close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

639

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пМОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА
И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ,
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА
•' '
^
На правах рукописи
ХАРИТОНАШВИЛИ Елена Владимировна
•••°:'-'.-" ••' :"',л-: т ' ,'i:7i:.':'.: \;;• •"•;••'• • • •" •.<>'^.-' ; v . : „ у д к , 5 ш з з . г
« И С П О Л Ь З О В А Н И Е ПРОРОСТКАМИ :
П Ш Е Н И Ц Ы НИТРАТА С Р Е Д Ы
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ Т Е М П Е Р А Т У Р Н Ы Х
"..'VV'' : 'УСЛОВИЙ»
-'•-"••>; ;У-::-^Ч}.
,
^03.00.12—-физиология растений»
'if
!
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
А.'.' V
МОСКВА 1989
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«~
'
,
if'
I
- '
'..Работа вЫпблнена на кафедре физиологии растений био­
логического факультета Московского государственногоч уни­
верситета им. М: В. Ломоносова. > ,
-•
\ :,
' Научный руководитель — кандидат" биологических наук,
ведущий.научный сотрудник Алехина Н. Д. . \
Официальные'оппоненты: доктор биологических наук, про--4
фессор А. Е. Петров-Спиридонов; кандидат ч биологических '
наук, доцент Е.Н. Маркарова.
',
Ведущее учреждение — Всесоюзный институт удобрений и
агропочаоведения им. Д. Н. Прянишникова.
. .j^
Защита состоится «<-'» . ^^f^y.
. 1989 г в"« / А час.
на заседании специализированного совета Д 120.35.07'при Мо­
сковской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Зна­
мени сельскохозяйственной академии им! К- А. Тимирязева.*
Адрес: 127550, Москва, И-550,'Тимирязевская ул., 49, уче}
ный совет ТСХА. '
'
;
'
'
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ Т|СХА.
Автореферат разослан « «? » .' ^(^У.
. .' . 1989 г. <
Ученый секретарь
специализированного совета —
кандидат биологических, наук ч
" * • * • _ * * * -
,
,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
.-• ВВЕДЕНИЕ . ' . ' • ' . .
Актуальность темы. Нитрат - основная форма азота, используе­
мая растениями.как в природных экосистемах, так и на большей части
возделываемых площадей. Интенсивность и эффективность использова­
ния окисленного азота среды зависят от внешних факторов (доступ­
ности JfO~, температуры, влажности, рИ и др.) и от особенностей об­
мена растений, которые различны у разных видов и в ходе онтогенеза.
. Физиологические и биохимические процессы утилизации нитрата в свя­
зи с их биологическим и сельскохозяйственны!/! значением исследуются
В ряде Лабораторий За рубежом (Jackson,1978; Beevera, Hageman
I960; Clarkson. Hanson
,
, 19Ь0;Оакз , G a d a l / . , I9bO;Srivastava
,
I960; Parkaah t 1965) и в напей стране (Павлов,Грабовская,197Ь;
Петров-Спиридонов, Моллов, 19Ь2; Крастина и др., 1983; Кондратьев,
Костгокович, Третьяков, 1984; Измайлов, 1986; Алёхина, Клюйкова,
1986; Кретович, 1987).
Усилия физиологов вначале были направлены на изучение поступ­
ления JfOg , распределения по органам и функциональной роли корне­
вых систем в утилизации нитрата (Сабинин, 1949; Курсанов, 1957;
Потапов, Суманова, 1966; Lycklama , 1963; Darwinkel , 1 9 7 5 ) ; био­
химиков - на исследование структуры нитратредуктазы (ИР) и меха­
низма восстановления (Кретович, 1972; Beevera, Hap.eman , IS69). .
В последние годы физиологи больше внимания стали уделять системам
транспорта аниона из среды в корень (Thibaud .Crignon , 19ъ0;
Dejagere e t a l .
t
I9S4; M engel
, 1966; Dean-Druiraiond
i Clarkson
i
1986) и процессам транслокации (Измайлов, 1981; Алёхина, Клюйкова,
I 9 S 6 ; F a t e , I960), а биохимики - механизмам регуляции активности
HP (Beevera ^ageman . , I960). Но. несмотря на большие успехи в
расшифровке систем ассимиляции JfQ~ и в изучении КР, мы все eqe да­
леки от понимания того,•',кап регулируется поступление нитрата и
его усвоение в растении.
Q--"P^33'IУ
Цг:пр. научная бн2я отека
Мг%\. с; д. J)v:i.;::a са^ьхоз.
а:ад. ш. К. А. Тншр.шза
1Й
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 2 Развитие растений часто происходит при пониженной температуре
почвы. Около 60$ посевных площадей СССР расположено в холодном кли­
мате (Мищустин, 1983). В этих условиях поглощение нитрата заметно
снижается (Штраусберг,1965; Коровин,1972; Алёхина, Клюйнова,1972;
Williams tviamia
,1962). Физиологический механизм такой ответной
реакции до конца неясен. Помимо того, что зависимость усвоения )Ю~
от температуры важно изучать саму по себе, температура может быть
инструментом, с помощью которого осуществимо исследование взаимо­
связи различных этапов нитратного обмена. Это позволит вычленить
лимитирующее звено, которое определяет интенсивность усвоения нит­
рата.
Целью данной работы было выяснить, какие процессы нитратного
обмена являются первопричиной изменений в использовании нитрата
проростками озимой пшеницы при пониженной температуре в зоне корней.
