сои и люцерны микроэлементами на накопление сухой массы растений. Анализ результатов показал, что применение микроэлементов на полноценном по всем элементам питания агрофоне'в вегетационных опытах оказывает положительное действие на накопление сухой массы растений. В условиях полевого опыта (табл. 3) наиболее существенные прибавки урожая надземной массы и корней в фазу зеленых бобов получены при обработке семян сон молибденом, а бобов — при обработке цинком.

Сопоставление результатов вегетационных опытов 1980, 1981, 1982 и 1983 годов показало, что обработка семян сои микроэлементами на фоне полноценного питания приводила к достоверному увеличению урожая как надземной массы, так и корней. В опыте 1982 года лучшее действие на накопление сухой массы растений оказала обработка семян медью; в опытах 1980 к 1983 годов —медью и молибденом. В опыте 1981 года,.

Т а <3 л к ц а 3

Сухая масса сон (г/10 м1), числитель — надземная масса, знаменатель — корни *

Варианты

фаза Су-тоннза-шш

фаза зеленых бобоз

боби, фаза зел. бобо о

обшая биомасса

Фон Р№Км .......

Фон + обработка . семян цинком

Фон + обработка семян молибденом ... * ... ,

НСРо:

636

162 666

23

2197 309 0254

29

103 ■172 14.0 19

2609 27-16 2014

Азотные удобрення ие вносились.

когда с питательной смесью было внесено 40 мг азота на кг песка, большее накопление сухой массы надземной части и корней отмечено в варианте с обработкой семян цинком.

Таблица 4

Сухая масса сои (вегетационные опыты 1960, 1981, 1082 и 1983 годов). Числитель — надземная масса (с бобами в фазу зеленых бобов, знаменатель — корпи с клубеньками), г/сосуд

іВарнанш 19Э0г. 4951 г. - 1982 г. 11-933 г.

в « £ о •9- я ьГ ¡3 І' а П >. ҐІ ■С'З а т « гд я . Я ¡г я •©■о Я ^ ~ СО И а п « -9- и о " 5 о •Э-оО

ППС—полная пн-гат, смесь ППС + обра б, се. мян цинком ППС + обраб. се-■ мян медью ППС + обраб. се- мян молибденоч НСРМ 33.3 9.4 14.6 6.2 18.7 23.2 11.6 28.7

¿,6 3<Х4 2,1 10,8 3,2 17,2 '1.8 8.0 3.6 20,4 6,4 27.4 3.3 14.8 7,1 31.2

9.3 38.3 4.4 1.1,2 6.0 16.0 2,6 8.2 5,9 21Л 7,8 £9,6 4,5 14.0 7,5 35.7

7.» 35.3 У;1 2,60 3,9 М,0 3,5 0,84 5;1 14.8 2,5 7.9 ■ 6.4 18,6 8,9 26.5 4,2 14.2 8,9 35.1

4,5 ІІ.30 2,6 0.98 5.4 МО 8,2 2.00 4,2 1,77 8,9 2.7

0.93 0,34 0.82 0,70 1,00 1,17 0,68 1,58

Обработка семян сои микроэлементами способствует уменьшению отношения надземной массы к корням, что является показателем-лучшего развития корневой системы, наряду с увеличением надземной массы. Обработка семян медью в боль- 6

шей степени способствует возрастанию надземной массы соц по отношению к контролю, а обработка семян цинком умень* шает отношение надземной массы к корням, увеличивая массу корневой системы.

Результаты опытов 1981, 1982 и 1983 годов с люцерной показывают, что растения, выросшие нз семян, обработанных кобальтом, во все годы исследований накапливали значительно большую биомассу, чем растения других вариантов (табл. Г»),

Таблица 3

Сухая масса люцерны {вегетанионнио опыты 1981, 1982 и 1933 годов). Числитель — надземная масса, знаменатель — корни, г/сосуд

Варианты 1$«1 г. 1082 г. 1983 г.

