Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Физиологическое значение микроэлементов и действие микроудобрений на продуктивность и урожайность сельскохозяйственных растений
1.1. Микроудобрения и роль микроэлементов в растениях 9
1.1.1. Физиологическая роль меди 9
1.1.2. Физиологическая роль молибдена 15
1.1.3. Взаимодействие меди и молибдена 18
1.1.4. Действие микроудобрений на физиологические и продукционные процессы сельскохозяйственных культур 19
1.2. Концепция устойчивости растений в современной агро номии и фитофизиологии 31
1.3. Специфическая устойчивость растений и способы ее повышения 38
1.3.1. Засухоустойчивость 38
1.3.2.Солеустойчивость 41
1.3.3. Устойчивость к полеганию 44
1.3.4. Активные формы кислорода, механизмы защиты и устойчивость 45
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Объект исследования 56
2.2. Агрометеорологические условия 2002-2005 гг 56
2.3. Схема полевых опытов 61
2.4. Методика полевых опытов 62
2.5. Агрохимическая характеристика почвы 63
2.6. Определение меди в растениях 63
2.7. Методика модельного опыта 64
2.8. Определение специфической устойчивости 64
2.8.1. Оценка устойчивости кполеганию 64
2.8.2. Оценка засухоустойчивости 64
2.8.3. Оценка солеустойчивости 65
2.9. Характеристика перекислого окисления липидов по образованию малонового диальдегида (МДА.) 66
2.10. Определение активности супероксиддисмутазы (СОД) 66
2.11. Получение общеклеточной фракции ферментов 67
2.12. Определение белка 67
2.13. Определение пероксидазы 68
2.14. Методика определения интенсивности дыхания корней 68
2.15. Определение образования супероксиданионрадикала 69
2.16. Определение проницаемости мембран клеток корней 69
2.17. Математическая обработка данных 69
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
3.1. Агрохимическая характеристика почвы опытного участка 71
3.2. Влияние некорневой обработки ЖУСС-2 на продукционные процессы и урожайность яровой пшеницы сорта Люба 73
3.3. Экономическая эффективность применения некорневой обработки ЖУСС-2 79
3.4. Влияние некорневой обработки ЖУСС-2 на специфическую устойчивость яровой пшеницы сорта Люба 80
3.5. Физиолога - биохимические механизмы устойчивости и увеличения урожайности при некорневой обработке ЖУСС-2 86
Заключение 105
Выводы 108
Список литературы
- Физиологическая роль молибдена
- Специфическая устойчивость растений и способы ее повышения
- Агрометеорологические условия 2002-2005 гг
- Влияние некорневой обработки ЖУСС-2 на продукционные процессы и урожайность яровой пшеницы сорта Люба
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из форм оптимизации минерального питания растений является использование микроудобрений. В последние годы существенно выросла доля микроудобрений, основанных на использовании органических соединений микроэлементов. Биологическая активность металлов микроэлементов и их участие в важнейших метаболических реакциях клеток во многом зависит от их способности образовывать циклические хе-латные структуры. Хелаты микроэлементов имеют преимущества для некорневой подкормки, так как их молекулы целиком попадают в лист, а не накапливаются с сопутствующими ионами на поверхности листа. Эффективность действия хелатных соединений на растения связана с их малой токсичностью, пролонгированпостью действия, меньшим адсорбированием их почвой по сравнению с неорганическими солями, в результате чего они длительное время способны поглощаться растениями (Бинеев, Казаков, 1983; Евсторать-еваи др., 1984; Бинеев и др., 1986).
Одним из видов хелатных форм микроудобрений, производимых в Российской Федерации, являются жидкие удобрительно - стимулирующие составы (ЖУСС), пригодные для разнопланового применения. В основе препаратов ЖУСС лежат комплексные соединения микроэлементов хелатного типа, где в качестве лигандов выступают аминоспирты (моно-, ди- и триэтано-ламин). В настоящее время проведены опыты на различных культурах, которые показали высокую эффективность применения различных видов ЖУСС при разных способах их использования (Гареев и др, 1997; Срослова, 1997; Бубнова, 1998; Борздыко, Ташевцев, 1999; Хисамеева и др., 1999; Гайсин и др., 2001; Амиров, Шибаева, 2002; Борздыко, 2002; Миннуллин, 2002; Мур-тазин, 2002; Сафин, 2002; Тагиров, 2002; Асрутдинова, 2003; Таланов, 2003; Галиев, 2004; Шакирзянов, 2004; Исмаилова, 2005; Таныгин, 2005; Каримов, 2006).
