Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Зависимость ассимиляции нитратного азота яровой пшеницей от уровня азотного питания

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Зависимость ассимиляции нитратного азота яровой пшеницей от уровня азотного питания"

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

На правах рукописи САФРОНОВА Наталья Михайловна

ЗАВИСИМОСТЬ АССИМИЛЯЦИИ НИТРАТНОГО АЗОТА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ ОТ УРОВНЯ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ

Специальность 03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Работа выполнена в лаборатории потенциальной продуктивности растений Всероссийского института удобрений и аг-ропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Ниловская Н. Т.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Кондратьев М. Н., кандидат биологических наук Горшкова М. А.

Ведущее учреждение---Институт почвоведения и фотосинтеза РАН.

Защита диссертации состоится « ^ ъ 199^4 г.

в « '/ » часов на заседании специализированного ученого совета Д. 120.35.07 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, сектор защиты диссертаций.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « / »(¿¿¿п^/уЛ- 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических

А. С. Лосева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важным направлением в решении проблемы оптимизации азотного питания является изучение ключевых мета' болических процессов, связанных с усвоением азота. Ассимиляция нитратов растениями включает ряд этапов, среди которых определяющее значение имеет восстановление нитратов. Об интенсивности данного процесса судят по величине активности нитратредуктазы (HP), которая рассматривается в качестве диагностического показателя для оценки потребности растений в азоте.

В работах отечественных и зарубежных авторов (Ferrari et al., 1973; Martinoja et al., 1981; Овчаренко и др., 1987; Харито-нашвили и др., 1993) показано, что нитрат, поступающий в растительную клетку, распределяется мемду двумя основными компартмен-тами: цитозолем (метаболический фонд) и вакуолью (запасной фонд). Предполагается, что на активность HP, главным образом, оказывают влияние нитраты метаболического фонда и в меньшей степени запасного. Следовательно, размеры фондов и характер их взаимодействия представляют собой элемент регуляции усвоения нитратного азота. Однако, к настоящему времени слабо изученными остаются вопросы функционирования и взаимодействия нитратных фондов в различных условиях азотного питания. Практически отсутствуют работы где бы прослеживалось изменение этих показателей в течение онтогенетического развития растений.

Ферментные системы являются , первичным уровнем адаптации растительного организма к меняющимся условиям окружающей среды. В соответствии с этим представляло интерес изучить влияние стресса (почвенной/засухи) на активность HP, оценивая при этом компартментацию нитратов. - '

Дель и задачи исследований- Целью работы являлось изучение влияния уровня азотного питания на ассимиляцию нитратного азота яровой пшеницей в условиях оптимальной и ограниченной водообес-печенности.

'В диссертации были поставлены следукшж задачи:

1. Установить характер влияния уровня азотного питания на ассимиляцию-.нитратов, в частности, на нигратвосстанавливающу» способность листовой ткани, размеры нитратных ^юядов и их взаимодействие. -

2. Оценить воздействие водного стресса на первичные процессы ассимиляции нитратов.

3. Изучить' влияние условий азотного питания и водообеспе-ченности на содержание азотистых веществ б растениях яровой пшеницы в онтогенезе. .

Научная новизна. В диссертации впервые проведен комплексный анализ изменений реальной и потенциальной НВС (нитратвосстанавли-вающей способности) листовой ткани и компартментации.нитратов в процессе онтогенетического развития пшеницы. Определено влияние почвенной засухи на данные показатели. Установлено, что распределение нитратов между клеточными фондами определяется, интенсивностью процесса восстановления нитратов, который, в свою очередь , зависит от потребности растений в азоте и уровня поступления нитрата.

Практическая значимость работы. Полученные в эксперименте данные могут быть использованы при разработке методических подходов диагностики азотного питания в условиях оптимальной и ограниченной водообеспеченности растений.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых (Москва, ВИУА) в 1993 и 1994 году.