В задачи исследования входило:
1. Исследовать поступление нитрата из среды в 12-дневные рас­
тения пшеницы, росшие при двух температурных режимах, и выяснить,
как регулируется система транспорта ,V0~.
2. Установить, каков нитратный статус проростков пшеницы в
тс
зависимости от температурных условий; с помощью
,'Ю~ выявить кар­
тину распределения окисленного азота по органам и определить воз­
можности растений пшеницы восстанавливать поглощаемый азот.
3. Исследовать компартментацио нитрата в корнях, выяснить, в
какой мере температурное воздействие влияет на размеры пулов )f0~
и каков характер взаимосвязи между поглощением и эндогенным содер­
жанием аниона.
4. Проанализировать степень участия процесса транслокации в
регуляции поступления нитрата в зависимости от температуры.
Научная новизна. Проведено комплексное исследование регуляции
поступления нитрата у проростков пшеницы стационарного состояния в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
системе: транспорт в корень - накопление и восстановление в тка­
нях - транслокацкя в надземные органы. Показано наличие околочасо­
вых колебаний скорости поглощения и участие в регуляции поступле­
ния системы вход/выход.. Впервые установлены колебания в концентра­
ции нитрата в тканях корня, которые происходят в противофазе с из­
менением скорости поглощения. Установлено, что изменения концен­
трации аниона в тканях являются элементом системы регуляции поступ­
ления. На основании исследования КО" - статуса предложено понятие
"подвижного пула" для характеристики быстрообмениваемого нитрата
корней, предназначенного для перемещения в надземные органы. Пока­
зана определяющач роль процесса транслокации в способности расте­
ний использовать азот среды при разных температурных условиях.
Практическая ценность. Установленный в работе факт, что лими­
тирующим этапом усвоения окисленного азота является транслокация,
помогает корректно оценить возможности растений использовать азот
среды, что необходимо для разработки схем эффективного использова­
ния азотных удобрений. Продемонстрирована идентичность величины
Т5
интенсивности транслокацни,определяемой с помоцьв. }Г0~ и рассчи­
танной на основании поступления, восстановления и распределения
нитрата. Расчетный способ (более доступный и дезевый,чем изотопный)
предложено использовать при определении интенсивности транслокации
окисленного азота в интактнон растении. Результаты исследования пу­
лов нитрата в корнях могут быть полезны при отборе форм с высокой
способностью утилизировать окисленный азот. •
- - -Апробация работы. Основные результаты,диссертации били доложе­
ны на научных семинарах кафедры физиологии растений биофака "ГУ,на
межфакуяьтетских научно-практических конференциях "МГУ - сельскому
хозяйству"(1!осква, ГЭ82,1%5), Конференции молодых учетас био*ака
?ТУ (I9&7), на Сабининских семинарах "Ионный обмен растений и ^иэи-ч
ология корня" (Москва, И:Р АН СССР,1СЫ,1»:6,19ь7,J9J3), на Dccco-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
_ 4 юэной конференции "Устойчивость к неблагоприятным факторам среды.и
продуктивность растения" (Иркутск,ISb4), на сессии Научного совета,
посвященной 100-летию со дня рождения Н.И.Еавилова (Алма-Ата,19Ь8),
на Всесоюзной школе-семинаре по минеральному питанию растений (Чер­
нигов, 19Ь8).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ,
I работа сдана в печать.
Структура и, об-ьр" диссертации. Диссертация состоит из введе­
ния, обзора литературы (4 части),изложения результатов и их обсуж­
дения (3 части),заключения, выводов,таблиц приложения, списка ци­
тируемой литературы (270 наименований). Основной текст диссертации
изложен на 142 страницах и содержит 17 таблиц и Г? рисунков.
ОБЪЕКТ И [ Е Щ Ш иССЛЗДВЛШ.1
Работа, выполнена на 12-дневных проростках озимой пшеницы (Triticum aestivum) с."Мироновская ЬОЬ", выраженных на обычном раство­
ре смеси Пряшкникова 0,5 норны (1,5 мМ JlJ^JfOg) и модифицированном
по азоту (3,0 мЧ KJfOg). Часть растений выращивалась при 25 С, а
часть при температуре воздуха 25 С и питательного раствора 12 С
(Клвйкова, Алёхина,1963). Температура 12 и 25 С находится в зоне
температур активной вегетации проростков псеницы.
В исследовании использованы два методических подхода: 1-скорость поглощения ,V0~, нитратный статус и активность нитратредуктазы (liP) изучали при варьировснии наряду с температурными условиями
состава раствора, продолжительности освещения с момента включения
света, голодания. О поглощении судили по убыли аниона из среды.
Концентрацию у0~ в растворе, содержание нитрата в экстрактах из су­
хого и сырого растительного материала измеряли потенциометрически,
используя для регистрации дополнительную систему компенсации сигна­
ла, позволяю^-» определить очень небольшие изменения концентрации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 5 аниона (до7 мкмолей). Активность КР определяли in vivo (Чернавина и др., 1978), '.'
П - поступление аниона, распределение по органам поглощаемого
нитрата и редукция были исследованы на фоне двух температурных режимов с помощью 15SO~. Соли нитрата аммония и калия в питательных
тс:
растворах эауеняли на эквимолярное количество Кх JfO с обогащени­
ем 9о,6 от .5*.-Время экспозиции растений - 5 ц ( с 9 0 0 до I 4 0 0 ) . Су­
хой размельченный материал использовали для количественного опре:
деления азота разных фракций и масс-спектрофотометрического сналиэа, который был выполнен в лаборатории спектрального анализа НЫ1
физики ЛГУ (Лазеева, Петров, 1977).