Однако остается практически неисследованным вопрос о физиологе -биохимических механизмах действия жидких микроудобрений марки ЖУСС на сельскохозяйственные растения.
Цель и задачи исследований. Целью нашей работы явилось изучение влияния медь-молибденового ЖУСС-2 при некорневой обработке в рекомендуемых для производства концентрациях на продукционные и физиолого-биохимические процессы яровой пшеницы, учитывая различные уровни организации (организменньш, популяционный и клеточный). Исходя из указанной цели были поставлены следующие задачи:
Провести агрохимический анализ опытного участка почвы.
Изучить содержание меди в зеленой массе и зерне яровой пшеницы.
Изучить действие ЖУСС-2 различной кратности обработки на адаптивный потенциал яровой пшеницы (продуктивность, урожайность и устойчивость).
4. Исследовать действие ЖУСС-2 на некоторые физиолого-
биохимические процессы клеток яровой пшеницы в полевых и модельных
условиях (дыхание, барьерную функцию мембран, активность ферментов
АО - защиты).
5. Дать оценку экономической эффективности применения некорневой
обработки ЖУСС-2.
Научная новизна. Впервые исследованы физиолого-биохимические механизмы положительного действия некорневой обработки хелатным микроудобрением ЖУСС-2 растений яровой пшеницы на клеточном уровне. Установлено антиоксидантное действие двух компонентов этого препарата (биолиганда этаноламина и микроэлемента меди), приводящее к стабилизации мембранного аппарата клеток, увеличению устойчивости и в конечном результате к увеличению продуктивности и урожайности.
7 Положения, выносимые на защиту:
Двук- и трехкратная некорневая обработка яровой пшеницы сорта Люба жидким микроудобрением марки ЖУСС-2 (ОД % раствор) приводит к увеличению адаптивного потенциала растений (продуктивности, урожайности и устойчивости).
Некорневая обработка яровой пшеницы ЖУСС-2 (0.1 % раствор) приводит к обогащению вегетативной массы и зерна микроэлементом медью, снижению активных форм кислорода и продуктов перекислого окисления липидов, что повышает качество сельскохозяйственной продукции.
Увеличение адаптивного потенциала яровой пшеницы обусловлено антиоксидантным действием жидкого микроудобрения ЖУСС-2.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют рекомендовать способ обогащения сельскохозяйственной продукции микроэлементами и увеличения устойчивости и урожайности растений через некорневые подкормки жидкими микроудобрениями марки ЖУСС.
Реализация результатов исследования. Исследования носят фундаментальный характер. В дальнейшем планируется разработка рекомендаций по увеличению специфической устойчивости сельскохозяйственных растений к различным неблагоприятным факторам среды при некорневой обработке жидкими микроудобрениями марки ЖУСС-2. Полученные экспериментальные данные используются в учебном процессе в курсах «Минеральное питание» и «Устойчивость растений».
Публикации. Всего опубликовано 16 статей, из них 15 по теме диссертации.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на международных научно-практических конференциях (Москва, 2004 г; Смоленск, 2004 г; Пенза, 2005 г); на Всероссийских научных конференциях (Ульяновск, 2003 г; Оренбург, 2004; Ижевск, 2005 г); на республиканской
конференции (Казань, 2004); на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанской ГСХА (2003-2005 гг.). Объем работы. Диссертация изложена на 194 страницах и состоит из введения, трех глав, выводов и заключения; содержит 19 таблиц; 19 рисунков; приложения. Список использованной литературы включает 546 наименований, из которых - 53 работ зарубежных авторов.
Автор выражает благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Пахомовой В.М., а также кандидату биологических наук, доценту Бунтуковой Е.К. и всем сотрудникам кафедры ботаники и физиологии растений КазГАУ за помощь в проведении исследований и оформлении диссертации.
Работа выполнена при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ РАН) и НИОКР АНТ.