Публикации- По материалам диссертации опубликованы 2 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части из трех глав и выводов. Изложена на 162- страницах машинописного текста и содержит 46 таблиц, В рисунков. Список цитируемой литературы включает 243 источников, в том числе 105 на иностранных языках.

Условия и методика проведения исследований.

Объектом исследований служила мягкая яровая пшеница (ТП-исит аезНуит Ь.) сорта Иволга. Сорт интенсивного типа, обладает высокой урожайностью. Устойчив к полеганию, мучнистой росе, сред-неустойчив к засухе. 1

Для решения поставленных задач было проведено три вегетаци-■ онных эксперимента в почвенной культуре, в вегетационном домике и в контролируемых условиях выращивания.

Закладка опытов . осуществлялась по методике Журбицкого (1968).Растения выращивались в пластиковых вегетационных сосудах емкостью 4 кг абсолютно сухой почвы. Почва дерново-подзолистая, средне-суглинистая с агрономичесокй характеристикой: рНСОл - 4,2, Нг - 2,16 мг-экв/100 г почвы, Р2О5 - 4,0 мг/кг почвы, К20 - 7,1

мг/кг почвы, NO3 - 0,5 мг/кг почвы, NH4 - 4,4 мг/кг почвы. Почву известковали по полной норме гидролитической кислотности. Основные элементы минерального питания вносились при закладке опытов в виде минеральных солей КН2РО4. СаЫОз, СаСЬг- Микроэлементы давались растениям с поливными водами.

Посев производился сухими семенами, протравленными формалином по методике Ефремова (1951). В каждом сосуде с III этапа органогенеза оставляли по 25 растений. Отбор проб в течение вегетации осуществлялся равномерно по всем вариантам. К моменту полной спелости в каждом .сосуде оставалось 15 растений. Повторность опыта пятикратная.

Полив растений производился по весу. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости (ПВ).

Влияние различных уровней азотного питания на развитие и продуктивность яровой пшеницы изучалось в опыте 1, проведенном в вегетационном домике. В качестве изучаемых уровней азота были взяты дозы: 0,11; 0,22; 0,44; 0,66 г/сосуд.

Опыт 2 был поставлен в контролируемых условиях климатической установки, что давало возможность исключить влияние погодных факторов на изучаемые процессы и закономерности. В установке поддерживалась температура 21±1°С днем и 18±1°С ночью при относительной влажности воздуха 687„. В качестве источника света ис-тользовались лампы ДРИ-2000-6, дающие освещенность на уровне зерхних листьев 100-150 Вт/м2 ФАР. Б данном опыте оценивалось влияние нарастающей засухи на физиологическое состояние и проективность яровой пшеницы при двух уровнях азотного питания: ),22 и 0,66 г /сосуд. Засуха создавалась прекращением полива на 'I этапе органогенеза до наступления влажности устойчивого завя-1ания, что соответствует 14%ПВ. Затем полив возобновляли и под-;ерживали влажность почвы на олтимаяьном уровне (60ZIIB) до конца егетации растений. .

Кроме того в опыте изучалось влияние дробного внесения азо-а на процессы жизнедеятельности растений и продуктивность. При ачальной дозе азота 0,22 г/сосуд , подкормки вносились дважды: а III и V этапе органогенеза.. В итоге уровень азота составил ,66 г/сосуд. В опыте был введен вариант с дозой азота 2,0 г/со-уд с целью изучения процессов первичной ассимиляции нитратов и зрмирования продуктивности при повышенном уровне азота.

Опыт 3 проводился в условиях вегетационного домика. В эксперименте варьировался уровень азотного питания (0,22 и 0,66 г/сосуд) и Е.пагообеспеченность растений в критический период развития. Наступление засухи было приурочено к VII этапу органогенеза.

На протяжении всего вегетационного периода растений проводился морфофизиологический контроль за наступлением этапов органогенеза по Куперман (1984). Для определения биометрических показателей и структуры растений пробы отбирались 7-8 раз за вегетацию. У растений измерялись линейные размеры, учитывалось накопление сухой биомассы как в целом, гак и отдельно по органам. Определялась площадь ассимиляционной поверхности с помощью фи-топланиметра ФИЛ-4. Для .изучения динамики роста растений рассчитывали относительную скорость роста (R).