Статистическую обработку данных проводили, рассчитывая среднее
кведратическое отклонение; коэ^ициент корреляции вычисляли по ме­
тоду для малочисленных групп (Плохинский, I960).
РЕЗУЛЬТАШ И 0БСУЭДЕН11Е
I . Поглощение нитрата пророетквмигеяенипыв ЗЙРИСИ»ОСТИ ОТ
температура _в оояе корней. Усвоение нитрата растениями - многоэтап­
ный процесс,который включает поглощение,восстановление и накопле­
ние -?Ю~ в корнях,отток аниона в надземные органы,накопление и ре­
дукцию в листьях.Как правило,ответная реакция на тешературное воз­
действие охватывает все звенья нитратного обмена (и!траусберг,1965;
Коровин,1972; Кондратьев и др.,19ЬЗ; Клсйкова,Алёхина,1С63; w m i RI-.O jVlaniB t j962;Theodoride3 ,Pearson , 1981). Однако,чувстви­
тельность отдельных этапов неодинакова (Клюйкова,Алехина, 19аЗ).
Это предполагает, что в усвоении JfO" растениями есть "узкоо место",
определяющее чувствительность к температуре процесса в целом. Выя­
вить его на основе анализа литературы невоамояю, так как проведен­
ные исследования касались гяавним образом поглощения и активности HP.
?'ы провели комплексное изучение всех этапов нитратного обмена
у "12-дневной ппеницн, выращенной при разных температурных режимах.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 6 При пониженной температуре в зоне корней накопление сухого вещест­
ва немного снижалось: при 25 С масса проростка (мг) составила
27,Ь±1,0 и £Б,9 ± 1,1; при 25/12 С - 25,2±0,9 и 26,54.1,0 соответст­
венно на нитратном и нитратно-аммонийном г*оне. Замедление роста
связано со снижением массы листьев, а вес корней при 12 С даже воз­
растал. Несмотря на увеличение массы поглощаемого органа, поступле­
ние нитрата при 12 С снижается почти вдвое (табл. I ) .
1'ожно предположить, что причиной уменьпения поглощения £0" при
пониженной температуре в зоне корней является увеличение либо отно­
сительного (Clarkson /Tamer
,1979), либо абсолютного (.Алехина,
Клюйкова,19ЬЗ) поступления аммония в проростки злакоз. Однако, ско­
рость поглощения нитрата из питательной смеси в отсутствие $Щ бы­
ла при 12 С даже ниже, чем в его присутствии (табл. I ) .
Таблица I
Средняя скорость (v ) поглощения нитрата в зависимости от
температуры в зоне корней и состава раствора (мкмоли У0~/г
сирого вещества корней в ч ) .
Составе хемпература
раство­ ^ \ в зоне кор\jjett
ра
Питат.
смесь
моно­
соль
25 С
12 С
Соотношение
12 С/25 С
Crd4Jf03)
4,25x0,11
2,67 ± 0,Ю
0,63
CKV03)
3,8I±0,I2.
1,934.0,05
0,51
3,564.0,06
3,49*0,19
4,С8±0,22
1,95x0,09
1,48^0,02
2,2ll0,P
0,55
0,42
0,54
№4JF03
ККО3
Ca(X"03)s
Степень влияния сопутствующего катиона на поглощение SOg ста­
новится очевидной при экспонировании растений на растворах моносо­
лей (табл. I). При 25 С скорость поглощения аниона мало менялась
в зависимости от катиона. При 12 С она уменьшается по сравнению с
таковой при 25 С в наибольшей степени на фоне К + (соотношение ско-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 7 -. '
ростей 0,42). Соотношение мсчду те>«пературными вариантами скорос­
тей поглощения }."0~ из солей аммония и.кальция резни. Таким образом,
уменьшение поступлении аниона при пониженной температуре в зоне
корней не обусловлено интенсивным поглощением аммония в этих усло­
виях. ''•'.....•'•.
Скорость поглощения Г0~ проросткамигспеницъ:непостоянна во
вре»ени к носит колебательный характер (рис.1). "Размах" колебаний
больше при 25 С, чем при 12 С (табл.2). Следовательно,снижение сре­
днего уровня поступления ГО~ в проростки при 12 С (табл.I) сопро­
вождается уменьшением отклонения от средней скорости поглощения
аниона. При этом "период" колебаний остается "околочасовкм".
Таблица 2
Разница между максимальной и минимальной скоростью поглоще­
ния нитрата ("размах колебаний") у проростков в зависимости
от температурных условий (мкмоли JfO" на г сырой массы в час)
Температура
в зене
корней
JTJT '
опыта
I
о
3
4
5
б
25 С
9,97
10,48
4,9Ь
9,76
7,97
Ъ,37
12 С
4,17
5,67
1,61
4,07
1,78
3,67
Много внимания изученип ритмичности поглощения ионов (в том
. «числе и Jr0~) с периодом меньзим чем сутки уделено советской школой
4 Jt3,IOJ:;orQB растений (Гунар,Крастина,Петров-Спиридонов,1957; Крастин а, 1966,1967; Кондратьев и др., 1963). Было подчеркнуто, что ^че- дедуптел не столько слабое и сильное поглощение, сколько поглоще­
ние и выделение ионов" (Гунар,Крастина,Петров~Спиридонов, 1957). В
настоящее время показано, что поглощение нитрата - результат двух
одно£Р£м£кнп идущих процессов: притока Ю ~ из среды в клетки корня
И оттока JfOa из корня в среду ( Morgan et al .,1973; Jackson et al .,
1978; Deaa-DruTOond.; , I9b2, IS63).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
70 х
а,
о
4-
40
60
56
«3
X
о
SO
S-.