Я§ К ~ ^ ^ я -е-ча - 3 4-8 Я § Я " □ 5 1 а ■в-.Я ^ ЕС «ЗО 5 сї о 2 £ -е-и « г з аё« •е-ЯЗ

ППС— полная пптат* смссь ППС + обраб. семян моли б лої см ППС -г обраб. семян ко-бальточ НСР« 10.4 11.4 3.2 11.2 12.2 8.2 11,9

3,5 0,6 9.7 10,2 1,2 5,0 7.1 15.2 7,4 16.6 3.0 8.3 9,3 12,0

4,-1 10,1 11,3 12.« 2.1 4.0 9.1 12,0 9,5 16.4 3,4 11.8 10,0 15,4

4.7 1.00 10,8 1.1Й ,1,6 0.39 8.3 1.48 10,2 0.84 3,0 1 07 11,2 1,19

0,11 1,10 0,3о 0,43 0,93 1,18 1.17

Обработка семян кобальтом способствует усиленному росту вегетативной массы люцерны одновременно с корнями; в связи с этим не снижается их соотношение. Обработка семян молибденом на фоке полноценного питания способствовала большему накоплению общей биомассы растений также во все годы проведения экспериментов. В опытах 1981 и 1983 годов, когда с питательной смесью было внесено 10 мг азота на кг леска, обработка семян кобальтом увеличивала надземную массу люиерны в большей степени, чем обработка семян молибденом, а в опыте 1982 года (60 мг азота на кг песка) лучшее действие на накопление надземном массы оказала обработка семян молибденом. По отношению к накоплению корневой массы такой закономерности не обнаружено,

2. Действие микроэлементов на потребление минерального азота и азота атмосферы растениями сон и люцерны.

Известно, что микроэлементы оказывают многостороннее влияние на процессы, происходящие в растениях, и, в частности, на количество поступившего в растения азота, а также на процесс снмбнотической азот фиксации. В связи с этим- нами

изучалось влияние применяемых для предпосевного замачивания семян микроэлементов на общее поступление н количественное соотношение биологического п минерального азота, накопленного растениями п процессе вегетации.

Результаты полевого опыта показывают (табл. 6), что обработка семян молибденом повысила потребление азота соей, а обработка семян цинком увеличила количество азота в бобах. Суммарное потребление азота было максимальным у растении, выросших из семян, обработанных молибденом.

Таблица 6

Потребление азота соей (полевой опыт 1532 года), г/10м!. Числитель — надземная масса, знаменатель — корни (с клубенькам н)

Варианты ,Фаза бу-і тониза-І Ш11І Фаза зелених Бобов ВоСи, фаза зел, бобот* Суті, в фазу зел. Лобов

Фон РмКэо • • • > > і . 20 79 4 90 87

Фон + обраб. сем. цинком 4 15 4 7 74 а 5

Фон + обр, се«, молибденом . 21 3 89 9 о 103

НСРс«........ 3 в 1

о 2

Для определения количественного соотношения биологического и минерального азота* поступившего в растения в процессе вегетации, в опытах применялась меченная стабильным изотопом азота ^ кальциевая селитра с исходным обогащением от 10 до 25 ат.% в различные годы исследований. Показано, что предпосевная обработка семян кобальтом способствовала увеличению общего потребления азота и количества фиксированного азота у растений люцерны во все годы проведения экспериментов (табл. 7). В опыте 1981 года, когда с питательной смесью было внесено 40 мг азота на кг песка, доля фиксированного азота у люцерны составляла 72—74% от общего потребления, а в опыте 1982 года, на фоне 60 мг минерального азота на кг песка, доля фиксированного азота составляла 58—60%, но при этом не снижалось абсолютное количество фиксированного азота.

Предпосевная обработка семян сон всеми исследуемыми микроэлементами увеличивала общее потребление азота и количество фиксированного азога из атмосферы. На фоне 40 мг минерального азога на кг песка доля азота, фиксированного из атмосферы, составляла 67—72%, а на фоне 60 мг/кг — 83— 87% от общего его потребления (табл. 8).

LO -

.30 ..

10

■ .e:

Лтхвмоетъ ; ■ ft

J* фаза цветения

/ V . .

- ! \ : Д

; .. ■ V . / \

■ Vv ; . v. ./ \

« + . J Л *

'.V^X^y..:,. ...

■-V

тїшттт^ і /

/ * ;. \

г. \

V

Ч' - , ? V-Ï .13\ I7V . r v ; 1 . 6 ч, - : 9

л', Влраавп ' І«ШС-"полная витателн»я сиес¿i... ^ї*!** °УТО*- ;

; -V ' :2-ППС+о0работка сехян калийденои. -- ■

, Р*аг1»Суточнад дннаживл ютрогеназаой ахпшюстя авцорм У '7 «моль С^^растаючв х ІО^/.Евгвтациоілшй om*rI982 (ч»да,пвеча~;.