Физиологическая роль молибдена
Молибден в водных растворах существует как Мо042", т.е. в его наиболее окисленной форме - Мо (VI). Как компонент ферментов он может быть в форме Мо (VI) и Мо (V). Поглощается молибден, видимо, в комплексе с фи-тосидерофами. Фитосидерофоры - это низкомолекулярные соединения, относящиеся к непротеиногенным аминокислотам. Они синтезируются из ме-тионина (Алехина и др., 2005).
Потребность в молибдене у растений меньше, чем в других микроэлементах, и его концентрация в тканях очень низкая. Однако у растений Мо является компонентом ключевого фермента - нитратредуктазы и является необходимым компонентом цепи редукции нитратов до аммония, без чего невозможен синтез белковых веществ (Evans, Nason, 1952; Sato, Egani, 1961; George Graham N. et al., 1989). Обнаружена корреляция между нитратредук-тазной активностью, дозой нитратного питания и молибдена на избыточных дозах азотного питания (Ивченко, 1980; Швецов и др., 1990; Попов, 1998). Молибден повышал активность этого фермента в листьях яровой пшеницы и на низких фонах азота (Арене, Иванов, 1972, Пилыцикова, 2004). И.А. Гай-син (1989) установил увеличение количества азота (и протеина) в зерне пшеницы и сене многолетних трав под воздействием молибдена. Молибден восстанавливает иитратредуктазную активность в условиях засоления, водного стресса и низких температур (Сафаралиев, 1992; Титина и др., 1998). У нит-рогеназы, осуществляющей фиксацию N2, в одной из субъединиц также присутствует молибден. Кроме того, в растениях молибден входит в состав ксан-тиноксидазы. Во всех этих ферментах молибден выполняет каталитическую функцию (Алехина и др.; 2005). У нитратредуктазы и ксантиноксидазы молибден присутствует в составе молибдоптерина, или молибдокофактора (МоСо).
Структурную основу Мо-Со составляет производное птерина с боковой цепью в шестом положении. Четырехуглеродная боковая цепь содержит ди-тиольную (связывающую молибден), гидроксильную и фосфатную группы. МоСо всех молибденсодержащих ферментов растений, бактерий, грибов и животных (ассимиляторные и диссимиляторные нитратредуктазы, алкоголь-дегидрогеназа, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза, дегидрогеназа) сходны и близки по свойствам. МоСо нековалентно связан с белком фермента и в связанном виде устойчив к окислению. У нитратредуктазы МоСо является активным центром, где с участием молибдена NO"3 восстанавливается до N0 -Кроме того, он выполняет структурную функцию, связывая две субъединицы. При отщеплении МоСо от апофермента нитратредуктаза инактивизиру-ется и может переходить в латентное состояние. «Разборка» фермента может происходить под действием неблагоприятных факторов, например засоления. Однако четвертичная структура Мо-Со - фермента собирается так же легко, как и разрушается. В системе in vitro восстановление структуры нитратредуктазы активируется добавлением молибдена (Алехина и др., 2005). Однако высокие концентрации молибдена ингибируют нитратредуктазу (Sairam el al., 1995).
Молибден необходим для синтеза леггемоглобина - белка - переносчика кислорода в клубеньках (Медведев, 2004). При его дефиците клубеньки приобретают желтый или серый цвет, нормальная же окраска их красная.
Таким образом, биохимические процессы в растениях с участием молибдена подразделяют на группы (Пейве ,1971): - действие молибдена на процессы восстановления нитратов, нитритов и гидроксиламида до аммиака и биосинтез аминокислот. -участие молибдена в биохимических процессах, связанных с фиксацией молекулярного азота клубеньковыми бактериями в симбиозе с бобовыми культурами и свободноживущими почвенными микроорганизмами. -влияние молибдена на биосинтез нуклеиновых кислот и белков.
Кроме того, молибден повышает активность протеаз, амилаз, липаз, ка талазы и АТФазы (Школьник, Макарова, 1957; Власюк и др., 1969; Шкляев, Шорин, 1987; Львов, 1989; Аликулов, Бесбаева, 1990). Важное значение имеют взаимодействия фосфорных соединений с молибдат-ионом, усиливая тем самым фосфатазную активность, которая тесно связана с гидролитическими процессами по мере прорастания семян и формирования органов. Молибден стимулирует сопряженность дыхания и фосфорилирования, участвует в обмене пуриновых оснований, стабилизирует вторичную структуру нуклеиновых кислот за счет образования комплексов молибдат-ионов с функциональными группами ДНК и РНК (Якушкина, Бахтенко, 2005). Молибден образует водорастворимые комплексы с органическими веществами, имеющими ортогидроксильные группы: спиртами, фенолами, моноосновными органическими кислотами (Ивченко, Ковальчук, 1987),
При аммиачном питании растений молибден увеличивает содержание углеводов, способствует усилению их синтеза. При этом содержание растворимых углеводов в листьях уменьшается, а в стеблях и корнях бобовых возрастает. Это повышает зимостойкость растений, усиливает их сопротивляемость к неблагоприятным факторам (Школьник, 1974; Яковлева, ] 988; Ягодин, 1989; SUvenson, 1992).