л
к
о
5
54
50
2С
ю
К
X
4
Щ
52
40
10
12
Время суток, ч
Рис.1. Динамика изменения скорости поглощения (
в корнях проростков пшеницы при 25 С (——-)
14
). и эндогенного содержания нитрата (и 12 С (
) в зоне корней.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
' Мы провели количественную оценку входа и выхода ГО~, исполь­
зуя параллельно два способа оценки поглощения нитрата: по убыли
#0" из среды, измеряемой с помощью ионселективного электрода, и по
накоплению в растении
.f. Убыль КО" из раствора отражала нетто-по-
глощение, количество поглощенного
,f0~- величину притока аниона
из среды в корень. Разница между входом и нетто-поглощениеч соот­
ветствует оттоку }г"0" в среду.
Установлено, что приток нитрата в корни растений значительно
превышает иетто-поглощение }f0~ (рис.2). При 25 С наличие в среде
№ J по сравнению с вариантом, где аммоний отсутствовал, приводит к
снижений как входа, так и особенно выхода аниона, то есть происхо­
дит изменение обоих составляющих нетто-поглощения, которое само по
себе меняется не столь значительно. При 12 С изменений в величинах
нетто-поглощения, входа и выхода )Ю~ в зависимости от присутствия
аммония в среде практически не наблюдается.
F H C . 2 . Изменение двух соZ5C . . . . . .
—-^
ЩЫ03
\//////УУХ
izc
—_
У/////\
ставллющих поглощения нит-.
рата в зависимости от фор­
мы азотного питания и тем­
гУС
пературы.
У?//////777*
гыоъ
<гс i/S/S/A
о
но
го
—•., ип
нкг <v-/vy3
*ОРЕНЬ-5У
_ —-*- вход
-*— выход
is/si
нетто-поглощение
При пониженной температуре на нитратно-аммонийном ^сне увелитавается выход аниона (рис.2). Когда нитрат - единственный источник
азота, при 12 С уменьшается,'-глазным образом, вход. Результатом же
изменения соотногения вход/выход под действием пониженной темпера­
туры является уменьшение нетто-поступления JfO~ в проростки nstiwuu'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 10 независима ст источника азотного питания.
Колебательный характер поглощения (рис.1) свидетельствует, что
соотноасние мечду притоком и оттоком непреррвно меняется и периоды,
когда транспорт в корень превышает отток, могут сменяться периода­
ми, когда выход больше, чем вход.
2. Влияние температурных условий, .вкраивания на .нитратный ста- '
туе проростков, и коиплртментеции рнкона в корнях. Уровень окислен­
ного азота у 12-дневньос проростков ппеницы был достаточно высоким
и отражал нитратный статус, которкй складгвался в зависимости от
температурных условий роста (табл.3, рис.За).
Таблица 3
Влияние температуры на относительное содержание (%) и концен­
трацию нитрата (мкмояь на г сирого вещества), в проростках пзеницы, внраценттх в разных условиях азотного питания.
Источник азота
при выращивании
Темпера­
тура,
25
1,5 мЧ J« 4 lf0 3
12
£5
3,0 мМ К]Г03
12
Орган
V.-нитрата
%—
-об^ий
Концентрация
нитрата
Листья
14
61,57^1,57
Корни
17
46,07^.0,93
Листья
8
56,14 А 0,57
Корни
15
56,29^0,57
.• Листья
Г?
68,57iI,39
Корни
17 .
48,93 д 1,00
Листья
Ю
5 0 , 0 7 ± I , 50
Корни
16
62,43 А 1,21
..
У растений выращенных при 12 С в зоне корней, количество окисленно­
го азота в целом проростке заметно уменьшается, но при этом увели­
чивается как доля ДО", локализованного в поглощающем органе (рис.За),
так и концентрация нитрата в корнях (табл.3). Полученная с помочь»
изотопного метода картина распределения вновь поступившего и остав-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- II 1
»*..-_
iJ PACT.
1
миг N-K/QTJ
160
lio
80
MO
го
to I
1
щ-цI
т1ыо3
1
I
J
K/voj
3
i
Рис.3. Нитратный ста­
тус проростка (а) и
распределение поглощае­
мого нитрата (б) в за­
висимости от температу­
ры и формы азотного пи­
тания ( CZZU 25/25 С
УУ/УЛ 25/12 С в зонах
листья/корни)
NH»NO.
сегося невосстановленным нитрата (рис.Зб) отражает тот характер
распределения Г0~, который сложился у проростков в зависимости от
температурных условий выро^вания (рис.За).
Наряду с изменениями концентрации JFOg, связанными с воздейст­
вием температуры (табл.3), были выявлены околочасовые колебания со­
держания нитрата в корнях (рис.1). В литературе сведений о наличии
таких кратковременных колебаний концентрации JfO~ нам не встреча­
лось. Измерение концентрации },'0~ в тканях корня и скорости поступ­
ления нитрата у растений на нитратно-аммонийном i*one было проведе­
но нами одновременно. Оказалось, что эти величины меняются в "про­
тивогазе" (рис.1). Регрессионный анализ показал, что мездунеттопогло^ением К'О" и эндогенной концентрацией аниона существует обрат­
ная корреляция: строгая у корней растений при 25 С с коэффициентом
корреляции i"=-0,95 (j>> 0,95) и менее четкая при 12 С с г =-0,U>
( j 8 ^ 0,95).
