Введение к работе
Актуальность проблемы'.' Основная задача сельскохозяист-пенного производства кашей страны—,обеспечение дальнейшего роста и получение, устойчивых урожаев с высокими качественными показателями. (Материалы XXV съезда КПСС, 1976 г.К Ведущая'роль в ее решении.принадлежит минеральным, и прежде всего/азотным удобрениям. Разработка приемов повышения эффективности азотных удобрений, обеспечивающих'Солее полное и продуктивное использование сельскохозяйственными' культурами удобрений, возможна, лишь на основе* глубокого всестороннего изучения азотного обмена растений (Плсшков, 1967, 1975; Панников, Минеев. 1977). В условиях широкого применения азотных удобрений очевидна целесообразность т использования биохимических тестов.для прогнозирования потребности растений в азоте, контроля i& продуктивным усвоением его на создание урожая высокого качества и при направленной селекции культур*
Особую актуальность в связи с вышеизложенным приобре
тает исследование нитратредуктазы — молибденсодержащего
фермента, осуществляющего первый этап восстановления нн-
траіоп в_растениях (Кретович, 1972; Пейве, 1972; /Кизневская,
*Nason7Hl72?Evans, 1953; Nicholas, 1957). , .. ,
Функционирование ннтр а треду кта зной системы в значительной мере определяет интенсивность и продуктивность усвоения растениями азота удобрений (не только нитратных, но и аммонийных и амидных вследствие.быстрой их нитрификации), н почвы (Хьюнтт, 1961; Муравин, 1963; Hernandez ct аЦ-1974). Адаптивный по отношению к нитратам характер фермента предполагает возможность оценки уровня азотного питания растеннйи степени усвоения ими поступившего азота по активности нитратредуктазы (Муравин и др., 1964; Hage* man et al„-1963). Применение молибденовых удобрений может вследствие усиления процессов усвоения нитратного азота повышать эффективность азотных удобрений и использования азота почвы (Петербургский, Муравин, Нелюбова, 1970; Смирнов, Муравин, 1972; Смирнов, Муравин, Шумна, 1975).
Цель исследований. Основной целью исследований являлось изучение взаимосвязи между:
irt.t
*— размерами, темпами поглощения и усвоением нитратного азота растениями в онтогенезе
— скоростью индукции и уровнем индуцируемой активности ннтратредуктазы
при различных условиях азотного питання (концентрации нитратов, уровня предшествующего аммонийного азота и среде) и обеспеченности молибденом.
Научная новизна. Установлено, что активность ннтратредуктазы изменяется в онтогенезе ячменя и салата в соответствии с общим ходом потребления нитратов . и усвоения азота растениями. Впервые экспериментально доказана сильная положительная корреляция уровня активности ннтратредуктазы в отдельные фазы онтогенеза с концетрацней нитратов в питательной'среде, а также количеством как поглощенного, так и включенного п.состав белка азота. Выявлена зависимость скорости образования и уровня индуцированной в ответ на нитраты активности фермента п.растеннях от фази онтогенеза, концентрации нитратов и уровня предшествующего аммонийного литания. Показано положительное действие молибдена на восстановление нитратного азота в растениях и включение его в состав белка не только для крестоцветной, но и злаковой культуры.
Научная значимость и реализация исследований. Показана принципиальная возможность „диагностирования обеспеченности растений азотом и прогнозирования интенсивности усвоения экзогенного нитратного азота в течение вегетации на основе определения активности нитратредуктази. Результаты исследований являются экспериментальным обоснованием ферментативного метода диагностики питания растений азотом и могут бить использованы для разработки конкретних приемов регулирования азотного питания растений с помощью удобрений в условиях интенсивной ннтрифнкации.Проведен-ная работа вносит также определенный вклад в изучение роли молибдена в азотном питании растений и указывает на целесообразность применения (на бедных этим микроэлементом почвах) молибденовых удобрений в сочетании с азотными под овощные культуры семейства крестоцветных НС только с целью повышения урожаи и содержания белка, но и для ограничения накопления нитратов в продукции.
«Объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 21 рисунок, 32 таблицы и состоит из введения, литературного обзора (41 стр.), экспериментальной части (3 главы, 80 стр,)," выводов,.списка литературы (3IG наименований в т, ч. 171 иностранных) и 3 приложении (результаты математической обработки урожайных данных, вычисления коэффнциснтоп корреляции, исходные аналитические данные на GI стр.).' 2 .
-Объекты, методика и условия исследований
Объекты исследований — ячмень Московский 121 и листовой салат Московский парниковый — культуры, отличающиеся по требовательности к условиям азотного питания, размерам и темпам потребления азота, отзывчивости на внесение молибдена.
Программа исследований предусматривала сочетание ана
литических работ для оценки размеров^поступления и усвое
ния азота в онтогенезе и на отдельных его этапах с наблюде
ниями за активностью нитратредуктазы :в корнях и надземных
органах растений, выращивавшихся в песчаной угеменных вод
ных культурах приразлнчныхусловиях азотного питания и
обеспеченности молибденом в вегетационном домике Агрохи
мической опытной станции им. Д. Н..Прянишникова в 1972—
1975 гг: '".*.