Определение нитратредуктазной активности - нитратвосстанав-ливающей способности интактной ткани (НВС) проводили методом in vivo по Токареву (197?) в закончивших рост листьях двух верхних ярусов (с III по VIII этап органогенеза) и в колосе (VIII этап). Целые листья или колосья помещали в пробирки с 0,03 М фосфатным буфером, содержащем 0,14тритона Х-100 без добавления экзогенных Нитратов для определения реальной НВС (НВСР) или с добавлением нитратов в виде KNO3 до концентрации 0,1 М при определении потенциальной НВС (НВСпот)• Проводили вакуум-инфильтрацию и инкубировали пробы 2,5 часа в темноте при 27°С. По окончании экспозицш пробы кипятили до полной экстракции нитритов. Затем в пробах определяли содержание нитритов по реакции с сульфаниловой кислото! и tf-нафтиламином (Streeter, Bosler, 1972). НВС.выражали в мкмоль N02/r сырой массы. При /расчете на орган умножали НВС на сырук массу органа.

Одновременно с определением НВС оценивались размеры нитратных фондов. Для этого определяли в пробах содержание нитратов по реакции с салициловой кислотой (Cataldo et al., 1975). По содержанию нитратов в пробах после инкубации оценивались размеры запасного фонда нитратов (ЗФ). О величине общего фонда нитратов судили по содержанию нитратов в контрольных пробах, которые кипятили перед инкубацией. Метаболический фонд (MS) рассчитывали как разницу между обидам содержанием нитратов и запасным фондом. Результаты выратали в мкмоль (Юз/г сырой массы. Аналитичес-

кая повторносгь - пятикратная.

Анализ содержания общего азота проводился в динамике с III по VIII этап органогенеза по органам растений, по Кьельдалю, после сжигания в серной кислоте (Плешков, 1989).

Уборка растений производилась по достижению растениями полной спелости, при этом определялась биомасса растений, число побегов кущения, масса зерна с главного и боковых побегов, число зерен в колосе и масса 1000 зерен.

Математическая обработка полученных результатов проводилась по методике Доспехова (1979) на программируемом микрокалькуляторе МК-61.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Ассимиляция нитратного азота при различных условиях азотного питания. Анализ результатов экспериментов показал, что усвоение нитратов растениями находится в тесной зависимости от уровня внесенного азота. Повышение уровня азотного питания от 0.22 до 0.66 г/сосуд способствовало увеличению нитратредуцирующей активности листовой ткани (табл.1).

По мере развития растений НВСР снижалась, причем усиление азотного питания задерживало этот процесс. При дозе 0.22 г/сосуд значительное снижение НВСР в верхнем зрелом листе (в. 1.9 раза) отмечалось на IV этапе органогенеза. При повышении дозы азота до 0.66 г/сосуд подобное снижение происходило лишь на VI этапе органогенеза.

Было определено, что потенциальная НВС изменялась в онтогенезе аналогично реальной. Это означает, . что потенциальные возможности листовой ткани также определялись условиями азотного питания. Следует отметить, что в отличие от НВСР которая к колошению почти, не обнаруживалась при дозах 0.22-0.66 г N/сосуд, НВСпот ^ этому моменту имела довольно высокие значения. Это свидетельствовало о высоких индукционных возможностях листовой ткани, которые, судя по равенству значений потенциальной НВС на обоих дозах азота, являются константными при дефиците азота.