Обнаружено влияние молибдена на фотосинтетические показатели растений и активацию работы листьев, их ассимилирующую поверхность (Неклюдов, 1962; Шаронова, 1975; Серегина, 2001). Молибден как и медь активизирует образование хлорофилла и препятствует его разрушению (Даутов и др., 1976).
Специфическая устойчивость растений и способы ее повышения
В естественных условиях высшие растения, как и другие живые организмы, подвергаются влиянию многочисленных неблагоприятных факторов. Их действие сказывается на нормальном росте и развитии, ведет к снижению качества и устойчивости сельскохозяйственных культур (Усманов и др., 2001).
Ниже будут рассмотрены общие представления относительно устойчивости растений к стресс-факторам, изучаемым нами и имеющим выраженный в природных условиях эффект (засолению, засухе и устойчивости к полеганию).
Дефицит воды нарушает в растениях практически все процессы метаболизма и гормональный баланс, вызывает изменения субклеточных структур. Степень нарушений определяется засухоустойчивостью растений, а также длительностью и интенсивностью засухи (Генкель, 1982; Максимов, 1952; Сисакян, 1940; Levitt, 1980).
Водный дефицит приводит к уменьшению в клетках содержания свободной воды и перераспределению форм связанной воды, что влияет на функционирование белков-ферментов, увеличивает проницаемость плазмалеммы и приводит к денатурации белков (Алехина и др., 2005). Длительное завяда-ние угнетает синтетические процессы и активирует гидролитические. В результате в клетках накапливаются низкомолекулярные белки (осмотин, де-гидрины), растворимые углеводы, т.е. осмотически активные вещества (мо-но,-и олигосахариды), что приводит к повышению их концентрации в клеточном соке (Медведев, 2004). Вследствие подавления синтеза, активации рибонуклеазы и распада полирибосом уменьшается содержание РНК и белка. Очень длительная засуха может вызвать и понижение количества ДНК (Якушкина, Бахтенко, 2005).
При глубоком обезвоживании снижается интенсивность фотосинтеза в результате закрытия устьиц и недостатка поступления СОг, нарушения синтеза хлорофиллов, разобщения транспорта электронов и фотофосфорилирова-ния, подавления фотохимических реакций и реакций восстановления С02. нарушения структуры хлоропластов, оттока ассимилятов из листьев (Тарчев-ский и др., 1975; Тарчевский, 1993; Тарчевский, 2001). В этих условиях возможно накопление супероксидных радикалов или других АФК. Это приводит к развитию ПОЛ и повреждению мембран (Якушкина, Бахтенко, 2005). При дефиците воды снижается и энергетическая эффективность дыхания, хотя интенсивность его может возрастать: не образуются макроэргические связи АТФ, дающие энергию для процессов синтеза. При водном дефиците быстро тормозится клеточное деление и особенно растяжение клеток, поэтому происходит задержка роста всего растения (Сказкии, 1961).
Защитно-приспособительные механизмы, обеспечивающие растениям возможность противостоять обезвоживанию или переностиь водный дефицит, могут действовать на всех уровнях их организации: молекулярном (Levitt, 1980), клеточном (Heikila et al.,1984), организменном, популяцион ном. Механизмы устойчивости к водному дефициту обычно делят на механизмы избежания стресса, т.е. обеспечивающие нормальную оводненность растительных тканей, и механизмы толерантности, т.е. позволяющие переносить стресс (Jones et al, 1981; Levitt, 1980).