200 ¿Активность

150.

100

60

фаза цветения

-4-

Въ-ШТМс

10 ч. 13 ч. 16 ч. 19 ч. 22 ч. 6 ч. 10 ч,.

Варианты I- «ои-,УРК-уИ/-Б0»ЯС- по 200 мг/жг почв* /. су*°в

2- 4онт+моли(5двм в почву.

3- ^онз+молмбдея- обработка СвМЯК.

4- ^юкр+юбадьт в почву., 6- Фйн^+аойадьт- обработка свиян.

Рио.2. Суточная дниашлса нитрогенааноВ ажтдонооте лпмрш

/вдоль ОЛШраетенив х /, мгвтшшонны* отя 1979 года,

Активность 2

г*с.Э. Суточная динамика нитрогеназной активности сои / тюль С^Н^ растение х 10"^/,

\\ вегетационный опит 1982 года, песчаная культура.

1-ППС- полная питательная смесь.

2-ППС+обработка семян цинком.

3-ЩС+оС работка семян иодью.

4-ЛЛС+обработка семян молибденом.

9 ч.

13 ч. 17 ч. фаза цветения

21 ч.

Гч.~ 5'ч. 9 Ч Время суток

il S—ÎS

SSM

Si£

: ЇЗДО г„ 1981 r. ISÛ2 r, 1982 г

' ' - , ПОЛв».

„V , $аза цветокяа

I960 р;1 IS8I р; І0С2 г. . 1902 Г.

:.'.•'■*■ R0JMB,

,фваа змадшхЙоСоа • . в™?*.

Прииотаяив * В ввготацтоанызс' ояйтах- , ППС, в ^ножевом опыте- воя Рад^ ' *- "-

Таблица 7

Влияние обработки семян молибденом и кобальтом, на соотношение биологического и минерального азота у люцерны (фаза зеленых бобов)

Варианты вег. опыт 1981 года вег, опит 1982 года

азот, мг/сосуд и о** азот, -мг/сосуд ё •&0 о

общий £ л о' К -е- ■я о сі « п •е-

ГШ С—полная пит.

смесь Зоб 90 237 72. 521 220 301 58

ГІПС + обраб. се-

мян мол Членом 290 75 215 74 694 285 409 59

ІШС + обраб. се-

мяк кобальтом 366 100 266 73 6Є8 265 403 60 .

.Таблица 8

Влияние обработки семян цинком, медью и молибденом на соотношение биологического и минерального азота у сои (фаза зеленых бобов)

Варианты вег. опыт :19ЭГ года вег. олыт .1932 года

азот , мг/сосуд У о Й3* азот, мг/сосуд •ё-ю

I Сь щ о к и X ,3; я а ТО О сі. I >» І

ППС— полная тп

смесь 334 118 256 67 748 129 619 83

ППС + обраб. се«.

цинком 494 137 337 72 899 131 768 86

ППС обраб, сем>

медью 425 120 303 72 1009 131 878 87

ППС + обраб. сем.

молибден о и 371 ■101 267 72 1066 178 888 83

3, Зависимость азотфиксируюшей активности и ее суточной динамики у сои и люцерны от действия микроэлементов.

Резкое изменение содержания микроэлементов в семенах перед посевом оказало значительное влияние на процесс азот-фнксапни и его активность не только на протяжении всего вегетационного периода, но и в течение суток.

Для оценки интенсивности использования азота атмосферы изучалась суточная динамика азотфиксашш у люцерны и сон и зависимость ее активности от действия изучаемых микроэлементов. Активность нитрогеназного комплекса у опытных растений определялась ацетиленовым методом. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в песчаной культуре во

о

-всех проведенных опытах и во все исследуемые фазы_развития 'растений .лучшее действие .на азотфикенруюшую активность люцерны оказала обработка семян кобальтом (рис. 1), Обработка семян молибденом также способствовала значительному возрастанию нитрогеназной активности растений.