,
Принцип обратной зависимости предполагает, что увеличение од­
ной величины приводит к уменьшения другой и наоборот. В на=ем слу­
чае увеличению концентрации нитрата в тканях корня соответствует
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 12 уменьшение нетто-поглоцения аниона и наоборот (рис.1). Так как по­
ступление Г0~ равно разнице между 'двумя векторами "входа" и "выхо­
да", из которых только "вход" имеет то же направление, что и чис­
тое поступление (внутрь корил), то обратная зависимость существует
мечду вектором "вход" и эндогенньг.» содержанием нктрата. Система ре­
гуляция "эндогенное содержание - вход" работает при небольших коле­
баниях концентрации №~ (рис.1) и дает нам один из примеров тонкой
саморегуляции жизнедеятельности растительного организма.
При 12 С замедление нетто-поглоцения нитрата у растении, вкраценних на нитратно-аммонкинсм фоне, обусловлено увеличением эффлакса. Поэтому к системе регуляции "эндогенная концентрация - вход"
добавляется механизм регуляции через систему "эндогенная концентра­
ция - выход" и коэффициент обратной корреляции невесок.
Изменения в содержании окисленного азота в тканях часто связы­
вают с активностью IIP ( Mlnottl t Jaokoon ,1970; Hallmark , Huffaker
, 1976). У исследуемых 12-дневньгх проростков ппсиицы темпера­
турные условия взращивания мало сказались на потенциальной способ­
ности восстанавливать ;,'0~ (в корнях при 12 С на KjfO. активность дао
о
же увеличивалась) (табл.4). Оценка реальной редукции нитрата в эксперкментах с 15А*0~ показала, что D корнях одного растения за 5 ч
усваивается при 25 С 3,95 и 4,03 мкг IS>,'-?;03 и при 12 С - 4,59 и
3,75 соответственно на нитратно-аммонийном и' только нитратном фоне.
Таким образом, накопление нитрата в корнях при 12 С не связано с
замедлением их восстановления.
Количество нитрата в тканях отражает суммарный эндогенный
фонд нитрата, который в тканях компартментирован в запасном и мета­
болическом пулах. Описание пулов и методов их определения проведе­
но в основном на листьях (Kills et al ф> 1964). Вопрос о компартментации в корнях изучен меньае. На наш взгляд подход к исследова­
нию проблемы пулов в корнях должен быть иным, чем в листьях, так
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 13 Таблица 4
Активность нитратредуктаэы (мкг Jf-JfOg на г скрой массы в ч) у про­
ростков пиеницы в разных условиях М -питания и температуры.
Температура
в зоне корней, °С
Орган
растения
Источник азота в питательном растворе
УН4У0з
ю°з
54,30 ± 1,бЗ
62,40±0,4Ь
Корни
5,57x0,25
4,95x0,37
Листья
60,70x0 ,Ь7
62,90x0,92
Корни
4,59x0,27
В, 63x0,70
Листья
25
12
как значительная часть поглощаемого нитрата в неизменном виде пе­
ремечается в надземные органы. Поэтому мы провели оценку пулов в
корнях при сохранении функциональной взаимосвязи корни-листья. Эн­
догенная концентрация аниона была измерена в корнях проростков,
которое росли при наличии нитрата (контроль), в течение 5 ч не по­
лучали КО"» но снабжались КН^" И Л И 4Ь Ч находились на воде (рис.4).
При 25 С через S ч без ЦО~ резко снижается количество нитрата в
корнях и настолько »е уменьяается содержание },*0~ после 4Ь ч голо­
дания. При 12 С падение содержания нитрата через 5 ч не так вели­
ко, но после 4Ь ч голодания сно значительно. При отом пропадает
разница в уровне Р0~ у корней при двух температурных режимах, та
разницаj которая отражает различия в КО~-статусе проростков.
1
25 с
-J
^УУУУУТ
Рис.4. Изменение содержания нитрата в корнях про­
ростков пшеницы после уда­
ления К0~ из среды.
з
Г- ••-.'••'I - о ч на аммонии
го
20
чо
hxtiJtE9i
*ор «Мб
У//Л-
4Ь ч на воде
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 14 Нитрат, оставшийся в корнях после 48 ч экспозиции на воде,эапасной и медленно обмениваемый фонд аниона и он одинаков у пше­
ницы, росшей при 25 и 12 С в зоне корней. Исчезавшая при экспози­
ции на воде часть нитрата может быть отнесена к "метаболическому"
пулу, который доступен ЕР,- и пулу, предназначенному для перемеще­
ния Е надземные органы, которые вместе составляют активный пул ни­
трата корней (рис.6). Максимальное количество нитрата доступного
HP, оцененное на основании определения активности фермента, состав­
ляет всего 6-8$ от общего содержания JfO~ в тканях и одинаков в кор­
нях при двух температурных условиях. Чтобы обозначить больную часть
нитрата, предназначенного для перемещения в надземные органы, мы
предлагаем ввести понятие "подвижного" пула (рис.6). Очевидно, что
накопление аниона в корнях происходит именно в "подвижном" пуле.