Клетки засухоустойчивых растений способны снижать свой водный потенциал за счет повышения внутриклеточного осмотического давления ті1" - процесса, получившего название осморегуляции (Алехина и др., 2005). В качестве осморегуляторов, которые накапливаются за счет ассимиляции, выступают сахара и аминокислоты. Благодаря осмотической регуляции у растений при засухе сохраняется тургор, а следовательно, и возможность нормального роста, открытость устьиц, высокая интенсивность фотосинтетических и других процессов (Кожушко, 1988; Heikkila et al., 1984; Дианова, 1999).
Для повышения устойчивости к водному дефициту в практических целях необходимо знание механизмов устойчивости к засухе. Например, при учете гормональных перестроек, которые происходят при засухе, можно использовать обработку растений экзогенно вводимыми гормонами. Так, действие АБК ведет к уменьшению клеток, количества устьиц на листе, увеличению опушения листьев и в результате к снижению реагирования организма на водный режим (Удовенко, 1979; Шевелуха и др., 1998). Повышает устойчивость и обработка семян до засухи цитокининовыми преператами. Защитное действие цитокинина связывают с его влиянием на структуру и функции макромолекулярных компонентов клетки. Обработка гормонами важна и в целях повышения деятельности белок-стимулирующих систем. Закалке к засухе способствует также предпосевное замачивание и высушивание семян. Полученные из таких семян растения отличаются ксероморфной структурой и повышенной засухоустойчивости. У закаленных растений сохраняется способность к синтезу белка при частичном обезвоживании (Альтергот, 1981; Генкель и др., 1972). По мнению П.А.Генкеля (1982) при предпосевной за калке к засухе функциональная активность рибосом у сельскохозяйственных растений стимулируется, что также определяется большой устойчивостью белоксинтезирующей системы.
В связи с выявлением четкой зависимости устойчивости к засухе от содержания осмотиков в последние годы используется введение в геном растений генов, кодирующих энзимы, которые катализируют образование осмотически активных продуктов (Harms, Oertli, 1985). Эти методы генной инженерии позволяют получить устойчивые к засухе траысгенные растения. При повышении концентрации осмотика в трансгенных растениях табака увеличивается осмотический потенциал и облегчается выживание в условиях водного дефицита (Heyser, Nabors, 1979). Трансгенные растения табака, у которых удалось экспрессировать супероксиддисмутазу (СОД), оказались более толерантными к дефициту воды (Чиркова, 2002).
Основная реакция организма на засоление - нарушение водного потенциала и минерального обмена. Легкорастворимые соли повышают осмотическое давление почвенного раствора и создают физиологическую сухость, от которого растения страдают так же, как от почвенной засухи. При засолении, прежде всего увеличивается значение соотношения связанной и свободной воды и повышается осмотический потенциал клетки (Лапина, Строго-новД979).
Как отмечает И.А. Косарева (1988), при засолении снижается интенсивность синтетических процессов, и усиливается гидролиз. Если степень засоления среды превышает летальный порог, то синтетические функции подавляются настолько сильно, что растение гибнет. Если же засоление не достигает этого порога, синтетические реакции стабилизируются на новом, пониженном уровне. Интенсивность ростовых процессов, зависимых от уровня синтетических реакций и интегрально отражающих его, на засоленном фоне снижается, что в конечном итоге приводит к снижению продуктивности рас тений.
Изменяется и соотношение фитогормонов: накапливается АБК, что ведет к закрыванию устьиц и способствует ограничению потери воды (Шеве-луха и др., 1992; Шевелуха, 1998). Образование хлорофилла тормозится, прекращается синтез крахмала. Торможение фотосинтеза коррелирует с замедлением транспорта ассимилятов. Солевой стресс увеличивает образование органических кислот.
Агрометеорологические условия 2002-2005 гг
Для характеристики метеорологических условий в годы проведения опытов использовали данные метеостанции Казань-Опорная, находящийся от места проведения опыта в 12 км.
Агрометеорологические условия вегетационного периода 2002 года складывались следующим образом (рис.3). В начальный период вегетации (май) количество осадков было выше, а среднесуточные температуры ниже среднемноголетиих значений. В июне количество осадков и среднесуточных температур были существенно ниже среднемного летних показателей. В июле наблюдалась необычайная жара (среднесуточная температура воздуха была на 24 % выше по сравнению со средне много летними данными).