В вегетационном:опыте. 1979 года в почвенной культуре проявилось отчетливое действие .микроэлементов на двойном фоне МРК в фазу цветения люцерны (рис; 2), (одинарный фон —N—25 мг/кг почвы; РК—по 100 мг/кг, двойной фон — N— 50 м г/кг, РК — по 200 мг/кг). Этот факт можно объяснить тем, что эффект от применения микроэлементов проявляется лучше на высоких-фонал минерального питания. У растений всех вариантов с применением .изучаемых микроэлементов активность нитрогеназного комплекса была выше, чем на контроле. ■ •:';*• '

В опыте 1982 года? с соей (рис. 3) обнаружено, что обработка семян цинком и медью способствовала значительному возрастанию нитрогеназной активности растений. Необходимо отметить; что в вариантах с обработкой семян цинком и медью у сои и кобальтом у люцерны, где имеет место наибольшая азотфикенрующая активность; определяемая ацетиленовым методом, обнаружено также наибольшее количество фиксированного азота, определенное с помощью |5М.

Обнаружена также зависимость суточной динамики азот-фиксирующей активности от условий освещенности в дневное время суток на протяжении эксперимента. Цнркадный ритм активности нитрогеназного комплекса у растений в наших опытах характеризуется двумя максимумами — в дневное время и в 1 час ночи. Четкие «пики» активности процесса в ночное время отмечены только в условиях хорошей освещенности в дневное время (30—60 тыс. лк), что связано с большим накоплением продуктов фотосинтеза. Возрастание нитрогеназной активности по отношению к контролю под действием микроэлементов связано, по-видимому, с улучшением накопления п оттока углеводов в клубеньки у растений этих вариантов.

4. Влияние предпосевной обработки семян исследуемыми микроэлементами на концентрацию леггемоглобнна в клубеньках сои и люцерны:..:■*

Одним из показателей эффективности азотфиксашш является наличие в клубеньках железопорфиринового белка —лет-гемоглобина, а егоконцентрашш- и'длительность его функционирования служит надежным . показателем продуктивности бобовых растений. • : ' ■

- Изменение в начале.вегетации содержания микроэлементов в семенах сои: и люцерны повлекло за собой также и изменение содержания леггемоглобнна в клубеньках изучаемых культур. Результаты опытов показывают, что в период активной

ио

азотфиксации (бутонизация — начало цветения) в опытах 1980, 1981 годов и в полевом опыте у сои наибольшее содержание леггемоглобина обнаружено в вариантах с обработкой семян цинком и молибденом; в опыте 1982 года более существенное влнянне оказали микроэлементы молибден и медь (рис. 4). У люцерны в фазу бутонизации—цветения (рнс. 5) максимальное содержание леггемоглобина отмечено в варианте с обработкой семян кобальтом. И у сои, и у люцерны в фазу зеленых бобов наблюдается общая тенденшш к снижению содержания леггемоглобина и клубеньках, связанных с разрушением пигмента. Применение для предпосевной обработки семян меди л кобальта способствует сохранению высокой концентрации леггемоглобина в эту фазу. Это связано с тем, что медь увеличивает прочность связи гема леггемоглобина с белком, а кобальт принимает непосредственное участие в синтезе леггемоглобина. Цинк и молибден непосредственно в этих процессах не участвуют, поэтому применение этих микроэлементов не способствует сохранению высокой концентрации леггемоглобина в конце вегеташш. Увеличение концентрации леггемоглобина в фазы бутонизацни-иветения под влиянием этих микроэлементов может быть связано с тем, что молибден участвует в азотном обмене и синтезе белков, а цинк, помимо его участия в синтезе аминокислот и дыхательных ферментов, входит в состав цинкпротопорфиринов, которые могут служить непосредственными предшественниками железо-порфиринов и магнинпорфирвнов.

. Заключение

Б настоящей работе получено увеличение продуктивности на 8—36%, количества биологически связанного азота — на И—58%, возрастание азотфиксирующей активности и концентрации леггемоглобина в 1,2—2,5 раза у сои и люцерны при дополнительном обеспечении растений микроэлементами. С применением в исследованиях стабильного изотопа азота 15Ы изучена зависимость количества биологического азота, усвоенного растениями сон и люцерны в онтогенезе, от применения микроэлементов и от количества минерального азота, вносимого в субстрат. Методом «колпаков» исследована суточная динамика активности нитрогеназного комплекса растений в фазу бутонизации и в фазу цветения и ее зависимость от применяемых микроэлементов. Выявлена зависимость суточной динамики азотфиксирующей активности от условий освещенности в дневное время суток в процессе проведения эксперимента, Также изучено влияние применяемых микроэлементов на концентрацию и длительность функционирования леггемоглобина в клубеньках изучаемых растений как показатель,

И

тесно связанный с количеством фиксированного азота атмосферы и, следовательно, с продуктивностью бобовых растений.