В корнях при 25 С,активный пул нитрата быстро обновляется.
Он исчерпывается уже через 5 ч после перенесения проростков на ам­
моний, когда концентрация аниона становится практически такой же,
как после двухдневного пребывания на воде (рис.4). При 12 С актив­
ный фонд за 5 ч не успевает израсходоваться и поскольку редукция
SO" вносит небольшой вклад в изменение размеров этого фонда, то за­
медление его использования связано о "подвижным" пулом JfO^ и опре­
деляется изменениями в оттоке аниона в надземные органы.
3. Трпнслокоцкя нитрата из корней в листья: зависимость от
температуры .среды.
В последние годы усилился интерес исследователей к процессам
транслокации !t0~ в связи с действием неблагоприятных факторов
(Кдюйкова, Алёхина,1983;Rufty et al
.,I98I;Theodorldes
.Pear­
son ,1981). В методическом плане изучение транслокации аниона не-'.
' • , • : ' ' • . . .
.
простая задача: использование изотопа
T
R
.* трудоемко, малодоступно
и дорого; сбор пасоки у проростков технически сложен и, кроме.того,
состав и количество выделяемой пасоки могут отличаться от таковых
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 15 в целом растении.
Величина потока ;,*0~ из корней в листья у 12-дневной пзеницы
была оценена нами двумл различными способами: изотопным ( J,"0~) и
расчетным. При 12 С в зоне корней замедляется перемещение
.\"0~ в
надземные органы (рис.5,6), но относительное количество нитрата,
оставаегося в листьях невосстановленным, одинаково при обоих тем­
пературите режимах (рис.5). У растений в условиях градиента темпе­
ратур меньшее количество поступающего в листья окисленного азота
восстанавливается. Мы считаем, что наблюдгс?/ое замедление восста­
новления К*Од в листьях обусловлено замедлением притока аниона под
действием температуры. Зсдер?хга транслокации приводит также к то­
му, что в корнях накапливается невосстановленный азот поглощаемого
нитрата (рис.5). Вследствие этого возрастает роль корней в усвое­
нии ГСП.
Расчетный метод оценки интенсивности дальнего транспорта до­
статочно сироко.используется в последние годы (Rufty et ai.,19bl).
На основании экспериментально установленного количества восстанов­
ленного (по активности HP) и изменению ондогенного содержания мы
рассчитали количество нитрата, транслоцированного из корней в над­
земные органы (рис.66). Величкни транслокации, определясмке И З О Т О П H U M и расчетным методами xoposo совпадают. Применив расчетный спо­
соб, мы смогли также установить величину транслокации у растений,
которые росли при снабжении нитратом, а затем п течение 5 ч получа­
ли только .Ш,- (рис.бв).'У таких растений падает уровень нитрата в
корнях по сравнении с контрольными проростками, по-прежнему испольоуюдкми K)f03. Поскольку в этом случае количество поглощенного нит­
рата равно нулю, а количество восстанавливаемого азота по сравнению
с оттекавши мало, можно считать, что фиксируемая убыль нитрата в
корнях - результат транслокации аниона в надземные органы. Важным
выводом данного эксперимента является то, что различия в транслока­
ции при двух температурных режимах ВЫЯВЛЯЕТСЯ, когда нитрат не по-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 16 -
[email protected]
ь
о
3
•с
А
A
. i
—100-
—100-
о.
О
ш
/ ~ \ - накоплено; rj - восстановлено; / \ -транслоцировано
Рис.5. Характер включения поступающего IfO^- в обмен у пшеницы в
зависимости от температуры (% к поглощенному за 5 ч ) .
25 С
18,8
16,2
16,2
25,8
23,0
0,0
Отток
а
б
в
а
б
в
17,4
13,6
, 0,0
Поступление
ЗП - запасной пул; Ш - метаболический пул; ПП - подвижный пул
Рис.6. Интенсивность транслокации нитрата (мкг .V-JfOg на рас­
тение за 5 ч ) , определяемая различными MeTOflavn (а К0~; б,в расчет) у проростков пшеницы..
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 17 ступает в растение. Таким образом, изменения в транслокации не
обусловлены изменениями в поглощении нитрата проростками пшеницы.
Таблица 5
Температуроэависимые изменения поглощения, транслокации и редук­
ции ?ГО~ нитрата (интенсивность при 12 С в % к 25 С ) .
Поглощение
Транслокация
Восстановление
If Г опыта
3
4
-
Показатель
2
59
47
Ь5
33
Г?
63
30
47
2В
ьа
но
Ьб
5
6.
4Ь
24
НО
47
27
Нь
Анализ влияния температуры на отдельные звенья нитратного об­
мена: поглощение, транслокаций, восстановление в корнях - показал,
что отток окисленного азота в надземные органы замедляется при
12 С в наибольшей степени (табл.Ь).
Представленные выше данные убедительно свидетельствуют, что
транслокация - наиболее чувствительное к действию температуры зве­
но нитратного обмена и, очевидно, использование растением нитрат­
ного азота среды определяется именно отим этапом утилизации анио­
на.
ЗМШЯЕПИЕ
Использование окисленного азота среды растениями в значитель­
ной степени определяется физиологическими особенностями вида (вееvera ^Накешап
%
1 Ш 0 ) и является саморегулируемой системой. Одним
из ведущих факторов, "заставляющих" систему саморегуляции включать­
ся в работу, является температура. Под действием пониженной темпе­
ратуры поступление JfO~ в растения снижается (Коровин, 1972; Глянько,
1969;Williams
tviamis
,1962). Проведашое исследование позволило
ответить на вопрос, какие изменения в процессах усвоения окисленно­
го азота дедат в основе такой ответной реакции и каковы причинно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•;
-
ib.-
:
-
следственные связи метру ними.