Агрометеорологические условия вегетационного периода 2003 года отражены на рис 4. В начальный период развития растений (июнь) отмечалось существенное превышение количества осадков над среднемноголетними значениями (на 33 мм выше нормы) и пониженные температуры воздуха (на 3,4С ниже нормы). В июле и в августе климатические условия были достаточно благоприятными для роста и развития культурных растений.
Метеоусловия вегетационного периода 2004 года показаны на рис 5. В мае агроклиматические условия практически не отличались от среднемноголетиих. В начальный период развития растений (июнь) температурный фон не отличался от многолетних, однако количество осадков было несколько меньше средних значений. В июле установилась теплая погода с большим количеством осадков. В августе отмечалась жаркая сухая погода, благоприятная для уборки урожая.
Вегетационный период 2005 года был неблагоприятным по количеству выпавших осадков (рис. 6). В мае агроклиматические условия практически не отличались от среднемноголетних. В начальный период развития растений (июнь) температура воздуха была ниже (на 1,4С ) многолетних значений, количество осадков было намного выше (на 59 мм) средних значений. В июле температура воздуха тоже была ниже средних значений (на 0,9 С), и количество осадков немного превышало многолетние значения. В августе отмечалась теплая погода, благоприятная для уборки урожая. - 1 вариант - контроль (пшеница без обработки); - 2 вариант - растения опрыскивались 0,1% раствором Си, Мо-ЖУСС-2 ТУ 2189-002-ОП-2789377698 однократно в фазу кущения; - 3 вариант - растения обрабатывались этим препаратом двукратно в фазах кущения и выхода в трубку; - 4 вариант - растения обрабатывались трехкратно в фазах кущения, выхода в трубку и колошения.
Полевые опыты были проведены на опытных полях Учхоза КГСХА на серой лесной почве среднесуглинистого механического состава. Участок имел ровный микрорельеф. Почва средне- и хороню окультуренная. Обработка почвы включала лущение, вспашку и культивацию. Предшественник: в 2002 году - озимая рожь, в 2003 году - чистый пар, в 2004 году - занятой пар (горохово-овсяная смесь), в связи со сменой участка, в 2005 году явился ячмень. В 2002-2004 годах в качестве удобрения использовали ; нитроаммо фоску в расчете 300 кг/га, в 2005 году вносили аммиачнуїоМГ диаммофоску в расчете 150 кг/га каждую. Посев проводили рядовым способом сеялкой СН-16 на глубину 5-6 см с нормой высева 6 млн. всхожих семян на 1 га. Обработку пестицидами не проводили. Урожай убирали прямым комбайни ров а-нием «Сампо-500». Учетная площадь контрольного и опытного вариантов составляла по 40 м" (по 10 м" в 4х повторностях каждый вариант). Учет густоты стояния растений определяли в фазе полных всходов и п.е-ред уборкой путем подсчета на 3-х площадках по 0,33 м на каждом варианте. Нарастание наземной биомассы определяли по фазам развития растений путем взвешивания растительных проб.
Структуру урожая определяли методом индивидуального анализа рас-тений пробных снопов, отобранных с постоянных площадок (по 0,33 м" в трехкратной повторности по каждому варианту). Вес 1000 семян определяли по ГОСТ 9353-90. Определение лабораторной всхожести семян проводили согласно ГОСТ 10968-72. Урожайность учитывали путем поделяночного обмолота с пересчетом на 100% чистоту и стандартную влажность.
Расчет экономической эффективности проводили на основе технологических карт по действующим нормативам и расценкам. РН среды пахотного слоя определяли согласно ГОСТ 277533-88; Р2О5-согласно ГОСТ 27753.5-88; К20 - ГОСТ 27753.6-88; В- ГОСТ 50688-94; Zn -ГОСТ- Р 50686-94; Со - ГОСТ-Р50687-94; Мп - ГОСТ- Р 50682-94; Си -ГОСТ- Р 50684-94; NH+4- ГОСТ 26489-85; NO3" - ГОСТ 26951-85; содержание солей тяжелых металлов (валовая форма)- согласно методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах и продуктах растениеводства ЦИНАО (1992).
Влияние некорневой обработки ЖУСС-2 на продукционные процессы и урожайность яровой пшеницы сорта Люба
Стабилизация мембран, по всей вероятности, лежит в основе повышения устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов в наших экспериментах. Установлено, что устойчивые растения отличаются большей стабильностью мембранного аппарата и способностью к поддержанию го-меостаза клетки (Чиркова, 1997).