В песчаных культурах {опыт Ml с ячменем, 1972 г., емкость сосудов 5 кг, число растений на сосуд"—20) изучалось изменение активностинитратредуктазы вонтогенезе ячменя при различных дозах нитратного.азота-с-начала вегетации (1/8, 1/4. 1/2, 1 и P/i дозы N по; смеси .Кнопа, другие макроэлементы в дозах по полной смеси) и обеспеченности молибдена (при остаточном уровне 0,01 .мг/кг' и внесении п дозе 0,5 мг/кг; прочие микроэлементы по смеси Арнона «А—Z* согласно Хьюнтту. I960). . . . -
В вегетационных опытах со сменными водными культурами изучалась скорость индукции, уровень индуцируемой активности нитратредуктазы, поступление и сопряженные процессы усвоения азота после замены аммонийного источника на нитраты в отдельные фазы онтогенеза ячменя и периоды вегетации салата. На протяжении опытов поддерживалось постоянное значение рН питательных смесей (6,0—6,5), замена формы или концентрации азота производилась"» соответствии с принятыми требованиями. Микроэлементы, за исключением молибдена, вносили по смеси «А—Z» Арнона; .железо в виде хелата ЭДТА, Остаточный уровень молибдена в среде — 0,01 мг/л.
В опыте 2 (1973 г.) с ячменем (ємкості, сосудов 5 л, число растений на сосуд — 20) доза аммонийного азота с начала вегетации— из.расчета 1/2 N от полной смеси Кнопа, а после замены на нитраты в фазах трубковакия, цветения, молочной и восковой спелости зерна—I N; остальные макроэлементы на протяжении опыта по'смеси Кнопа, При замене источника азота в питательную смесь в половину сосудов вводили молибден в дозе 0,5 мг/л. Экспозиция при наблюдениях за индуцированной активностью нитратредуктазы-Я—48 ч после переноса растений на нлтраты.
Опыты Є салітом (1974—1975 гг.) проводили в сосудах емкостью 5 л, число растений на сосуд — 12.
В четвёртом опите растения с начала вегетации іш рати ва
ли на видоизмененной смеси Гельрнгелн с концентрацией
аммонийного азота 21 мг/л с последующей заменой в фазу ро
зетки (в период интенсивного роста при формировании 4—G
настоящих листьев) и при стеблевании на питательные рас
творы с различной Концентрацией нитратов (2,0; 5,25; 10,5;
21; 42 и 84мг N/л) без молибдена и с его внесением (0.2 мг/л).
Экспозиции наблюдений за активностью фермента, поступле
нием и усвоением азота составляли от 6 до 168 ч после пере
носа на нитраты. Был предусмотрен также вариант с постоян
ным выращиванием салата на аммонийном источнике азота
(при дозе* 21 мг/л с заменой смеси на исходную в аналогичные
сроки вегетации). '
В. вегетационных опытах с салатом изучалась также ско
рость индукции нитратредуктазы при полном исключении азо
та из состава питательной смеси на одни сутки перед пере
носом 10-дневных проростков с аммонийного на различные
концентрации нитратного азота (опыт 5, условия аналогичны
указанным выше для опыта 4) Іі в зависимости от предшест
вовавшего переносу на нитраты уровня аммонийного питания
(в опыте 6). . '" '. ' ' '
Повторность вариантов опытов при закладке определялась программой наблюдений. При промежуточных'учетах массы растений по фазам развития ячменя и отдельных экспозициях повторность двухкратная, при созревании — 4-кратная. В'опьь тах с салатом при начальной и конечной экспозициях—4-крат-пая; промежуточных—'2-кратная, Результаты 'конечного учета' сухой массы растений подвергали математической обработке методом дисперсионного анализа (Плохинский, 1970). 'Содержание общего, белкового и небелкового азота определяли в фиксированном и высушенном растительном материале микромет'одом'Кьельдаля после озоления с фенолсерной кислотой. Небелковые формы азота определяли в свежих ра* ститсльных образцах: нитраты—дисульфофеноловым, аммиачный и амидный азот—микродиффузионными методами, по разности между их суммой и общим количеством небелкового азота— азот свободных аминокислот (Плсшков, 1968)'. " Биологическая повторность — 4-кратиая, аналитическая — 3—4%ратная/ ''''
Активность нитратредуктазы в корнях и надземных органах растений в 4-кратной повторності! определяли по Пейве с сотр. (1968); ' ' .
Оценку степени взаимозависимости между активностью нитратредуктазы и концентрацией нитратов в среде, количеством поглощенного и включенного в состав белка нитратного
азота проводили с помощью корреляционного анализа по До-спехову (1905).
В специальных исследованиях по новообразованию ннтра-
тредуктазы в ответ на нитраты использовали «актиномишш
Д» (опыт 3 с ячменем), при изучении компонентного состава
и ннтратредуктазной активности белков салата (выращенного
на аммонийном источнике азота, а также после замени его на
нитраты в опытах 4—6) применяли метод дискэлектрофореза
в 10% полнакриламидном геле (Маурер, 1971; Сафонов, Са
фонова, 1971) и ступенчатую хроматографию на ТЭАЭ-цел-
люлозе (Плсшков, !968), ...