Получено, что повышение уровня азотного питания до 2.0 г/сосуд способствовало поддержанию НВС на высоком уровне в течение всего онтогенеза растений.• Однако, данный уровень азотного питания вероятно был избыточным для растений пшеницы на ранних этапах

Таблица 1

Изменения реальной НВС в онтогенезе при различных уровнях азотного питания , мкмоль Ша/г сырой массы

Этап ярус Уровень азотного питания, г/сосуд

орга- лис-

ноге- тьев 0.22 0.66 0.66 2.00

за дробно

III 2 6.35±ü.26 8.11±0.37 6.3510.26 4.26Ю.19

IV 2 2.19±0.07 4.37±0.29 2.12±0.19

3 4.31*0.79 7.37*0.22 5.4810.39

V 3 0.95±0.05 3.84±0.15 2.2910.18 6.0010.41

4 2.56*0.40 6.51*0.49 4.3710.17 7.69Ю.11

VI 4 0.0 0.47±0.02 1.88±0.10 3.65Ю.06

5 0.07+0.01 1.56i0.18 4. б4±0.22 4.81±0.15

VII 5 0.0 1.54±0.05

6 0.0 2.23±0.02

VIII 7 0.0 0.0 0.0 4.22Ю.09

8 0.0 0.0 0.0 4.67+0.07

развития:на III этапе органогенеза НВСР листа у растений этого варианта была ниже, чем у растений менее обеспеченных азотом. Кроме того, отмечалось снижение НВСПОт относительно НВСР, причем не только на III этапе органогенеза, но и на V этапе у листа 3 яруса. .

Анализ ярусной изменчивости НВСР показал, что верхний зрелый лист обладал большей нитратредуцирующей активностью, чем нижерасположенный на данном этапе развития {табл.1). По мере старения листа его НВСр уменьшалась, что, по-видимому, было связано со снижением интенсивности биосинтетических процессов. Это подтверждают данные по НВСпот, которая также снижалась у стареющего листа.. Следует отметить, что на высоком уровне азотного питания (2.0 г/сосуд) верхний и нижележащий лист слабо различались по нитратредуцирующей активности. Известно, что азот удлиняет жизненный цикл, поэтому можно предположить, что в данном случае листья верхнего яруса находились на одной стадии своего онтогенетического развития, в силу чего их метаболическая активность была при-

мерно на одном уровне.

Установлено, что.распределение нитратов между функциональными пулами менялось в зависимости от обеспеченности растений азотом. Начиная с I1I этапа органогенеза размеры запасного фонда (ЗФ) возрастали с увеличением уровня азотного питания, достигая максимальных значений при дозе азота 2.0 г/сосуд. В течение вегетации количество нитратов в ЗФ снижалось у растений всех вариантов. На низкой дозе азота - 0.22 г/сосуд отток нитратов из вакуолярного пула отмечался уже на IV этапе органогенеза. При увеличении уровня азотного питания сокращение размеров ЗФ наблюдалось на более поздних этапах развития растений. Показано, что подкорм)« азотом тормозила отток нитратов из запасного пула. Следовательно, при недостаточном поступлении нитратов использовались нитраты запасного пула. Эти данные согласуется с литературными (РагкагЬ, 1985; Xu.Nl, 1990; Измайлов и др., 1992).

Получено, что повышение уровня внесенного азота приводило к увеличению метаболического фонда, в соответствии с этим наиболь-

Таблица 2

Содержание нитратов в запасном фонде при различных условиях азотного питания, мкмоль Шз/г сырой массы

Этап ■. орга-ноге-за ярус листьев Уровень азотного питания, г/сосуд

0.22 0.66 0.66 дробно 2.00

III 2 б.43±1.30 11,81+0.29 5.81+0.42 -21.28+0.41

IV 2 3 4.38+1.15 5.86+0.57 15.99+0.23 11.61+0.36 5.10+0,21 6.93+0.53 -

V 3 4 4.21+0.23 3.34+0.44 12.39+0.94 9,40+0.41. 4.35+0.48 4.9410.85 33.44+0.35 22.88+0.28

VI 4 5 0.73+0.04 0.86+0.08 2.6610.12 5.30+0.18 . 4,59+0.75 4.32+0.74 23.02+0.52 16.78+0.80

VII . •5 6 1.02+0.04 1.58+0.02 5.59+0.26 2.30+0.24 _ _

VIII 7 8 0.77+0.06 0.73+0.08 1.6210. С-1 , 2.31+0.39 0.28+0.03 0.52+0.05 з.оаю.12 12.07+0.18

Таблица 3

Содержание нитратов в метаболическом фонде при различных условиях азотного питания, мкмоль Шз/г сырой массы

Этап ярус Уровень азотного питания, г/сосуд

орга- лис

ноге- тьев 0.22 0.66 0.66 2.00

за дробно

III 2 0.44 2.47 0.44 8.39

IV 2 1.00 1.19 1.01 ■ -

3 0.09 2.74 1.21 -

V 3 1.15 5.84 1.37 7.28

4 0.40 4.51 1.40 5.39

VI 4 0.37 4.16 0.49 10.53 '

5 0.23 2.59 0.65 2.85

VII 5 0.57 1.49 - -

6 0.0 0.42 - -

VIII 7 0.37 0.0 0.42 10.07

8 0.37 0.0 0.09 6.44

шее количество нитратов в МФ вплоть до колошения отмечалось при дозе азота 2.О г/сосуд (табл. 3).

Таким образом, зависимость НВС и размеров нитратных фондов от уровня азотного питания была сходной. В то же время, .динамика изменений этих параметров была разнонаправленной. При увеличении НВС наблюдалось уменьшение размеров нитратных фондов, и .наоборот, низкая НВС способствовала накоплению нитрата в Ш> и .главным образом, в запасном.

При анализе ярусной изменчивости компартментации нитратов выяснилось, что у более активных верхних листьев количество нитратов в Ш> было меньше, чем у нижерасположенных. Эта закономерность проявлялась независимо от уровня азотного питания. Исключение составлял вариант с дробным внесением азота, где при внесении подкормки основная часть нитратов поступала в верхний лист. При достаточном снабжении азотом содержание нитратов в ЗФ у физиологически более молодого листа было более низким по сравнению с оо-

лее зрелым. По-видимому, высокая активность процесса восстановления нитрата ограничивала его приток в ЗФ. По мере старения листа и снижения его метаболической активности наблюдалось увеличение Шив большей степени ЗФ. У растений слабо обеспеченных азотом этот эффект был менее выражен, в силу того, что при дефиците азота нитраты поступают преимущественно в верхний лист, обладающий большей аттрагирующей способностью.

Таким образом, распределение нитратов между функциональными пулами являлось результирующей двух процессов: интенсивности поступления нитратов и эффективности их усвоения.

Проведенный сравнительный анализ различных 'показателей азотного обмена показал, что определение реальной и потенциальной НВС в совокупности с величинами нитратных фондов позволяет более точно охарактеризовать обеспеченность растений азотом и способствует раннему диагностированию дефицита по нитратному азоту. В частности, на III этапе органогенеза при дозе азота 0.22 г/сосуд НВСР имела довольно высокие значения, тогда как низкая величина МФ свидетельствовала о недостаточном поступлении азота.

Необходимо отметить, что независимо от снабжения растений азотом наблюдалось снижение НВС на VI этапе органогенеза. По-видимому, это явление характерно для данного периода развития растений и означает определенную метаболическую перестройку, обусловленную началом генеративного развития.

В опытах была выявлена положительная корреляционная зависимость между скоростью накопления азотсодержащих веществ растениями и НВС верхнего зрелого листа (в. расчете на орган). Коэффициент корреляции возрастал при увеличении уровня азотного питания с 0.22 до 2.0 г/сосуд с 0.87 до 0.93. Вероятно, это объяснялось тем, что при повышении уровня азота в почве увеличивался поток нитратов из корней в надземную часть, в результате возрастала доля нитратов, восстанавливаемых в листьях.

Влияние почвенной засухи на ассимиляцию нитратов. Как было установлено, почвенная засуха оказывала незначительное влияние на рост растений, слабо обеспеченных азотом (0.22 г/сосуд). На этой дозе азота (0.22 г/сосуд) восстановление нитратов к моменту наступления засухи находилось на низком уровне и реальная НВС практически не обнаруживалась. Поэтому о степени воздействия засухи на нитратвосстаназливающую систему растений судили по изменениям

НВСпот- Наблюдалось снижение этого показателя при водном стрессе, особенно при снижении влажности до 14%ПВ (табл.4). Возможно, это было направлено на экономию энергетических и структурных ресурсов клетки в условиях водного стресса.

При повышении уровня азотного питания до 0.66 г/сосуд влияние стресса на рост биомассы проявилось в большей степени, особенно при наступлении засухи на VII этапе органогенеза (опыт 3), где относительная скорость роста главного побега снижалась почти в 2 раза. Угнетение ростовых процессов в данном опыте приводило к снижению НВСпот. в то время как НВСР возрастала, вследствие увеличения концентрации нитратов в листовой ткани. .При засухе на VI этапе органогенеза (опыт 2) отмечалось увеличение как НВСР, так и

Таблица 4

Влияние почвенной засухи на реальную и потенциальную НВС, мкмоль NOz/г сырой массы

Условия водообе спечен-ности

ярус

лис- НВС

тьев

0.22 г N /сосуд

полив

засуха

0.66 г N /сосуд

полив

засуха

опыт г

20%ПВ 4 реал. 0.0 0.0 0.47+0.012.74+0.25

потен. 1.96±0.25 1.39±0.09 3.4210,43 4.38+0.12

5 реал. 0.0 0.0 1.56+0.17 2.34±0.24

потен. 2.67+0.45 2.72+0.22 4.72+0.30 6.03+0.63

5 реал. 0.0 0.0 1.54+0.05 4.35+0.03 14ХПВ потен. 2.66+0,21 0.61+0.03 4.83+0.31 6.06±0.43

6 реал. 0.0 0.0 2.23±0.03 2.29Ю.10 потен. 3.19±0.21 1.57Ю.22 7.05±0.35 6.95+0.43

Опыт 3 . •. . ''.'.'.

14%ПВ 6 реал. 0.0» 0.0 0.56¿0.07 0.89Ю.08 потен. 1.54±0.16 0.99±0.04 3.90±0.32 1.30+0.11

Таблица 5

НВС листа и колоса в репарационный период, мкмоль N0?./? сырой массы (60%ПВ)

ярус листьев НВС 0.22 г N /сосуд 0.66 г N /сосуд

полив засуха полив засуха

7 реал, потен. 0.0 2.44+0.06 Опыт 2 0.0 2.03±0.07 0.0 1.27*0.31' 0.0 2.3510.10

8 реал, потен. 0.0 3. 21*0.13 0.0 3.87±0.18 0.0 3.81+0.09 0.0 5.02*0.20

колос реал.. поуен. 0.0 0.1910.02 0.0 0.24*0.02 0.0 0.1010.01 0.0 0.11*0.01

7 ' реал, потен. 0.0 3.19+0.19 Опыт 3 0.0 2.79±0.0б 0.05+0.01 1.17+0.15 3.49*0,18 16.54+0.61

колос реал, потен. 0.0 0.27+0.01 0.0 0.19+0.02 0.0 0.15Ю.03 0.0 0.4010.06

НВСпот- Снижение биомассы здесь в основном было обусловлено отмиранием боковых побегов, что, возможно, позволяло главному побегу сохранять метаболическую активность на высоком уровне.

После возобновления полива (табл.5) при низкой обеспеченности азотом (0.22 г/сосуд) НВСПОт становилась практически равной контролю. На уровне азотного питания 0.66 г/сосуд, где в данный период возрастала относительная скорость роста (особенно в опыте 3), этот показатель увеличивался по сравнению с контролем. Наиболее выражен этот эффект был в опыте 3, где НВСПОт возрастала в 4.2 раза, при этом отмечалось увеличение реальной НВС. Таким образом, изменения НВС листовой ткани находились в зависимости от уровня ростовых процессов.

Выло установлено, что почвенная засуха в критический период отражалась и на НВС колоса (табл.5). В репарационный период у растений, испытавших засуху НВСПОт колоса увеличивалась. Это увеличение носило характер тенденции и, по-видимому, отражало увеличение потребностей колоса в азоте в связи с восстановительными процессами. Исключение составлял вариант с уровнем азотного питания 0.82 г/сосуд в опыте 3, у которого наблюдалось снижение этого показателя. У растений этого варианта значительно падала зерновая продуктивность, которая выражалась в слабой озерненности колоса. Можно предположить, что вследствие уменьшения числа развивающихся зерновок, удовлетворение нужд колоса в восстановленном азоте в данном случае происходило в основном за счет оттока азотсодержащих соединений из вегетативных органов.

Определено, что характер распределения нитратов между, клеточными фондами в условиях засухи зависел от эффективности работы нитратвосстанавливакщей системы (табл.6). Нанизкой дозе азота при некотором повышении содержания нитратов отмечалась тенденция увеличения метаболического фонда (опыт 2), а при его насыщении запасного фонда (опыт 3). Аналогичная картина наблюдалась при повышении уровня азотного питания до 0.66 г/сосуд. Увеличение содержания нитратов под воздействием стресса у растений этих вариантов происходило в большей степени, чем повышение НВС., В результате, нитраты накапливались в МФ, а затем в ЗФ. При возрастании НВС в первую очередь восстанавливались нитраты МФ. Так, при снижении влажности почвы с 20%ПВ до 14%ПВ в листе 5 яруса возрастала реальная НВС, тогда как МФ уменьшался.

Было установлено, что в репарационный период (табл.7) возросшие потребности в восстановленном азоте удовлетворялись за счет нитратов метаболического пула, а при его истощении наблюдался отток нитратов из вакуолярного пула. Следует отметить, что на уровне азотного питания 0.22 г/сосуд'в опыте 3, где отмечалось снижение скорости роста, компартментацня нитратов не изменялась по отношению к контролю. Таким образом, интенсивность экспорта нитратов из вакуоли всецело.определялась "аттрагирующим" запросом растительной ткани, сила которого' возрастала после возобновления по- -лива растений.

Таблица 6

Влияние засухи на распределение нитратов мевду клеточными фондами, МКМОЛЬ /УОд/Г сырой МЭССЫ

УровеньТусловия]" _ Опыт 2- Т Опыт 3_

азотного!водного; ~ 20% ЛЬ Т й%"ш " 14^ ПВ

питания, ¡ррежша_______ ________|_______^_______!______

г/сосуд ! . 1 лкст | 5 лиот | 5 лист } 6 лист | 6 лист

Запасной фовд (ЗФ)

0.22 полив 0.73^0.06 0.86^0.13 1.02*0.06 1.58±0.03 0.80±0.15

0.22 засуха 0.84±0.09 0.95*0.22 0.76±0.П 1.38±0.31 1.62±0.22

0.66 полив 2.66±0.73 • 5.30*0.85 5.59*0.22 2.30*0.29 3.09*0.54

0.66 засуха 6.66*1;36 4.50*1.15 • 9.89*0.13 2.81*0.10 6.18*0.70

Метаболический фовд (Ш)

0.22 полив 0.37 0.23 0.57 0.03 1.30

0.22 засуха 0.49 0.36 0.67 О.П 1.44

0.66 полив 4.16 2.59 1.49 0.42 2.50

0.66 засуха 4.22 4.03 2.54 - 9.19

Таблица 7

Компартментация нитратов в листе и колосе в репарационный период, мкмоль КОд/г сырой массы

Уровень азотного питания, г/сосуд ¡УСЛОВИЯ} ¡ВОДЮГОр {режима { ! 5 7 лист Опыт 2 ! 8 лист ! колос ! ! | Ошт 3 Т------Т------- |флаговый лист ! колос

Запасной фонд (3$)

0.22 ПОЛИВ 0.77±0.Н 0.73±0.15 1.45±0.07 0.72±0.П 1.49±0.01

0.22 засуха 1.08±0.08 0.99±0.03 0.94±0.05 0.82±0.09 1.20±0.03

0.66 ПОЛИВ 1.00±0.?3 2.31±0.18 1.24±0.09 2.07±0.15 0.80±0.02

0.66 засуха 0.48±0.09 0.20±0.03 0.67±0.02 Метаболический фонд (МФ) 3.77^0.21 2.01±0.03

0.22 полив 0.37 0.33 - 0.81 -

0.22 засуха 0.08 0.06 - 0.83

0.66 полив 0.55 - ■■'.. 0.34 0.22 0.12

0.66 засуха 0.57 - 0.13 1.22 0.91

ВЫВОДЫ

1. Определено, что интенсивность процесса восстановления нитратов в листьях яровой пшеницы- сорта Иволга в значительной степени зависела от условий азотного питания. При увеличении дозы азота с 0.22 до 2.0 г/сосуд нитратвосстанавливающая способность листьев возрастала начиная с V этапа органогенеза. На более ранних этапах развития доза азота 2.0 г/сосуд была избыточной, что приводило к снижению этого показателя.

2. Установлено, что общая НВС верхнего зрелого листа коррелировала со скоростью накопления общего азота растениями пшеницы, при этом отмечено, что коэффициент корреляции возрастал по мере повышения дозы внесенного азота.

3. При увеличении уровня азотного питания возрастание НВС листовой ткани отставало от увеличения количества транспортируемых в листья нитратов, в результате нитраты накапливались в метаболическом пуле, а при его насыщении и в запасном. При недостаточном поступлении нитратов нужды растения, в определенной степени, удовлетворялись за счет нитрата запасного фонда.

4. На ярусную изменчивость компартментации нитратов оказывали влияние условия снабжения азотом и уровень метаболической активности листа. Наиболее высокой НВС была у физиологически более молодого листа, по мере его старения НВС снижалась, что приводило к увеличению метаболического фонда и, в большей степени, запасного фонда нитратов. Этот эффект был менее выражен при недостаточной обеспеченности азотом, где' при снижении притока нитрата использовался нитрат запасного фонда.

5. Характер воздействия почвенной засухи на НВС листовой ткани определялся условиями азотного питания и степенью торможения ростовых процессов. При недостатке азота (0.22 г/сосуд) процесс восстановления нитратов ингибировался. При повышеннии уровня азотного питания (0.66 г/сосуд) НВС возрастала, вследствие увеличения уровня нитратов под воздействием стресса. При сильном угнетении роста растений нитратредуцирующая-активность снижалась. В репарационный период нитратредуцирующая активность листьев возрастала, вследствие интенсивно протекающих восстановительных процессов.

6. Определено, что распределение нитратов между клеточными

фондами при засухе зависело от обеспеченности растений азотом и эффективности работы нитратвосстанавливающей системы. Снижение НВС при низкой дозе азота приводило к увеличению метаболического фонда, а затем и запасного. При повышенном уровне азота в результате более значительного возрастания концентрации нитратов в листовой ткани увеличение НВС отставало от притока нитратов, что способствовало накоплению нитратов в метаболическом фонде и, главным образом, в запасном. После возобновления полива метаболический фонд интенсивно использовался, а при его истощении наблюдался отток нитратов из запасного фонда.

7. При диагностике азотного питания растений могут быть использованы показатели реальной и потенциальной НВС в совокупности с размерами нитратных фондов, что позволит более точно охарактеризовать обеспеченность растений азотом.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сафронова Н.М. Влияние уровня азотного питания на ассимиляцию нитратов и формирование генеративных органов Пшеницы//Тез. докладов конф. молодых ученых "Эффективность средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур", 13-15 апреля 1993.-Москва, 1993.- С. 2

2. Сафронова Н.М. Влияние засухи на некоторые показатели азотного обмена яровой пшеницы//Тез. докладов конф. молодых ученых "Эффективность средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур", 22-23 марта 1994.- Москва, 1994.- С.6