Следующим этапом наших исследований явилось выяснение механизма стабилизации мембран под действием изучаемого препарата.
Известно, что изменения проницаемости мембран разнообразны. Их связывают с изменением отношения Н+/Са2+ в мембранах. Повышение концен-трации Н усиливает, а введение в раствор Са уменьшает проницаемость мембран. Некоторые исследователи ставят изменение проницаемости в зависимость от уровня SH-групп и дисульфидных связей в мембранах, от образования в мембранах дефектных областей в липидах, которые являются результатом накопления свободных жирных кислот, продуктов ПОЛ, от изменения активности эндогенных фосфолипаз. Наиболее же универсальным представляется объяснение зависимости проницаемости от концентрации АТФ в клетке. Действие экстремальных факторов ведет к снижению уровня АТФ. что влечет за собой нарушение мембран и ограничения в поддержании их структуры.
Возможно изменение мембранной проницаемости с помощью веществ, стабилизирующих мембраны и предотвращающие их распад. К таким мем-бранотропным соединениям относятся соли Са, антиоксиданты (витамин Е) и др.
Выше отмечено, что одним из ведущих факторов, влияющих на состояние мембран в клетках живых систем, является перекисное окисление липи-дов (ПОЛ). Интерес к исследованию этого вопроса был связан также и с тем, что медь, входящая в состав ЖУСС-2, согласно литературным данным (Горбачев, Горбачева, 2002), может обладать прооксидантиым действием, приводя к образованию АФК провоцирующих ПОЛ,
Активизация ПОЛ представляет собой универсальное следствие воздействия на живую систему разнообразных неблагоприятных агентов, результат усиления окислительного катаболизма сложных органических структур ПОЛ - цепной свободиорадикальный процесс, обеспечивающий расширенное производство свободных радикалов. В результате этого процесса НЖК липидов, в том числе входящие в состав биологических мембран, окисляются до короткоцепочных углеродных фрагментов (Владимиров и др., 1991).
В ходе перекисного окисления НЖК подвергаются гемолитическим разрывам по С-С и С-Н связям с образованием высокореактивных радикальных интермедиатов. Первичными продуктами ПОЛ являются пеытадиениль-ные радикалы, образующие диеновые конъюгаты и гидроперекиси жирных кислот (Владимиров, Арчаков, 1972). В результате распада гидроперекисей образуются вторичные продукты ПОЛ - альдегиды, в частности МДА, кето-ны, спирты, эфиры, лактоны. Промежуточные и конечные продукты ПОЛ, накапливающиеся в условиях стресса, могут оказывать определенное модифицирующее воздействие на мембраны и некоторые ферменты (Маторин и др, 1999). В частности, МДА способен взаимодействовать со свободными аминогруппами белков, компонентами фосфолипидов, инициировать появление в мембранах этилена. Кроме того, МДА, взаимодействуя с аминами, может вызывать разрывы в молекулах ДНК в результате выщеплспия из них аденина и связываться с ДНК, уменьшая матричную активность РНК- поли-меразы (Попов, Конев, 1984). Основными следствиями ПОЛ, по мнению Ю.А. Владимирова (2000), являются окисление тиоловых групп мемранных белков и инактивизация ионтранспортных ферментов, в частности Са2+- АТ-Фазы, увеличение ионной проницаемости и уменьшение стабильности ли-пидного бислоя, что может привести к электрическому пробою и полной потере мембраной ее барьерных функций. Таким образом, усиление образования АФК при различных стрессовых воздействиях может оказывать негативное влияние на жизнедеятельность клеток организма.
В связи с вышеизложенным нами изучалось образование МДА в контрольном варианте и под действием некорневой обработки ЖУСС-2. Установлено, что действие ЖУСС-2 приводит к достоверному снижению образования МДА (рис. 14). По всей вероятности, это и является одной из основных причин эффекта стабилизации мембран под действием ЖУСС-2.
Проведение исследований в полевых опытах 2004 года показало достоверное снижение содержания МДА в фазу кущения и выхода в трубку во всех вариантах, а в фазу колошения-цветения в 3 и 4 вариантах. В 2005 году снижение содержания МДА наблюдалось в фазу кущения во 2 варианте, и в фазу колошение-цветение во 2 и 3 вариантах (табл. 17).