При возрастании интенсивности процесса азотфнксации как на протяжении всего вегетационного периода, так и б течение суток, а также увеличении концентрации и длительности активного функционирования деггемоглобина в клубеньках, представляется возможным обеспечить высокую продуктивность растений сои и люцерны при минимальных затратах минерального азотного удобрения.

Выводы

1. Применение для шестичасового замачивания семян 0,05%-ных растворов, сульфата цинка и молибденовокислого аммония и 0,02%-ных растворов сульфата кобальта и сульфата меди увеличивало содержание в семенах сои цинка —в 11 раз, меди — в 9 раз, молибдена — в 12 раз. В семенах люцерны содержание молибдена возросло в 28 раз, а содержание кобальта— в 170 раз.

2. Применение микроэлементов на полноценном по всем элементам питания агрофоне оказывает положительное действие на накопление сухой массы растений и их продуктивность. В полевом опыте наиболее существенные прибавки надземной массы и корней сои получены при применении молибдена, а бобов — при обработке семян цинком. В вегетационных опытах лучшие результаты получены при применении меди и молибдена у "сон и кобальта у люцерны,

3. Обработка семян сок микроэлементами способствует уменьшению отношения надземной массы к корням, что является показателем лушего развития корневой системы наряду с увеличением надземной массы. Обработка семнк медыо в большей степени способствует возрастанию надземной массы сон по отношению к контролю, а обработка семян цинком уменьшает отношение надземной массы к корням, увеличивая массу корневой системы. У люцерны обработка семян кобальтом не снижает соотношения надземной массы и корней.

4. При изучении азотфнксирующей активности опытных растений в целом за вегетацию с "применением в исследованиях стабильного изотопа азота показано, что максимальное количество фиксированного азота накапливают растения сон, выросшие из семян, обработанных растворами шшка и меди, и растения "люцерны, выросшие из семян, обработанных кобальтом.

5. При изучении суточной динамики нитрогеназной активности растений ацетиленовым методом (метод «колпаков») было обнаружено, что максимальная активность этого процесса в течение суток у сои отмечена также в вариантах с обра-

бот коп семян растворами цинка й меди, а у люцёрнЫ — й варианте с обработкой семян кобальтом.

6. Обнаружено, что циркадный ритм активности нитроге* пазного комплекса у люцерны и сои характеризуется двумя максимумами — в дневное время (наивысшая активность) и в 1 час ночи. Четкие «пики» активности процесса в ночное время отмечены только в условиях достаточной освещенности (30— 60 тыс. лк) в дневное время суток на протяжении эксперимента.

7. Максимальная концентрация леггемоглобина в клубеньках как у сои, так н у люцерны отмечена в период активной азотфнксацин — в фазу бутонизации и цветения, В фазу зеле- > ных бобов обнаружена общая тенденция к снижению содержания леггемоглобина в клубеньках изучаемых культур. Применение микроэлементов меди и кобальта способствует сохранению высокой концентрации леггемоглобина в конце вегетации; цинк и молибден такого действия не оказывают.

8. Дополнительное обеспечение растений сои и люцерны микроэлементами путем предпосевной обработки семян позволило увеличить накопление общей биомассы растений в полевом опыте на 8—18%, а в вегетационных — на 7—36%, количество биологически связанного азота — на 11—58%, нитро-геназную активность — в 1,2—2,5 раза, концентрацию леггемоглобина в клубеньках — в 1,4—2,2 раза,

* ■ *

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Ягодин Б. Д., Захарова И. Г. Действие микроэлементов на суточную динамику азотфнксацин у люцерны и сон. В сб. Экологические последствия применения агрохими-катов (удобрения), Пущнно, 1982, с. 45.

2. Ягодин Б, А., Захарова И. Г. Азотфиксируюшая способность люцерны н потребление ею элементов минерального питания при обработке семян растворами солей молибдена и кобальта. Известия ТСХЛ, вып. 3, 1984, с, 69—75.

3. 3 а х а р о в а И. Г. Действие предпосевной обработки семян микроэлементами на продуктивность сон. В сб. Научные основы повышения эффективности удобрений в Нечерноземной зоне. Л1„ ТСХЛ, 1984, с. 69—73.

Л-74873 12/11—85 г. Объем 1 п. л.

Заказ 396.

Тираж 100

Типография Московской "С.-х. академии им, К Л. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно

I