•
У 12-дневньяс проростков паеницы, которое были предметом напего изучения, поглощение нитрата при пониженной температуре (12 С), :,.
в зоне корней уменьшается примерно в два раза и темлературозависимке изменения происходят практически на всех этапах нитратного об­
мена: поглощения,накопления, редукции и транслокации (рис.7).
Поглощение нитрата независимо.от.температурных условий носит
колебательный характер.и наличие таких коротких интервалов;смены
минимума на максимум в скорости поступления показано впервые. При:
.исследовании потоков аниона из среды в корень и наоборот установ­
лено, что соотнесение вход/выход меняется в зависимости от темпе­
ратурь» и фона азотного питания (наличие аммония в среде), но в лю­
бом случае в итоге при пониженной температуре уменьшается неттопоглощение нитрата (рис.?).
Исследование транспорта на уровне "среда-корень" выявило, что.
уменьшение поглощения ХО~ нельзя объяснить действием температуры
только непосредственно на транспортные системы мембраны. В регуля­
цию поглощения включено звено, связанное с изменением эндогенной .
концентрации нитрата. Кроме того, вход и выход яе меняются син­
хронно (рис.2), как ото происходило бы при изменениях только на
мембране, а при изменении температурных условий имеет место либо
только уменьшение входа, либо только возрастание вгогада (последнее
при действии такого дополнительного к температуре фактора, как на­
личие ионов аммония)..
.•'-.'.•,"•..'".' '••.:-/,
С другой стороны, еще в большей степени чем поглощение при
пониженной температуре в зоне корней тормозится отток невосстанов­
ленного азота из поглощающего органа в листья (табл.5). Определе­
ние интенсивности транслокации нитрата было выполнено с использо­
ванием разных методических подходов в трех типах экспериментов.
Установлено, что температурезависимые изменения в.перемещении нит-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 19 25 Г.
А
12 С,
ИЛЦЗ'ЗЛйЗ СРГАНЫ
А
:дт
I
ПИТАТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР
Рис. 7. Схема регуляции поступления нитрата у проростков пше­
ницы в зависимости от температуры (ЗП, !!П и ПП - запасной, метабо­
лический и подвижный пулы нитрата соответственно).
рата не зависят от поступления аниона, то есть действие температу­
ры на гранслокацию первично (рис.б). Замедление оттока f'0~ приво­
дит к перераспределению окисленного азота макду органами: содержа­
ние нитрата в листьях снижается, а в поглощающем органе увеличива­
ется. Это в свою очередь определяет изменение ассимиляционной наг­
рузки надземных и подземных органов Срис.5).
Содержание нитрата а тканях является сложным для интерпрета­
ции физиологическим показателем, поскольку включает в себя нитрат,
компартментированнкЯ в функционально разных пулах. Мы предлагали
рассматривать нитрат корней как трехкомпонентнув систему, состоя­
щую из запасного пула (одинакового у проростков, росгих при разной
температуре), пула метаболического, редуцируемого в корнях, и пула
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подвижного, предназначенного для транспортировки в побег (рис.?).
Возрастание концентрации нитрата в корнях при 12 С происходит за
счет увеличения размеров именно подвижного пула. В литературе со­
общалось, что повышение уровня эндогенного нитрата приводит к сни­
жению поступления аниона (Deane - Dru<r.Rond,Glass , 19ЬЗ).;Нами
была выявлена еде .более тесная взаимосвязь этих двух показателей.
Показано наличие околочасовых колебаний концентрации £0~ в тканях
корня, которые идут в противогазе с колебаниями скорости поглоще­
ния (рис.1) и в высокой степени коррелируют ( г = -0,95 при 25 С ) .
Колебательный характер поглощения JfOg дает нам один из примеров' *
тонкой саморегуляции процесса в системе "эндогенная концентрация вход". При 12 С коэ<^ициент; обратной корреляции падает (г =-0,58), ' ;
так как увеличивается выход ЗЙ^,- и к системе "эндогенное содержа­
ние - вход" добавляется механизм регуляции через систему "эндоген­
ное содержание - выход".:
Л Л :-:'-'-'
,
- . '
Исследование изменений концентрации нитрата и распределения
аниона по пулам корня дало возможность выявить недостающее звено
в цепи причинно-следственных связей между транслокацией и поглоще­
нием. Элементы скстеш регуляции выстраиваются следующим образом:
изменение транслокации—-изменение в подвижном пуле корней—изме­
нение поступления (рис.?). Снижение поглощения нитрата проростками
пзеницы при 12 С происходит вследствии изменения в соотношении
вход/выход в результате накопления нитрата в подвигом пуле, что
в свою очередь определяется торможением оттока невосстановленного
азота кз корней в зеленке органы.
ЕЫ50<Щ
I. Поступление нитрата в 12-дневные растения пшеницы при по­
ниженной температуре (12 С) в зоне корней сильно эа'.'едляется'.Уменьссиие нетто-поглощения !Г0" не обусловлено поглощением симония и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 21 связано в небольшой степени с изменениями в поглощении калия.
' 2. В зависимости от условий меняется нитратный статус расте­
ний: при 12 С увеличивается содержание нитрата в корнях и значи­
тельно уменьшается в надземных органах, в результате снижается ко­
личество JfO" в целом проростке. Выяснено, что концентрация нитра­
та в тканях - лабильная величина, быстро меняющаяся в течение фо­
топериода или при смене азотного питания.
3. Поглощение нитрата колебательный процесс и скорость неттопоступления JfO" периодически возрастает и уменьиается с интервалом
около полутора часов. Одновременно в корнях растений в протизофаэе"
с колебаниями в поступлении возрастает и падает концентрация ГО".
Между изменениями скорости поглощения и концентрации JfO" в тканях
существует обратная корреляционная зависимость с г = -0,95 у кор­
ней при 25 С и г * _0,5Ь при 12 С.
4. Нетто-поглощение аниона регулируется как через систему
входа JfO" (inriux )
t
~ак
и ч ерез
систему выхода JfO" (efriux ) .
При пониженной температуре на фоне нитратно-аммонийного питания
увеличивается выход аниона из корней в среду, без Ш1% на Зоне нит­
рата калия снижается поток JfO" в корень. В обоих случаях при 12 С
в зоне'-корней по сравнению с 25 С уменьшается нетто-поглощение
нитрата.
5. Предложено помимо запасного (вакуолярного) и метаболичес­
кого (доступного для восстановления) пулов JfO" вычленить подвижный
пул нитрата корней, предназначенный для перемещения в листья. Раз­
личия в содержании нитрата в корнях обусловлены увеличением при
пониженной температуре размеров именно подвижного пула. Выяснено,
что величина подвижного пула является одним из элементов системы
регуляции поглощения окисленного азота.
ем
6. Двумя независимыми способами (эксперименты с использовшш15
. JT0" я расчет транслокации по величинам поглощения, восстанов-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•'.:- 2 2 : -
ления и содержания) установлено, что перемещение нитрата из кор­
ней в надземные органы - процесс наиболее чувствительный к темпе­
ратурному воздействию. Замедление оттока происходит независимо от
снижения поглощения и становится причиной накопления нитрата в кор­
нях при пониженной температуре. Таким образом, регуляция поступле­
ния нитрата в зависимости от температурных условий осуществляется
в системе "отток - концентрация в подвижном пуле - поглощение" и
первопричиной изменений является задержка оттока нитрата из корней
в надземные органы.
•'.•'"''"'.
• - ' •.\
л/
--'
v
••••"';.'•
.. '••
•-ПУЕИКАШИ ПОТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Х^рГ .
V ' ' ,'
1. Алёхина,Н.Д., Клюйкова А.И., Харитонаявили Е.В. Усвоение
азота злаками в зависимости от температуры среды//Гезисы докл. в
кн.: Мек^акультетская научно-практическая конференция "МГУ - сель^ скому хозяйству". - М.: Иэд-во МГУ, 1962.-С.82-84.
2. Клюйкова А.И., Харитонапшили Е.В.'.Алёхина Н. Д. Утилизация
нитрата среды проросткамигсаеницыпри пониженной температуре в зо-.
не корней/Деэисы Всесоюэн..конф. Устойчивость к неблагоприятным
факторам среди и продуктивность растений. - Иркутск, 1984.-С.24.
3. Харитонапшили Е.В.,' Алёхина Н.Д." Поглощение нитрата про­
ростками озимой пзеиицы в зависимости от температуры корнеобитаемой зон«//5изиоя. раст.- 19Ьб. - Т.33. - Вкл.2. - С.244-251.
4. Алёхина Н.Д., Харитснесвили Е.В., Клюйкова А.И. Динамика
поглощения и изменения содержания нитрата в корнях проростков пзеници//3естн. ЯГУ. Сер. биол. - 19о5. Рукопись деп. в ВИНИТИ
•24.03.fc6. Р 1939-Б.
5. Харитон&пзили Е.В., Алёхина Н.Д. Распределение нитрата меж­
ду клеточными пулами в корнях проростков пшеницы при двух темпера­
турных реу.1Р1ах//Т1роблег'ы соврем, биологии: Тр.IB научи. кон$. моло­
дых ученых-6КО*ПКЙ !'ГУ. - Г9Ь7. - 4 . 2 . Т С.125-129. Рукопись деп.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 23 в ВИНИТИ 14.09.Ь?. № 6653-В67.
6. Алёхина Н.Д., Харитонашвили Е.В., Клюйкова А.И. Изменение
содержания нитрата в растениях пшеницы в зависимости от темпера­
турных условий роста//Фиэиол. раст. - 196Ь. - Т.35. - Bun.2, С.303-311.
7. Алёхина Н.Д., Харитонашвили Е.В. Что отрагают изменения в
содержании нитратов в проростках пшеницы в зависимости от темпера­
турных условий роста//Физиолого-генетические основы повышения ус­
тойчивости и продуктивности сельскохозяйственных растений. - АлмаАта, "Наука". - 1968. - С.62-Ь3.
Ь. Харитонашвили Е.В., Алёхина Н.Д. Поглощение нитрата: меха­
низм вход/выход//Материалы всесоюзной школы-семинара, г.Чернигов.19Ь8. - Сдано в печать.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л-32192 24.02.89 г. Объем l'/j п. л.
~ Заказ 596. •'
- Тираж 100
Типография Московской с.-х. академии им. К- А. Тимирязева
127550. Москва И-550, Тимирязевская ул., 44
ч --'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бесплатно
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 166 Кб
Теги
639
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа