close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1609.АКТИВНОСТЬ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ В ОРГАНАХ РЕДЬКИ МАСЛИЧНОЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВПО Иркутская государственная
сельскохозяйственная академия
ГНУ Иркутский НИИСХ Россельхозакадемии
Бояркин Е.В.
АКТИВНОСТЬ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ В ОРГАНАХ РЕДЬКИ
МАСЛИЧНОЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ
СРЕДЫ
Монография
Ответственный редактор
канд. биол. наук, доцент Н.Н. Дмитриев
Иркутск, 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 582.6832:577.152.1
Б 869
Печатается по решению научно-технического совета ИрГСХА (протокол № 003/13 от 01.10.2013 г.).
Бояркин Е.В. Активность нитратредуктазы в органах редьки масличной в зависимости от факторов внешней среды: монография / Е.В. Бояркин;
отв. ред. Н.Н. Дмитриев. – Иркутск: Издательство ИрГСХА, 2013. – 120 с.
Рецензенты:
Солодун В.И., д.с.-х.н., профессор кафедры земледелия и растениеводства ФГБОУ ВПО ИрГСХА;
Павловская Н.С., к.б.н., н.с. лаборатории физиологической генетики
СИФИБР СО РАН;
Батраева А.А., к.б.н., доцент кафедры физиологии растений, клеточной
биологии и генетики ФГБОУ ВПО ИГУ.
В монографии обобщены результаты многолетних исследований по
влиянию факторов внешней среды на восстановление нитратов в органах
растений. Подробно изучен обзор литературы по данному вопросу. Изложенные в данной работе результаты вносят значительный вклад в познание
физиолого-биохимических особенностей редьки масличной, как малоизученной культуры, а также расширяют представления о восстановлении нитратов высшими растениями и о роли отдельных органов в этом процессе.
Книга может быть полезна для научных работников, преподавателей,
аспирантов и студентов агрономического и биологического профилей для
более глубокого понимания вопроса восстановления нитратов в растениях.
ISBN 978-5-91777-102-1
© Бояркин Е.В., 2013.
© Издательство ИрГСХА, 2013.
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
5
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
8
2.1. Нитратредуктаза – ключевой фермент редукции нитратов
8
2.2. Транспорт и компартментация нитратов в растениях
14
2.3. Активность нитратредуктазы в органах растений
16
2.4. Активность фермента в зависимости от уровня
азотного (нитратного) питания
20
2.5. Влияние хлоридного засоления на редукцию нитратов
23
2.6. Циркадный ритм нитратредуктазы
26
2.7. Выводы из обзора литературы, цель и задачи исследований
28
3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
32
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
37
4.1. Восстановление нитратов в органах растений
37
4.1.1. Восстановление нитратов в органах растений различных
представителей вида Raphanus sativus L.
37
4.1.2. Восстановление нитратов в надземных органах редьки
масличной в зависимости от фазы развития
41
4.1.3. Активность нитратредуктазы в листьях редьки масличной в
зависимости от расположения их на растении
45
4.1.4. Влияние уровня плоидности растений редьки масличной на
рост и восстановление нитратов
49
4.1.5. Восстановление нитратов органами растений различных
семейств в сравнении с редькой масличной
51
4.2. Влияние уровня азотного питания на активность
нитратредуктазы и рост растений
4.2.1. Влияние уровня азотного питания на активность
3
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нитратредуктазы и накопление нитратов в органах растений
редьки масличной (водная культура)
58
4.2.2. Редукция нитратов и содержание хлорофиллов в листьях
редьки масличной при различных уровнях нитратного
питания (полевая культура)
65
4.2.3. Изменения потенциальной активности нитратредуктазы в
органах растений редьки масличной в зависимости от
продолжительности освещения
68
4.2.4. Активность нитратредуктазы в органах растений гороха и
сои в зависимости от дозы нитратного азота
76
4.3. Влияние засоления на активность нитратредуктазы в органах
растений, различающихся по солеустойчивости
79
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
87
6. ВЫВОДЫ
98
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
99
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ВВЕДЕНИЕ
Растения способны усваивать азот в виде нитратов, аммония, мочевины, аминокислот и молекулярного. Преобладание формы азота в питании
растения зависит от его вида, типа почв, погодных условий, системы земледелия и антропогенного воздействия на окружающую среду. В большинстве
окультуренных почв NO3 является преобладающей формой минерального
азота, тогда как NH4 доминирует в условиях, когда нитрификация подавлена,
например, при затоплении почв или снижении температуры.
Аминокислоты могут служить источником азота для растений при
медленной минерализации органических веществ, что наблюдается в почвах
с кислой реакцией среды. Фиксация атмосферного азота доступна ограниченному числу видов сельскохозяйственных растений, преимущественно относящихся к семейству бобовые - Fabaceae L. (Брей, 1986). Вклад NH3 и NO2
в азотное питание растений незначителен, однако он может возрастать при
низком содержании нитратов в почве (Marschner, 1995).
Усвоению нитрата, как источника азотного питания и основной запасающей форме азота, в растениях уделяется большое внимание исследователей во всѐм мире (Глянько, 1995; Серазетдинова и др., 2000; Верниченко,
2002; Claussen, Lenz, 1999; Mack, Schjoerring, 2002). Другой причиной такого
внимания к вопросам поглощения и ассимиляции NO3 является проблема избыточной аккумуляции нитрата в растительной продукции и водоемах, что
представляет опасность для здоровья человека и животных (Соколов и др.,
1990).
Изучение накопления, распределения и восстановления нитрата в растениях привлекает внимание отечественных и зарубежных ученых (Глянько,
1989; Алѐхина, 1992; Клюйкова, Алѐхина, 1992; Амелин и др., 1996; Маттана
и др., 1997; Соколов, 1998; Бреус и др., 2000; Москалик, Костишин, 2001;
Дорофеев, Пешкова, 2002; Маевская и др., 2003; Бояркин и др., 2004; Бата-
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шева, Альдерова, 2005; Пешкова и др., 2005; Andrews et al., 1990; Druart et
al., 2000; Fan et al., 2002; Sanchez et al., 2004Пешкова, Дорофеев, 2008).
Большинство исследований проводится на зерновых и зернобобовых
культурах как наиболее хозяйственно-ценных (Пешкова, 1990, 1992, 1998;
Токарев, Лозовский, 1997; Полесская и др., 1999; Vasilieva et al., 1999; Caba
et al., 1995) Кормовым культурам отводится гораздо меньшее внимание.
Изучение вопросов ассимиляции азота в кормовых сельскохозяйственных
культурах представляет интерес с точки зрения экономики, селекции, технологии, экологии и рационального использования ресурсов (Еськов и др.,
2004).
Особого внимания заслуживают кормовые культуры, относящиеся к
семейству капустных, которые способны накапливать много азотсодержащих соединений (Андреева и др., 1998). К числу таких растений относится
редька масличная (Дорофеев, Пешкова, 2002).
Редька масличная (Raphanus sativus L. var. oleiformis Pers.) возделывается как кормовая, кулисная, сидеральная и азот связывающая культура. Отличительной особенностью еѐ является уникальная способность поглощать
большое количество доступного азота из почвы за короткий промежуток
времени (Elers, Hartmann, 1987; Berendonk, 1988; Gutser, Vilsmeier, 1989).
Так, по данным Scharpf et al., 1990 за 8 недель вегетации максимальное поглощение азота различными растениями было от 160 до 190 кг/га и только
для китайской капусты и редьки масличной составило 240 и 250 кг/га соответственно от исходного содержания его в почве 275 кг/га на момент посева.
В
последнее
время
редьку
масличную
используют
как
растение-
фиторемедиант (Еськов и др., 2004).
Хорошо отзываясь на применение азотсодержащих удобрений (Покровская, Дорофеева, 1980), редька масличная лишь при чрезмерных дозах
накапливает избыточное количество нитратов в зелѐной массе, тем не менее,
такая опасность существует (Тамонов и др., 1990; Anon, 1986).
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ассимиляция нитратов и транспортировка их в тканях растений физиологический процесс, обусловленный видовыми и биологическими особенностями растений. Первым ферментом на пути восстановления нитратов
до аммиака является нитратредуктаза. Именно активность этого фермента
определяет накопление азота в растениях (Гюльвердиева и др., 1994; Булгакова, 1999; Лютова, Каменцева, 2001; Ahmad, Abdin, 1999; Appenrothet et al.,
2000; Aslam et al., 2001). Вклад органов в восстановление нитратов в растении и относительная доля их в этом процессе сильно варьирует (Измайлов и
др., 1983; Пешкова, 1992; Кондратьев, Лебединская, 1995; Druart et al., 2000;
Camacho-Cristobal et al., 2002). Большинство растений способны редуцировать нитраты как в корнях, так и в органах надземной части (Брей, 1986).
Усвоение нитратов растениями сложный процесс, подверженный значительному влиянию внешних факторов среды. Среди них особое место занимают условия питания растений (Глянько, Похабова, 1989), освещѐнность,
рН почвенной среды, концентрация солей в питательной среде, температура
(Vasilieva, 1989). Реакция различных видов растений на изменение этих факторов имеет как общие, так и специфические особенности. Это связано как с
видовыми особенностями растений, так и с фазой их развития. При этом
происходит не только изменение общей нитратвосстанавливающей способности, но и меняется вклад органов растений в этот процесс. В связи с этим
возникает вопрос о роли отдельных органов растений в процессе восстановления нитратов в зависимости от факторов внешней среды.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1. Нитратредуктаза – ключевой фермент редукции нитратов
Нитраты, содержащиеся в почвенном растворе, являются основным
источником азотного питания растений. Атмосферный азот за счѐт симбиоза
с азотфиксирующими организмами способны усваивать в основном представители семейства бобовых и некоторые виды растений, принадлежащие к
другим семействам (Кретович и др., 1983; Abdo, Schulze, 2002).
Нитраты являются элементами питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Важную роль
азота в формировании урожая сельскохозяйственных культур можно продемонстрировать на простом примере. Если в период вегетации в растениях
салата и шпината нитратов будет меньше 2000 мг/кг, то урожайность существенно снизится: листья будут мелкие, грубые, непригодные для реализации. Во время массового образования кочанов и черешков листьев капусты
нитратов должно быть 2000–3000 мг/кг.
Поскольку в органические соединения растений включается только
аммонийный азот, нитрат-анионы, поглощенные растением, должны восстановиться в клетках до аммиака. Образованием аммиака завершается и распад
органических веществ – аминокислот, амидов, белков. По образному выражению академика Д.Н. Прянишникова (1953), аммиак «есть альфа и омега в
обмене азотистых веществ у растений».
Нитраты, поступившие в растения, восстанавливаются по схеме:
2e
NO3
6e
нитратредуктаза
NO2
нитритредуктаза
NH 4
Восстановление нитрата протекает в соответствии с уравнением:
NO3
НАД ( Р) Н
Н
2e
NO2
НАД ( Р)
Н 2 О,
где НAД(Р)H – никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный,
НAД(Р)+ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Первый шаг редукции нитратов осуществляется нитратредуктазой
продуцирующей нитриты, которые поступают в пластиды (хлоропласты в
надземной части) и восстанавливаются до аммония посредством нитритредуктазы (Campbell, 1996).
Нитратредуктаза – фермент класса оксидоредуктаз у высших растений
- димер. Каждая субъединица фермента (около 100 кДа) состоит из молибденового комплекса (MoCo), молекулы гема и флавинадениндинуклеотида
(ФАД) (рис. 1.) (Медведев, 2004; Campbell , 1999).
NO2
НАД
ФАД
МоСо
Гем
НАДН
NO3
Рис. 1. Субъединица нитратредуктазы
Молибден включается в фермент нитратредуктазу в виде комплекса с
соединением называемым птерином. В процессе восстановления нитрата
электроны от НАДН передаются на ФАД содержащий домен, затем через
геминовый домен на молибденовый комплекс и далее на нитрат. В каждой
из субъединиц имеет место двухэлектронный перенос. Редукция нитрата непосредственно идет на Мо-комплексе фермента. Таким образом, нитратредуктаза представляет из себя цепь переноса электронов от НАД(Р)Н на нитрат (Campbell , 1999; Aslam et al., 2001).
Нитратредуктаза локализована в цитоплазме клетки. В качестве донора
электронов использует НАДН/НАД(Р)Н. Этот фермент катализирует реакцию переноса электрона от НАД(Р)Н к нитрату (NO3) с образованием нитрита (NO2), и может также катализировать реакцию переноса электронов на
нитрит с образованием оксида азота (NO) (Cousins, Bloom, 2003). Поскольку
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нитриты и оксид азота являются потенциально токсичными соединениями
для растений, существует многоуровневая система регуляции их восстановления в клетке (Tischner, 2000).
Активность нитратредуктазы регулируется на транскрипционном,
трансляционном и пострансляционном уровнях. Известно, что регуляция
нитратредуктазы на пострансляционном уровне осуществляется за счет фосфорилирования на консервативном сериновом остатке. В присутствии катионов магния (Mg2+) фосфорилированная форма нитратредуктазы взаимодействует с 14-3-3 протеином и инактивируется (Kaiser et al., 1999).
Нитратредуктаза высших растений является субстрат индуцируемым
ферментом. То есть синтез этого фермента в клетке начинается с поступления туда нитратов (Hoff et al., 1992).
При нитратном питании происходит резкое увеличение активности
нитратредуктазы, которая интенсивно образуется в клетке в ответ на поступление в нее нитрата и исчезает при его удалении (Wallaсe, 1986).
Индукция нитратом объясняется синтезом ферментного белка de novo,
а не активацией уже существующего в клетке неактивного белка. Нитраты
стабилизируют нитратредуктазу, защищая ее от действия протеиназ. При исчезновении нитратов из клетки начинается медленная деградация нитратредуктазной системы (Darnell, Stutte, 2001).
Протеолитическая деградация нитратредуктазы – один из важных моментов ее регуляции в растительной клетке. Растения содержат большое количество как специфических, так и неспецифических к нитратредуктазе протеиназ. Поэтому при выделении и очистке нитратредуктаз обычно используют ингибиторы протеиназ (лейпептин и др.) и экзогенный белок (казеин,
альбумин) (Кретович, 1987).
Протеинкиназы могут отрезать от молекулы нитратредуктазы диафоразную ее часть (ФАД и Гем) лишив, таким образом, НАДН-зависимой активности. При этом остается неповрежденной Мо-содержащая часть моле10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кулы, проявляющая активность с восстановленным метилвиологеном (Cramer et al., 1995).
Нитраты являются наиболее сильным, но не единственным индуктором нитратредуктазы. Индукцию нитратредуктазы вызывают цитокинины
(Samuelson et. al., 1995). Возможно, такая гормональная индукция является
неспецифической, т.е. индуцируется синтез de novo не только нитратредуктазы, но и других ферментов. У высших растений также наблюдается увеличение нитратредуктазной активности в ответ на добавление в среду Мо
(Кретович, 1987).
Нитраты повышают процесс фотосинтеза, причем положительное
влияние нитратов на фотосинтезирующую активность растений обусловлено
следующими механизмами. Во-первых, нитратный азот оптимизирует использование энергии при фотосинтетическом восстановлении, образованные
из нитратов нитриты используются в хлоропластах как «сток» электронов и
макроэргических соединений. В результате этого поддерживается редоксстатус хлоропластов, не образуется токсичного активного кислорода, и хлоропласты функционируют с полной нагрузкой (Сергеева и др., 1993; Claussen, Lenz, 1999; Cousins, Bloom, 2003).
Во-вторых, нитраты способствуют оттоку образованного в процессе
фотосинтеза избыточного количества крахмала из хлоропластов и изменяют
пути перемещения и метаболизма углеродных фотоассимилятов в сторону
образования глюкозы, малата и других моносахаров и органических кислот.
Именно этой ролью нитратов в метаболизме растений и объясняют их эндогенное образование (Верниченко, 2002).
Присутствие нитратов в растительных тканях улучшает и нормализует
в них процессы дыхания. Нитраты повышают активность и вызывают синтез
(через транскрипцию) кроме нитратредуктазы ряда других растительных
ферментов: глутаминсинтетазы хлоропластов, сахарозофосфатсинтетазы и
ФЕП-карбоксилазы а также пируваткиназы, цитратсинтетазы и других фер11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ментов, ответственных за синтез органических кислот (Hoff et al., 1992; Kaiser, Huber, 2001).
Нитраты, накапливаясь в вакуолях растительных клеток, способствуют
также увеличению их тургорного и осмотического давления. Кроме того, в
присутствии нитратов больше поглощается и накапливается в растениях
других осмолитиков, в результате чего значительно возрастает их осмотический потенциал и галотолерантность, а также устойчивость к неблагоприятным факторам во время перезимовки (Верниченко, 2002).
Поскольку ассимиляция нитратов в зеленой клетке происходит быстро
на свету и относительно медленно в темноте, а лимитирующим фактором в
развитии нитратвосстанавливающих ферментов являются восстановительные кофакторы, то логично искать связь процесса восстановления нитратов с
первичными реакциями фотосинтеза, поддерживающими высокий уровень
восстановленных пиридиннуклеотидов (Измайлов, 1986).
При восстановлении нитратов может использоваться восстановительный потенциал пиридиннуклеотидов, образуемых и при обмене фотоассимилятов. Такая возможность представляется более вероятной, если учесть, что
для нитратредуктазы оптимальным физиологическим донором электронов
является НАДН, который вырабатывается в гликолитической системе обмена углеводов. Принимая во внимание возможность сосредоточения нитратредуктазы в цитозоле, где локализуются и реакции гликолиза, можно допустить, что взаимодействие НАДН с нитратредуктазой при восстановлении
нитратов осуществляется именно в этом компартменте (Измайлов, 1986; Leij
et. al., 1998).
Нитратредуктазы, выделенные из различных растений, грибов и водорослей, обнаруживают определенное сходство. Но вместе с тем структура и
функции нитратредуктаз из различных организмов, имеют заметные различия. Выделяют ассимиляторные и диссимиляторные нитратредуктазы, причем если первые в аэробных условиях лишь восстанавливают нитрат, то у
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вторых это восстановление (т.е. использование нитратов в качестве акцептора электронов вместо кислорода), происходящее в анаэробных условиях,
связано с синтезом АТФ («нитратное дыхание»).
Ассимиляторные нитратредуктазы локализованы в цитоплазме, диссимиляторные, обнаруженные главным образом в бактериях, тесно связаны с
клеточными мембранами. Последнее обстоятельство, очевидно, и является
причиной того, что диссимиляторные нитратредуктазы обычно более высокомолекулярные, чем ассимиляторные.
Уровень активности нитратредуктазы у растений зависит от многих
факторов внешней среды: свет, температура, концентрация углекислого газа
и кислорода, рН среды (Lillo, 1994; Campbell, 1999; Khan, Srivastava,
2003).
Свет оказывает очень сильное воздействие на содержание белка нитратредуктазы, еѐ активность и накопление в клетке соответствующей мРНК.
Следует отметить, что освещение влияет на экспрессию нитратредуктазы
только в присутствии нитратов (Rajasekhar et al., 1988).
В темноте не обнаруживают высокого уровня содержания нитратов. У
растений, выращиваемых в затененных условиях, резко снижается активность нитратредуктазы, хотя содержание нитратов в тканях достаточно для
индукции фермента (Duke, Duke, 1984).
Любые изменения внешних условий, т.е. освещения (Lillo, 1994), рН
среды, ионной силы, водный и температурный стрессы и т.д. отражаются,
прежде всего, на активности нитратредуктазы и тем самым регулируют способность растений ассимилировать нитраты (Глянько, 1968, 1972, 1973,
1995; Majerowicz et. al., 2000; Khan, Srivastava, 2003). Поэтому делались попытки найти корреляцию между нитратредуктазной активностью растения и
его продуктивностью (Кретович, 1987).
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2. Транспорт и компартментация нитратов в растениях
Как известно, поглощение нитратов осуществляется за счет деятельности корневой системы растений. Наиболее интенсивное поглощение воды и
минеральных веществ осуществляется в зоне корневых волосков, за счет которых значительно возрастает поглощающая поверхность корня. Выше зоны
корневых волосков расположена проводящая часть корневой системы, где
всасывание воды значительно снижается из-за опробковения клеток.
Транспорт поглощенной воды и растворенных в ней нитратов по растению происходит с восходящим током воды по сосудам ксилемы. Благодаря испарению с поверхности листьев поддерживается непрерывный ток воды
в растении и минеральные вещества и, в частности, нитраты постоянно поступают в надземную часть.
Первым этапом поглощения ионов азота является адсорбционное связывание их поверхностью корня. Начало выноса ионов нитратов корнями
растений из питательного раствора можно фиксировать уже через 5-10 мин
(Колосов, 1962). При усвоении корнями растений нитратного азота существует положительная корреляция с присутствием катионов в питательном
растворе. Наличие в среде К+, Na+, Ca2+ и Mg2+ увеличивало поступление
нитратов в корни растений (Barneix, Breteler, 1985).
При снижении концентрации катионов в питательном растворе сопровождалось уменьшением поглощения нитратов. Чем выше валентность катиона, тем сильнее его стимулирующее действие на поглощение нитратов.
Ионный обмен при поглощении нитратов, происходящий на поверхности
корня, затрагивает метаболические процессы во всем растении. Если восстановление нитратов происходит в листьях, то вместе с ними из корней по
ксилеме поступают катионы К+ и Na+. Одновременно из листьев в корни по
флоэме транспортируется малат, К+ или Na+, что способствует перемещению
нитратов в надземную часть (Ben-Zioni et al., 1971).
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Концентрация нитратов в ксилемном соке, как правило, выше по сравнению с наружной средой корня. Это является доказательством того, что
транспорт от эпидермального слоя корня до поводящих сосудов осуществляется с участием специфических транспортных систем.
Нитратный пул растений лабилен в процессе онтогенеза, поэтому изменения окружающей среды и возраст растений значительно отражаются на
содержании нитратов в растениях, концентрация которых в растениях обуславливается интенсивностью поглощения минерального азота растениями и
факторами, влияющими на скорость его ассимиляции (Овчаренко и др.,
1985; 1987; 1990; Никифорова и др., 1993).
К числу основных условий, вызывающих накопление нитратов в культурах, относятся, во-первых, биологические особенности растений, вовторых, режим минерального питания и в-третьих – факторы окружающей
среды. Большое значение в накоплении и распределении нитратов в растениях играют видовые различия, сортовая специфика, возраст растений, характер распределения нитратов по органам и в пределах одного органа, уровень
азотного питания и др. (Измайлов, 1986; Амелин и др., 1996; Бреус и др.,
2000; Vasilieva et al., 1999).
Поглощенные растением нитраты в пространстве растительной клетки
распределяются неравномерно. Существуют два пула нитратов в клетках активный (метаболический) и запасной (вакуолярный) (Брей, 1986; Булгакова и др., 1996).
Активный пул – это нитраты, которые быстро восстанавливаются в
растительных клетках. Именно нитраты этого фонда обусловливают активность системы нитратредуцирующих ферментов. Скорость восстановления
нитратов снижается с истощением метаболического пула. При этом содержание нитратов в клетке может оставаться на достаточно высоком уровне.
Это нитраты запасного пула (Булгакова и др., 1996).
Запасной пул нитратов сосредоточен в вакуолях клеток, где может на15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
капливаться до 70-80% поглощенных нитратов, и именно вакуоли представляют собой компартменты клетки, содержащие нитраты. Эти нитраты практически недоступны для восстановления через систему нитратредуцирующего комплекса (Булгакова и др., 1996). Запасной пул формируется в вакуолях
клеток при избыточном количестве нитратов и обеспечивает детоксикацию
клетки от отравления. Вакуолярный фонд, составляющий большую часть
нитратов в клетке, жестко обособлен и медленно взаимодействует с цитоплазматическим фондом (Измайлов, 1986; Овчаренко и др., 1985, 1987, 1990;
Никифорова и др., 1993).
Нитраты для растений служат не только источником питания, но и
поддерживают тургор в клетках и выступают как элемент сигнальной системы (Коць и др., 1993).
Поглощенные нитраты распределяются как по пространственно разделенным фондам (цитозольный, вакуолярный и свободного пространства), так
и по функциональным (запасной, метаболический, транслокационный и индукционный). Размеры пулов и характер взаимодействия между ними меняются в зависимости от экзогенных и эндогенных факторов. И это является
элементом регулирования нитратного обмена и продуктивности растений.
2.3. Активность нитратредуктазы в органах растений
Усвоение нитратов может происходить во всех органах растений. Роль
участия органов растений в восстановлении нитратов привлекает внимание
многих исследователей (Брей, 1986; Измайлов, 1986; Алѐхина, 1992;Глянько,
1995; Дорофеев, Пешкова, 2002; Маевская и др., 2003). Тем не менее, вопрос
об участии того или иного органа в процессе редукции нитратов остается
дискуссионным, т.к. в литературе встречаются противоречивые данные по
этому вопросу. Это объясняется тем, что роль одного и того же органа в
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
редукции нитратов может изменяться в зависимости от вида растений
(Алехина, 1992), их возраста (Шер, Кумаков, 2002), уровня минерального
питания и условий выращивания (Алехина, Клюйкова, 1986; Пешкова, 1990;
1998). Кроме того, в пределах одного семейства и даже вида отмечаются
значительные различия в способности органов усваивать нитраты (Кабурина,
Шевякова, 1987).
Ассимиляция нитратов в растениях может происходить как в листьях,
так и корнях. При этом поглощенные нитраты начинают восстанавливаться
непосредственно в корне. Накопление нитратов в надземных органах обусловлено их транспортом из корней по ксилеме. Исследователи показали,
что все разнообразие растений можно разделить на три основные группы, в
пасоке которых соотношение органических форм азота и нитратов принципиально различается из-за неодинаковой способности корней растений ассимилировать поглощенные нитраты (Брей, 1986).
К растениям первой группы относятся те, корни которых характеризуются высокой активностью нитратредуктазы. У них поступление азота в
надземные органы происходит в основном в органической форме. К ним относится большинство бобовых растений (люпин, соя, горох), черника, клюква и многие древесные растения (Claussen, Lenz, 1999).
Вторая группа растений обладает низкой скоростью восстановления
нитратов в корнях. У этих растений транспорт азота в восходящем токе осуществляется преимущественно в форме нитратов. Основная нитратредуктазная активность сосредоточена в листьях растений. Типичными представителями таких растений являются свекла, бурачник, дурнишник (Брей,
1986).
У растений третьей группы в редукции нитрата принимают участие
корни и листья. Транспорт азота в надземные части осуществляется как в
минеральной, так и в органической форме. Это наиболее многочисленная
группа растений, к которой относится большинство травянистых растений,
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
многие виды злаков, технические и селькохозяйственные культуры. Тем не
менее, редукция нитратов у этих растений, как правило, активнее протекает
в листьях (Брей, 1986; Измайлов, 1986; Crafts-Brandner, Harper, 1982;
Scheurwater et al., 2002).
Ассимиляция нитратов может идти как в фотосинтезирующих, так и
нефотосинтезирующих органах растений, поэтому усвоение их обусловлено
взаимодействием двух основных «полюсов» ассимиляции – корней и надземных частей. Относительная доля участия органов растений в восстановлении нитратов у разных видов сильно варьирует (Брей, 1986; Измайлов,
1986; Stohr, 1999).
Органы растений обладают различной способностью редуцировать
нитраты, поэтому усвоение азота необходимо рассматривать во взаимодействии их физиологических функций. Обмен веществ в корне обусловлен его
ролью в целом растении как органа поглощения и передвижения веществ в
надземную часть.
В пределах одного семейства и даже вида отмечаются значительные
различия в способности органов усваивать нитраты. Например, имеются
данные о сортовых различиях у гороха в восстановлении нитратов органами
растения (Wallace, 1986; Aslam et al., 1997; Mack, Schjoerring, 2002).
Соотношение активности нитратредуктазы в корне и надземной части
в зависимости от возраста и сортовой принадлежности растений, а также вопросы органоспецифичности процессов накопления и восстановления нитратов исследованы недостаточно.
Азот, поглощенный корнями растений из ризосферы, может подвергаться превращениям в клетках корня еще до передвижения по ксилеме в
другие части растения. Способность корневой системы восстанавливать поглощенные нитраты, связана с уровнем нитратредуктазной активности в
клетках корня. В результате активность этого фермента в корне регулирует
отношение органический азот : неорганический азот (NO3) в ксилеме (Брей,
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1986).
Восстановление нитратов в корневой системе зависит не только от
уровня активности фермента в его клетках, но и от вида растений и их возраста. Следует учитывать, что редукция поглощенных нитратов в корневой
системе обусловлена поступлением продуктов фотосинтеза из листьев (Полевой, 1989; Медведев, 2004; Duke, Duke, 1984). Снижение доли нитратов,
восстановленных в корне, приводит к увеличению транспорта их в надземные органы растений.
Липс (1997) отмечает что, нитратредуктаза в побегах большинства однолетних растений быстро инактивировалась на стадии цветения и начала
старения в связи с резким уменьшением поглощения нитратов корнями и перетеканием органического азота от листьев к развивающимся семенам.
Однако доля участия корневой системы в общем накоплении биомассы
и общего азота растениями может сильно варьировать в зависимости от генотипа и условий внешней среды. Так, при недостатке азота в почве корни
приобретают приоритет над листьями и стеблями в использовании азота
среды, что ведет к увеличению соотношения масса корней/масса листьев. В
условиях же дополнительного введения в среду нитратов уменьшается соотношение корни/надземная часть. О доминирующей роли корневой системы в
восстановлении нитратов, когда этот ион лимитирован, свидетельствует тот
факт, что суммарная нитратредуктазная активность корней при расчете на
растение выше при низкой концентрации экзогенного нитрата. К тому же
функциональная нагрузка, которую несут корни, изменяется под воздействием стрессовых факторов (Шер, Кумаков, 2002).
Малоизученной и в то же время представляющей определенный интерес является динамика функциональной роли органов в онтогенезе растений
в связи с изменениями донорно-акцепторных отношений. Однако за рамками
изучения остается вопрос о возможных различиях и сортовой специфике изменения участия органов растений в процессе восстановления нитратов в те19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чение вегетации.
Органы надземной части неравноценны в процессе восстановления
нитратов. Активность нитратредуктазы находится в зависимости от возраста
тканей. Как известно, активность нитратредуктазы наиболее высока в молодых тканях, где идет интенсивное новообразование (Пешкова, Хавкин, 1980;
Клюйкова, Алехина, 1992), поэтому с появлением каждого нового листа активность нитратредуктазы в нем более высока, чем в предыдущем к этому
моменту. Причем отмечены различия редукции нитратов в зависимости от
сорта.
2.4. Активность фермента в зависимости от уровня азотного
(нитратного) питания
Исследования накопления, распределения и редукции нитратов в растениях при различных уровнях минерального питания привлекают внимание
многих исследователей (Глянько, Похабова, 1989; Алѐхина, 1992; Измайлов
и др., 1992; Глянько, 1995; Амелин и др., 1996; Харитоношвили и др., 1997;
Соколов, 1998; Булгакова, 1999; Шер, Кумаков, 2002; Scaife, Schloemer,
1994; Yaneva et al., 2002; Tucker et al., 2004).
Нитратредуктаза - субстратиндуцируемый фермент. Соответственно
синтез и уровень активности фермента во многом определяются содержанием нитратов в питательной среде. Внешние факторы (свет, температура, содержание углекислого газа, кислорода и др.) также влияют и на поступление
нитратов в растения, и на интенсивность их восстановления. Эти процессы
находятся под сложным взаимообусловленным влиянием. В частности, освещение, усиливает поглощение нитратов корневой системой и увеличивает
активность фотосинтеза, что напрямую сказывается на активности нитратредуктазы (Гродзинский, Гродзинский, 1964; Lillo, 1994).
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
О комплексном влиянии факторов внешней среды на поглощение и
восстановление нитратов можно судить по следующим фактам. Так, скорость накопления нитратов корнями многих растений возрастает на свету
параллельно с увеличением активности нитратредуктазы. В тоже время оба
процесса – активность фермента и поглощение нитратов - находятся в зависимости от рН среды почвы. А редукция нитратов и их поглощение зависят
от содержания последних во внешней среде. С увеличением концентрации
нитратов усиливаются процессы их поглощения и восстановления (Коць и
др., 1993; Булгакова и др., 1996; Булгакова и др., 2002; Aslam, Oaks, 1976).
Следует сказать, что содержание нитратов в растениях не всегда прямо
пропорционально активности фермента. Так, при низких концентрациях
нитратов в питательной среде активность нитратредуктазы может быть довольно высока. Соответственно в данном случае потенциальная активность
фермента не отражает истинного содержания нитратов в растении (Пешкова
и др., 2005).
Поглощение нитратов растениями, выращенными при недостатке нитратов, характеризовалось низкой начальной скоростью накопления их в растениях (Семѐнов, Соколов, 1983). Повышение концентрации нитратов в питательной среде способствует быстрому их поглощению и возрастанию скорости восстановления их. Другими словами при повышении уровня нитратов
в питательной среде и растении увеличивается и потенциальная активность
нитратредуктазы.
Это наблюдается до определенного уровня накопления нитратов в растении. Последующее увеличение поглощения нитратов не вызывает адекватного возрастания редукции нитратов (Семѐнов, Соколов, 1983; Khamis,
Lamaze, 1990; Unkowich et al., 1998; Aslam et al., 1997; Mack, Schjoerring,
2002). То есть, при определенной концентрации нитратов активность нитратредуктазы лимитирует их восстановление, и нитраты активно накапливаются в вакуолях - «запасном пуле». Именно накопление нитратов в вакуо21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лях клеток спасает их от нитратного отравления.
Для некоторых видов растений отмечается резкое изменение активности нитратредуктазы в зависимости от уровня азотного питания. Так, у люцерны повышение азотного питания до 4 мМ на кг/почвы приводило к резкому возрастанию активности нитратредуктазы как в надземной части, так и
в корнях. Дальнейшее повышение содержания азота до 8 мМ на кг/почвы
приводило к значительному снижению активности фермента (Vazquez et al.,
2002). Подобные результаты были получены и для картофеля (Mack, Schjorring, 2002).
Растения отвечают на смену условий азотного питания (форма и количество азота) комплексом приспособительных реакций, направленных на
поддержание ростовых процессов. Изменения затрагивают не только азотный метаболизм, но и процессы фотосинтеза и дыхания, поставляющие конструктивные элементы и энергию для новообразования структур (Кенжебаева и др., 1989; Иванова и др., 1994; Кун и др., 2001).
Снижение массы побега у голодающих растений обусловлено не только уменьшением массы отдельного листа, но и задержкой в появлении новых
листьев и ускоренным старением первого листа. Угнетение роста фотосинтезирующих органов в условиях стресса связано с изменением гормонального
статуса (Полесская и др., 1999).
Как уже было сказано выше активность фотосинтеза, обусловленная в
частности и площадью листовой поверхности, напрямую связана с активностью нитратредуктазы. Что является ещѐ одним доказательством тесной сопряжѐнности процессов фотосинтеза и восстановления нитратов в растениях.
Несмотря на многочисленные данные по усвоению азота, для многих
растений этот процесс недостаточно исследован. Большинство исследований
проводится на зерновых и зернобобовых культурах, как наиболее хозяйственноценных. Кормовым культурам отводится гораздо меньшее внимание.
Изучение вопросов ассимиляции азота в кормовых сельскохозяйственных
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
культурах представляет интерес с точки зрения экономики, селекции, экологии и рационального использования ресурсов.
Доля участия органов растения в восстановлении нитратов зависит от
многих факторов, одним из которых является уровень азотного питания. В
связи с этим возникает вопрос о влиянии доступности нитратов на вклад органов растений в процесс усвоения азота.
Повышенное азотное питание может привести к значительному накоплению нитратов в продукции, что крайне нежелательно. Избыточное внесение азотных удобрений, особенно их нитратных форм (аммиачная, калийная
и натриевая селитра) является, пожалуй, одной из основных причин накопления нитратов в растениях.
2.5. Влияние хлоридного засоления на редукцию нитратов
Пластичность азотного обмена – один из механизмов приспособления
растений к росту в широком диапазоне внешних условий. Скорость восстановления нитратов находится в зависимости от внешних факторов – температура, свет, уровень питания, аноксия и гиперосмотические стрессы, вызванные засолением и засухой (Билар и др., 1997; Маттана и др., 1997; Beevers, Hageman, 1969; Campbell, 1999). Нитратредуктаза обладает высокой фенотипической и генотипической изменчивостью, поэтому еѐ неоднократно
предлагали использовать в качестве маркера при отборе продуктивных и солеустойчивых генотипов на стадии проростков (Пешкова, Хавкин, 1980;
Сергеева и др., 1993).
Засоление почв снижает продуктивность растений, потому что основные сельскохозяйственные культуры слабо или совсем неустойчивы к воздействию этого фактора. Засоленность сильно сказывается на поглощении
корнями элементов минерального питания и, в частности нитратов (Третьяков и др.,1998), и, как следствие, на активность нитратредуктазы (Solomon23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
son, Barber, 1990), которая является ферментом, чувствительным к стрессу
(Кабишева и др., 1980; Кузнецов и др.,1991).
Данные относительно влияния засоленности на активность нитратредуктазы противоречивы (Omarov et al., 1998; Khan, Srivastava, 1998; Silveira
et al., 2001). Устойчивость фермента зависит от вида растений, уровня засоления почв и даже органа (Gouia et al., 1994). Так, активность нитратредуктазы в корнях томатов, выращенных в гидропонной культуре при засолении,
снижается, а в листьях при таких же условиях выращивания возрастает
(Cramer, Lips, 1995). Но по данным Липс (1997) засоление (200 мМ NaCl),
напротив, резко увеличивало восстановление нитратов в корнях томата и
снижало потенциальную активность нитратредуктазы в листьях. Также резко
снижалась скорость роста данной культуры.
При засолении отмечают снижение активности нитратредуктазы, содержания нитратов и скорость роста (Липс, 1997; Khan, Srivastava, 1998; Silveira et al., 2001). По солеустойчивости растения разных видов сильно различаются (Костюк и др., 1994; Медведев, 2004; Еськов и др., 2004). При выращивании в одинаковых условиях хлоридного засоления (50 и 100 мМ) биомасса растений бобов снижалась на 48 и 59%, а хлопчатника только на 6 и
14% (Gouia et al., 1994). Активность нитратредуктазы у первой культуры при
увеличении засоления снижалась существенно, а у второй изменения были
незначительными. Увеличение активности нитратредуктазы в условиях засоления наблюдалось в корнях бобов (Bourgeais-Chaillou, 1992).
Показана сортовая специфика устойчивости различных сортов пшеницы к солевому стрессу. Также различна реакция разных сортов на единовременный или постепенно нарастающий солевой стресс. Так, у солеустойчивого сорта ростовые процессы ингибировались одинаково и при постепенном
увеличении силы стресса, и при одновременном (сразу) стрессе, а у неустойчивого сорта скорость роста при постепенном стрессовом воздействии была
выше, чем при одновременном (Almansouri et al., 1999).
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В целом солевой стресс – очень сильное воздействие, вызывающее
значительные изменения многих физиологических и биохимических процессов в растении. В частности, происходят изменения скорости транспирации,
водного режима, электропроводности тканей и органов, возможен дисбаланс
процессов минерального питания, нарушение процессов ионного транспорта, замедление или остановка роста. Однако эти многочисленные изменения
в разной степени опосредованы, обладают разным временем быстродействия
и силой влияния на организм в целом (Захарин, 1990; 1994). Стресс может
приводить к изменениям функциональной нагрузки органов и, как следствие,
скорости восстановления нитратов в них (Москалин, Костышин, 2001).
Показано, что некоторые ферменты азотного обмена (нитратредуктаза,
глутаматдегидрогеназа, глутаминсинтетаза) ингибировались хлористым натрием в системе in vitro у таких контрастных по солеустойчивости растений
как солерос, хлопчатник, кукуруза, фасоль, горох (Gouia et al., 1994).
Засоление представляет собой один из факторов, приводящих к разбалансированию питательной среды. Однако в этих условиях растения страдают не только от недостаточного снабжения К+, Са
2+
, Mg
2+
, и другими эле-
ментами питания, но и от избыточного поступления в их органы Na+, Cl-,
SO42- (Шевякова и др., 1981).
Часто лимитирующим фактором ассимиляции нитратов при различных
стрессовых условиях является не содержание нитратредуктазы и/или ее
удельная активность, а скорее доступность нитратов для тех метаболических
компартментов, которые содержат нитратредуктазу и в которых локализованы внутриклеточные процессы восстановления. В свою очередь поток нитратов к местам их восстановления контролируется переносчиком или переносчиками нитратов в плазмалемме и тонопласте.
Сделано предположение, что первичный эффект возрастающей концентрации солей внутри клетки на процесс восстановления нитратов связан с
влиянием засоления на поток нитратов в субстратный пул за счет воздейст25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вия Na+ на проницаемость мембран для нитратов. Вследствие этого доля органов в активности нитратредуктазы (в процентах от целого растения) изменяется. Вклад активности нитратредуктазы листьев увеличивался, а вклад
корней уменьшался (Овчаренко и др., 1990).
Степень воздействия солевого стресса зависит от источника азота. Например, в условиях солевого стресса бобы и хлопчатник лучше растут на
нитратном источнике азота, нежели на аммонийном (Gouia et al., 1994).
2.6. Циркадный ритм нитратредуктазы
Свет, наряду с нитратами, является важным внешним сигналом, для
индукции нитратредуктазы (Xiu-Zhen Li et al., 1994; Kaiser, Huber, 2001,) поскольку вызывает синтез фермента через синтез белка. На физиологическом
уровне (уровне целого растения) он играет роль поставщика донора электронов для фермента. На молекулярном уровне (уровне клетки) свет влияет на
индукцию нитратредуктазы и на ее мРНК. Также свет повышает накопление
мРНК как в этиолированных, так и в зеленых листьях растений.
Нитраты приводят к синтезу фермента и в темноте, но активность нитратредуктазы существенно ниже в сравнении с таковой на свету при том же
уровне нитратов (Duke, 1984; Oaks et al. 1988).
Активность нитратредуктазы в высших растениях подчиняется циркадному ритму (Hoff et al., 1992). С началом светового периода суток в растениях при наличии доступных нитратов идѐт быстрое увеличение содержания фермента. После начала освещения у растений различных семейств повышение активности нитратредуктазы до максимальных значений происходит за период равный 1-6 часам (Tucker et al., 2004). Так, например, у кукурузы время индукции наступает через 4 часа (Воронова и др.,1976), у озимой
пшеницы через 2 (Yaneva et al., 2000), а у подсолнечника только через 8 часов (Крастина и др., 1983).
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эффект света на уровень активности нитратредуктазы может быть
косвенным и вызывать изменения скорости поглощения нитратов путем повышения проницаемости мембран. С началом темнового периода происходит быстрый распад фермента и снижение общей активности нитратредуктазы (Tucker et al., 2004).
Воздействие света на экспрессию нитратредуктазы пока еще не совсем
полно объяснено. В литературе имеются сведения о ритмических изменениях активности нитратредуктазы в течение суток. Суточный ритм активности
фермента с одним дневным максимумом обнаружен, например, в листьях и
корнях пшеницы, в корнях ячменя, в листьях кукурузы, конских бобов и фасоли. Ритмические изменения активности нитратредуктазы с 2-3 максимумами в течение суток установлены в листьях пшеницы, ячменя, сои и перца
(Крастина и др., 1983; Пешкова, Дорофеев, 1998). У двух последних объектов такие колебания сохранялись и при непрерывном освещении растений,
что говорит об их эндогенном характере (Крастина и др., 1983).
Уровень азотного питания, существенно влияет на интенсивность суточных колебаний нитратредуктазной активности растений. Также на индукцию и суточные колебания фермента влияет источник азотного питания.
Так, при смене нитратного типа питания на аммонийный происходит смещение пика нитратредуктазы с последующим снижением ее активности (Битюцкий и др., 1987).
Наличие временного интервала между суточными пиками притока и
восстановления нитратов в растении принципиально важно. Это еще одно
доказательство субстратиндуцибельной природы нитратредуктазы. Очевидно, в естественных условиях ведущий фактор в изменении суточной активности фермента – поток нитратов из корней. При затемнении, вследствие
снижения активности восстановления нитратов, происходило их накопление
в тканях надземных органов (Битюцкий и др., 1987).
На восстановление нитратов в течение суток, наряду с упомянутыми
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выше светом и нитратом, влияет и температура воздуха. Так, у растений
пшеницы при снижении температуры пик активности нитратредуктазы сдвигался до 6 часов, а при нормальных условиях он составлял всего четыре часа
(Пешкова, Дорофеев, 1998).
Интенсивность, а также продолжительность освещѐнности растений
оказывает большое влияние на активность фермента (Srivastava, 1980). У
большинства исследованных растений активность нитратредуктазы в надземной части становится максимальной через несколько часов после начала
фотопериода (Воронова и др., 1976; Hageman, Hucklesby, 1971).
Активность нитратредуктазы в течение суток имеет пики подъема и
спада. Это характерно для большинства растений: перец сладкий, подсолнечник, кукуруза, пшеница, ячмень и соя (Крастина и др., 1983; Битюцкий,
Кащенко, 1987; Пешкова, 1990; Пешкова, Дорофеев, 1998; Ивашикина, Соколов, 2001; Deng et al., 1990; Hoff et al., 1992; Lillo, 1994).
2.7. Выводы из обзора литературы
Активность нитратредуктазы проявляется только в присутствии нитратов и регулируется несколькими способами и механизмами (активация, защита от инактивирующих белков) (Алѐхина, Клюйкова, 1988; Саламатова,
1988). Но при этом активность фермента не прямо связана с концентрацией
субстрата в тканях, а определяется главным образом интенсивностью притока нитрата из среды в корень или из корней в листья, а точнее, величиной
метаболического пула, доступного для нитратредуктазы (Beevers, Hageman,
1980; Srivastava, 1980). Поступающие в растения нитраты служат не только
источником азота для синтеза органических соединений, но и выполняют
некоторые другие функции. Они участвуют в регуляции осмотического потенциала (Veen, Kleinendorst, 1985), играют роль в поддержании катионноанионного баланса тканей (Kirkgy, 1968), служат запасным фондом азота,
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
который может расходоваться при наступлении стрессовых условий (Chapin
et al., 1988). Полифункциональность нитратов определяет, очевидно, необходимость их аккумуляции в тканях растений. Активность нитратредуктазы
широко используют для оценки интенсивности процесса восстановления
нитратов в растениях (Srivastava, 1980). По уровню активности нитратредуктазы судят об устойчивости видов и сортов к действию неблагоприятных
факторов среды и продуктивности культур, о способности не накапливать
нитраты в тканях (Beevers, Hageman, 1980).
Наряду с сообщениями о том, что нитратредуктазу можно использовать в качестве индикатора, имеются сведения, что сдвиги в активности данного фермента не отражают изменений в процессе восстановления нитратного азота (Клюйкова, Алехина, 1983; Beevers, Hageman, 1980). Отсутствие однозначных выводов часто является следствием того, что нитратредуктаза
очень лабильна и ее активность зависит от многих факторов, действующих
на нативный фермент, а также на фермент в процессе его выделения и инкубации.
Растения по величине участия органов в процесс редукции нитрата делятся на три группы. Исследователи относят вид Raphanus к группе растений, у которых корни обладают высокой активностью нитратредуктазы
(Брей, 1986). Но фактических данных относительно принадлежности редьки
масличной по этому признаку к той или иной группе растений нет.
В тоже время имеются данные, относительно того, что внутри одного
семейства и даже вида, например бобовые, имеются растения, относящиеся к
разным группам (Caba еt al.,1995; Fan еt al., 2002).
Процесс восстановления нитратов во многом обусловлен внешними
факторами окружающей среды. Так, известно, что уровень минерального
(нитратного) питания оказывает влияние на перераспределение нитратредуктазной активности между органами растений, например, у пшеницы и гороха
(Wallaсe, 1986), у люцерны посевной (Vazguez et.al., 2002), но имеются и
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растения, у которых режим минерального питания не оказывает такого
влияния на фермент, например фасоль (Wallaсe, 1986).
Засоление сильно сказывается на поглощении корнями элементов минерального питания и, в частности нитратов (Третьяков и др.,1998), и, как
следствие, на активность нитратредуктазы (Solomonson, Barber, 1990). Данные относительно влияния засоления на активность нитратредуктазы противоречивы (Omarov et al., 1998; Khan, Srivastava, 1998; Silveira и др., 2001).
Активность фермента зависит от вида растений, уровня засоления и даже органа (Gouia, Ghorbal, Touraine, 1994). По солеустойчивости растения разных
видов сильно различаются (Костюк и др., 1994; Медведев, 2004; Еськов и
др., 2004).
Показана сортовая специфика устойчивости различных сортов к солевому стрессу. Стресс может приводить к изменениям функциональной нагрузки органов и, как следствие, скорости восстановления нитратов в них
(Almansouri et al., 1999).
Активность нитратредуктазы регулируется светом, и ее уровень меняется в течение суток (Srivastava, 1980). Как правило, активность становится
максимальной через несколько часов после начала фотопериода (Hageman,
Hucklesby, 1971). В литературе встречаются сведения, что динамика изменения активности редукции нитратов во времени в течение суток у растений,
растущих в разных физиологических условиях (Кондратьев и др., 1983),
имеет разный характер в зависимости от условий выращивания.
Способность органов усваивать нитраты различна, и усвоение азота
необходимо рассматривать во взаимодействии их физиологических функций. Азот, поглощенный корнем, может либо подвергаться превращениям,
либо транспортироваться без изменений в надземную часть растения. Способность корневой системы восстанавливать нитраты связана с уровнем
нитратредуктазной активности в клетках корня. Доля корней в этом процессе
зависит от вида растений и их возраста. Как правило, на ранних этапах раз30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вития растений в корнях восстанавливается больше нитратов, чем на поздних. Так, в корнях молодых проростков кукурузы восстанавливается до 2530 % поглощенных нитратов, с возрастом растений доля корней снижается
до 10-14%, а к периоду созревания корень практически неактивен в этом
процессе (Пешкова, Хавкин, 1980). Соответственно этому, увеличивается
доля нитратов, транспортируемая в надземную часть в неизменном виде.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для достижения цели исследований эксперименты проводили на
растениях, выращенных в модельных и полевых условиях, которые
значительно отличались по уровням питания и освещенности.
В лабораторных условиях растения выращивали на питательной смеси
Кнопа, в которой железо лимоннокислое было заменено хелатным железом
этилендиаминтетраацетата и добавлены микроэлементы по Хоглэнду.
1 % - ного
5 % - ного
10 % - ного
1 % - ного
10 % - ного
0,8 % - ного
Ca (NO3)2 *4 H2O
KH2PO4
KNO3
MgSO4*7 H2O
KCl
Fe лимоннокислого
8 г/л
4 г/л
2 г/л
2 г/л
1 г/л
5 г/л
Семена обеззараживали раствором 1% KMnO4 в течение 10-15 минут,
раскладывали в кюветы на влажную фильтровальную бумагу и проращивали
в термостате при 250С в темноте, двухдневные проростки переносили на
половинную, а через трое суток на полную питательную смесь Кнопа и
выращивали при интенсивности освещения 4500 люкс. Продолжительность
светового и темнового периодов была равной (12 часов) со сменой
температуры день/ночь 23 1
0
С, 18 1
0
С, соответственно. Растения
анализировали в возрасте 15 суток. У растений семейства капустных к
моменту эксперимента была фаза развития трех настоящих листьев.
Почва опытного участка cерая лесная, богатая по содержанию гумуса,
подвижных
форм
азота
и обменных оснований, высокоокультуренная
(табл. 2).
В полевых экспериментах посев проводили по удобренному фону (40 г
диаммофоски на м2), во второй декаде мая, с нормой высева 2 г всхожих семян на 1 га, глубина заделки 3-4 см, ширина междурядий 15 см. Площадь де32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лянки 5 м2, повторность трѐхкратная.
Таблица 1.
Характеристика почвы опытного участка (Пешкова, Дорофеев, 2002)
ГориГумус,
зонт,
pHсол
%
см
0-10
4,56
6,6
20-30
3,85
6,4
30-40
0,89
6,0
55-65
0,62
5,9
Сумма обмен.
оснований мг
экв/100 г почвы
38,6
41,3
27,6
29,3
N-NO3 N-NH4
N,мг/кг почвы
5,2
5,5
7,5
9,5
10,3
8,9
8,9
6,1
P2O5
K2O
мг/100 г почвы
75,6
30,0
71,0
25,0
43,6
21,0
27,6
21,0
При изучении восстановления нитратов в органах растений объектами
исследований были: редька масличная (Raphanus sativus L. var. oleiformis
Pers.) (линия ИрГСХА); редька овощная (Raphanus sativus L. var. niger
Sinsk.) (сорт Зимняя круглая чѐрная); редис (Raphanus sativus L. var. rubescens Sinsk.) (сорта Жара, Ледяная сосулька, Сакса); редька китайская
(Raphanus sativus L.) (сорт Маргеланская); яровая пшеница (Triticum aestivum
L.) (сорт Ангара – 86); озимая пшеница (Triticum aestivum L.) (сорт Иркутская); ячмень (Hordeum sativum L.) (сорт Соболек); кукуруза (Zea maus L.)
(гибрид Молдавский 215); соя (Glicine hispida L.) (сорт Энрей); нут(Cicer
arientinum L.); люпин (Lupinus pоliphyllus Lindi.) (сорт Белый рыцарь); горох
посевной (Pisum sativum L.) (сорт Аксайский усатый – 3); огуречная трава
(бораго) (Borago officinalis L.).
Влияние плоидности на вклад органов редьки масличной в процесс редукции нитратов по фазам развития растений рассматривали на диплоидной
линии ИрГСХА и тетраплоидном сорте Тамбовчанка. Пробы растительного
материала отбирали по фазам развития: всходы, розетка, бутонизация, цветение, плодообразование.
Влияние возраста листа на активность нитратредуктазы рассматривали
на редьке масличной линии ИрГСХА и рапсе (Brassica napus oleifera DC)
сорта Ратник. В фазу цветения листья разделяли на ярусы (всего 4 яруса),
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
взвешивали и анализировали.
Влияние уровня нитратного питания на скорость их восстановления в
лабораторном опыте изучали на редьке масличной, линии ИрГСХА, горохе,
сорта Аксайский усатый 3 и сое, сорта Энрей. Различную концентрацию
нитратного азота создавали, изменяя количество азотнокислого кальция (0;
0,1; 0,5; 2,4; 14,4; 28,8; 57,6; 98,4 мМ NO3) в питательном растворе. На низких концентрациях нитратного азота (0; 0,1; 0,5; 2,4; мМ NO 3) в питательном
растворе недостаток Са2+ и К+ возмещали внесением СaCl2 и К2SO4 в эквимолярных концентрациях.
В аналогичном опыте в полевых условиях исследования проводили на
редьке масличной линии ИрГСХА. Различия в уровне нитратного питания
создавали внесением азотнокислого кальция: 1. контроль (без удобрений); 2.
70 г/м2 Ca(NO3) 2 * 4 H2O; 3. 127 г/м2 Ca(NO3) 2. * 4 H2O. Норма высева семян
10 г/м2. Размер делянок 1м2, повторность трехкратная, размещение на участке рендомизированное.
Активность нитратредуктазы и накопление нитратов в зависимости от
уровня засоления изучали на растениях редьки масличной линии ИрГСХА,
кукурузе гибрида Молдавский 215 и ячмене сорта Соболек. Двухдневные
проростки высаживали на половинную норму питательной смеси Кнопа и
переносили в световую камеру. Через два дня опытные растения переводили
на полную питательную смесь с концентрацией NaCl – 50 мМ, а контрольные оставались на питательной смеси Кнопа. Затем контрольные и опытные
(семидневные) растения переводили на питательные среды с изучаемыми
концентрациями NaCl – 50, 100 и 200 мМ.
Таким образом, исследования проводили на представителях разных
классов, семейств и видов растений, что было обусловлено задачами исследований. Особое внимание было уделено редьки масличной, как культуре
способной усваивать большое количество нитратов из почвы и малоизученной в этом отношении.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подготовка растительного материала к анализу.
Растения разделяли на отдельные органы, определяли сырую массу и
абсолютно сухое вещество. Оводненность тканей определяли весовым методом как процент воды в общей сырой массе.
Для определения активности нитратредуктазы и содержания нитратов
в растительных тканях навески сырого материала (300-500 мг) растирали в
0,1 М фосфатном буфере (рН 8,8), содержащем в качестве стабилизатора 1%
казеин и 0,01 М меркаптоэтанола. Соотношение ткань – буфер (вес/объем)
зависело от органа и составляло от 1:4 до 1:19. Гомогенат центрифугировали
при 20 000 g в течение 20 мин на центрифуге с охлаждением и надосадочную
жидкость использовали для анализа.
Определение потенциальной активности нитратредуктазы.
Активность нитратредуктазы оценивали по скорости накопления нитритов, конечного продукта работы фермента (Пешкова, 1992). Реакционная
смесь содержала 0,5 мл 0,1 М фосфатного буфера, рН 8,8; 0,1 мл 0,1 М КNO 3
и 0,1 мл растительного экстракта. В качестве донора электронов использовали 0,1 мл 0,001 М НАДН2, а в контроль вместо него добавляли воду. Смесь
инкубировали 15 мин при 30 0С в темноте, реакцию останавливали добавлением 0,02 мл 0,001 М щавелевоуксусной кислоты. Через 2-3 мин для окрашивания образовавшихся нитритов приливали 0,5 мл 1%-ного сульфаниламида в 1 N НСl и 0,5 мл 0,02%-ного нафтилэтилендиаминдигидрохлорида.
Через 10 мин окрашенные пробы центрифугировали при 4 000 g в течение 10
мин и в супернатанте измеряли оптическую плотность при 546 нм на Sресо120 (“Кагl Zeiss,” Германия). Количество образовавшихся нитритов рассчитывали с помощью калибровочного графика, построенного по NaNO2.
Определение нитратов в органах растений.
В экстрактах оценивали содержание нитратов по реакции с салициловой кислотой (Cataldo et al., 1975). К 0,1 мл экстракта, полученного для определения потенциальной активности нитратредуктазы, приливали 0,4 мл
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свежеприготовленного 5%-ного раствора салициловой кислоты в концентрированной Н2SО4. Образование окрашенного комплекса длилось 20 минут
при комнатной температуре. Проявление окраски происходит в щелочной
среде, для этого добавляли 9,5 мл 2 N NаОН и промеряли при 410 нм на
Sреко1-20. В качестве контроля использовали раствор, в котором салициловая кислота был заменена на концентрированную Н2SО4. Расчеты проводили
по калибровочному графику, построенному по КNO3.
Определение содержания хлорофиллов в листьях.
Навеску сырого растительного материала (200 мг) растирали в ступке,
куда для нейтрализации клеточного сока и феофитинизации пигментов добавляли углекислый магний. Навеску растирали с 2 мл растворителя (70%ный этиловый спирт) и количественно переносили в колбы. После этого
ступки промывали спиртом до полного обесцвечивания раствора, общий
объем в колбе доводили до 8 мл. Оптическую плотность полученных растворов измеряли при длине волны 665 нм для хлорофилла «а», и при 649 нм для
«в». Концентрацию хлорофилла «а» и «b» в вытяжке рассчитывали по формуле Веррона (Малый практикум по физиологии растений, 1992):
Са = 11,63*D665 – 2,39* D 649 ; Сb = 20,11*D649 – 5,18* D 665
Статистическая обработка результатов.
Аналитические и биологические повторности трехкратные. Полученные результаты обработаны статистически по методике Б.А. Доспехова
(1979). Цифровой и графический материал представляет средние арифметические величины и их стандартные ошибки.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Восстановление нитратов в органах растений
4.1.1. Восстановление нитратов в органах растений различных
представителей вида Raphanus sativus L.
Большинство исследований нитратвосстанавливающей системы растений проводятся на отдельных органах, чаще всего это листья или корни. Некоторые работы посвящены восстановлению нитратов параллельно в листьях и корнях (Москалик, Костышин, 2001; Шер, Кумаков, 2002; Druart et al.,
2000). Исследования одновременно на всех органах растений немногочисленны (Бреус и др., 2000; Wallace, 1986; Claussen, Lenz, 1999).
В данной работе изучали скорость редукции нитратов во всех органах
растений, с наибольшим вниманием к редьке масличной, как культуре наиболее отвечающей поставленной задаче и практически не изученной в этом
отношении и сравнение еѐ с другими представителями вида Raphanus sativus
L. (табл.2).
Таблица 2
Потенциальная активность нитратредуктазы (НР) в органах растений
представителей вида Raphanus sativus L.
Название растений
НР, нМоль, мин/г сырой массы
листья
cтебли
корни
Редька масличная (ИрГСХА)
232,2 2,1
75,7 1,6
98,9 2,3
Редька китайская
227,8 14,7
45,1 1,7
57,6 2,6
Редька овощная
193,7 5,9
60,0 0,8
61,9 1,9
Редис (Жара)
204,7 2,8
35,9 2,5
53,2 1,2
Редис (Сакса)
222,9 7,6
54,0 1,6
80,9 1,1
Редис (Ледяная сосулька)
229,3 5,0
68,8 1,0
80,5 4,3
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У всех исследованных представителей вида Raphanus sativus L. наибольшей скоростью восстановления нитратов обладали листья. Меньше всего нитратов редуцировалось в гипокотиле. Самая высокая активность фермента была у редьки масличной, к ней приближался редис «Ледяная сосулька». Следует отметить, что у редьки овощной скорость восстановления нитратов в корне и стебле была равной.
У изученных представителей вида все органы участвуют в процессе
восстановления поглощенных нитратов при выращивании в водной культуре
при регулируемых условиях выращивания. Нитратредуктаза – субстратиндуцируемый фермент, поэтому изменение активности восстановления нитратов в органах растений привлекло внимание к изучению содержания нитратов в них. По количеству нитратов в органах исследуемых растений не
было
закономерности,
соответствующей активности нитратредуктазы
(табл. 3).
Таблица 3
Содержание нитратов (NO3) в органах растений вида Raphanus sativus L
Название растений
NO3, мкг/г сырой массы
листья
стебли
корни
Редька масличная ИрГСХА
388,5 21,7
579,9 51,7
390,8 29,8
Редька китайская (лобо)
892,7 75,2
461,2 22,5
253,1 20,2
Редька овощная
756,5 30,8
934,8 46,9
427,7 4,2
Редис (Жара)
379,8 17,3
263,7 13,4
194,6 11,0
Редис (Сакса)
699,0 11,7
464,2 16,2
410,6 21,8
Редис (Ледяная сосулька)
778,1 14,9
517,4 15,7
314,8 34,9
Если скорость восстановления нитратов в листьях всех представителей
семейства была на одном уровне, то накопление нитратов в них было
различным. Содержание нитратов было наиболее высокое у редьки
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
китайской, меньше у редьки овощной и редиса «Ледяная сосулька».
Содержание нитратов в корнях всех растений было либо на уровне
листьев, либо ниже. Это позволяет говорить, что поглощенные нитраты не
накапливались в корнях, а были восстановлены в корне или транспортировались в надземные органы в неизменном виде.
Наибольшее содержание нитратов в расчете на грамм сырого вещества
у редьки масличной и редьки овощной было в гипокотиле, выполняющем
связывающую функцию в проростке при транспорте нитратов от органа их
поглощения (корень) в орган основного восстановления – листья. Из этого
порядка выделялись редис и редька китайская, у которых органы по содержанию нитратов располагались следующим образом: листья, гипокотиль и
корни.
Все изученные представители вида Raphanus sativus L. обладали практически одинаковой скоростью накопления сырой массы растений в расчете
на растение, за исключением редьки овощной (табл. 4).
Таблица 4
Накопление сырой массы органами растений вида Raphanus sativus L
Название растений
Сырая масса, мг/растение
листья
стебли
корни
все растение
Редька масличная
908±65
77±9
126±1
1111±6
Редька китайская (лобо)
763±109
113±7
132±10
1008±106
Редька овощная
1147±40
86±4
217±22
1450±24
Редис (Жара)
826±82,9
101±11
228±28
1155±44
Редис (Сакса)
879±57
105±7
156±19
1140±63
Редис (Ледяная сосулька)
903±83
57±2
187±3
1147±60
Масса надземной части растений преобладала над массой корня. По
массе листьев выделяются редька овощная и китайская. Накопление массы
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
корней наиболее интенсивно происходило у редиса сорта Жара и редьки
овощной. Вклад органов в общую нитратвосстанавливающую систему растения более полно можно оценить с учѐтом веса органов растений. У растений вида Raphanus sativus L. корни и стебли вносят незначительный вклад в
общий процесс восстановления нитратов (рис.2).
Редис Сакса
Редис Лед. Сосулька
Редис Жара
Редька китайская
Редька овощная
Редька масличная
0%
20%
40%
Листья
60%
Стебли
80%
100%
Корни
Рис.2. Доля органов в восстановлении нитратов целым растением
За 100% принято количество нитратов, восстановленных растением.
Полученные результаты не совпадают с представлением о том, что
растения вида Raphanus sativus L. обладают высокой активностью нитратредуктазы в корнях (Брей, 1986). Изучение усвоения азота редькой масличной
в полевых условиях показало, что скорость восстановления нитратов в органах надземной части у неѐ в несколько раз выше, чем в корнях (Дорофеев,
Пешкова, 2002). В связи с этим возник вопрос о рассмотрении роли органов
редьки масличной в процесс восстановления нитратов по фазам развития
растений.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.1.2. Восстановление нитратов в надземных органах редьки масличной
в зависимости от фазы развития
Редька масличная - культура с коротким вегетационным периодом и
быстрым ростом, поэтому наступление очередной фазы развития идет ускоренно (табл. 5).
Таблица 5
Даты наступления фаз развития редьки масличной, линия ИрГСХА
(данные 2005 года)
Дата наступления
(число, месяц)
2.06.
Фаза развития
Всходы
Три настоящих листа
7.06.
Розетка
15.06.
Бутонизация
20.06.
Цветение
27.06.
Плодообразование
14.07.
В соответствии с фазами развития увеличение массы растений происходит быстрыми темпами, так, за 43 дня наблюдений (от фазы всходов до
плодообразования) сырая масса растений увеличилась почти в 45 раз
(табл.6).
Редька масличная характеризовалась интенсивным накоплением органического вещества. В начале развития идет интенсивное накопление массы
листьев и облиственность растений в процентном отношении остается постоянной. С фазы бутонизации отмечается снижение облиственности при
достаточно высокой массе листьев на растении редьки масличной. Это объясняется появлением новых листьев на вновь образовавшихся боковых побегах, которое сопровождается отмиранием нижних (более старых).
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6
Накопление сырой массы и облиственность растений редьки масличной
в зависимости от фазы развития (линия ИрГСХА)
Фаза развития
Сырая масса, г
% облист-
листья
стебли
стручки
растение
венности
Всходы
1,2±0,05
0,03±0,01
-
1,23±0,05
95,6
Три листа
2,5±0,12
0,1±0,01
-
2,6±0,13
94,4
Розетка
7,4±0,5
0,41±0,02
-
7,80±0,5
94,8
Бутонизация
14,6±1,1
8,7±0,3
-
23,3±1,3
62,6
Цветение
16,5±0,9
19,2±1,4
-
35,7±2,1
46,3
Плодообразование
16,6±0,4
17,8±0,4
33,1±0,6
67,5±2,0
24,1
Быстрое увеличение массы растений идет со снижением облиственности растений, которое резко снижалось с 95% в фазу всходов до 22-24% ко
времени плодообразования (табл. 6).
Увеличение биомассы растений шло за счет роста основного и образования боковых побегов, а в фазу плодообразования большой вклад вносили
стручки. Доля стебля в общей массе растений достигала максимального значения (около 50%) в фазу цветения. В период же образования плодов наибольшую часть от всего растения составляли стручки (рис.3).
Скорость восстановления нитратов в листьях редьки масличной высока и снижалась только в последние фазы вегетации (табл. 7). Активность
нитратредуктазы в стебле растений возрастала до фазы бутонизации, а затем
снижалась по мере старения тканей органа.
Органы надземной части редьки масличной активно, как известно, усваивают нитраты почвенного поглощающего комплекса в течение всего периода наблюдений, тем не менее, содержание белка по мере развития растений от цветения до плодообразования снижается вдвое (Мишуров и др.,
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1973). Вероятно, это объясняется тем, что активность нитратредуктазы в
расчете на грамм сырой массы надземной части за этот период резко снижалась (табл. 7).
Таблица 7
Потенциальная активность нитратредуктазы в органах растений
редьки масличной по фазам развития
НР, нМоль мин/г сырой массы
Фаза развития
листья
стебли
стручки
Всходы
92,4±0,5
-
-
Три листа
252,2±6,1
5,6±0,3
-
Розетка
220,6±4,8
35,8±2,0
-
Бутонизация
194,4±7,0
52,3±3,9
-
Цветение
122,4±5,3
14,3±0,5
-
Плодообразование
44,6±0,8
23,6±0,7
12,1±0,3
плодообразование
цветение
бутонизация
розетка
3-й лист
всходы
0%
лист
20%
40%
стебель
60%
80%
100%
стручки
Рис. 3. Доля органов в сырой массе надземной части растений редьки
масличной по фазам развития, линия ИрГСХА.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Удельная активность нитратредуктазы – количество нитратов восстановленных за единицу времени в расчете на единицу белка, не в полной мере
показывает интенсивность работы аппарата восстановления нитратов. В этой
связи более правильно рассчитывать активность фермента, учитывая массу
всего органа.
Принимая во внимание активность фермента в тканях и сырой вес органа важно отметить, что до фазы розетки вклад стебля был минимальным, и
только с наступлением бутонизации его доля возросла до 15% (рис. 4).
Вклад листьев в процесс восстановления нитратов за период наблюдений был доминирующим. Однако, в процентном соотношении доля листьев
в общей редукции нитратов растениями на протяжении периода вегетации
падала с 98% до 50% при одновременном увеличении роли стеблей в этом
процессе с 2% до 25%. В последнюю фазу наблюдений довольно значительная доля нитратов (до 25%) восстанавливалась в плодах.
плодообразование
цветение
бутонизация
розетка
3-й лист
всходы
0%
20%
лист
40%
60%
стебель
80% 100%
стручки
Рис. 4. Доля участия органов в общем восстановлении нитратов надземной
части растений редьки масличной по фазам развития, линия ИрГСХА.
Таким образом, показано, что при снижении облиственности растений
функцию усвоения нитратов у редьки масличной частично принимали на себя стебли, образование которых происходило очень быстро и продолжитель44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ное время, а с появлением стручков они тоже принимали участие в этом
процессе.
Особо следует отметить, что накопления нитратов ни в одном из органов надземной части редьки масличной в период наблюдений отмечено не
было (данные не представлены). Это свидетельствует о том, что при данном
уровне минерального питания все поглощенные корнем нитраты полностью
восстанавливались.
В процессе восстановления нитратов у редьки масличной принимают
участие все органы растения: листья, стебли, плоды и корни. Значительной
редукции нитратов в корнях показано не было. Органы надземной части не
равноценны в усвоении нитратов. В листьях растений, обладающих наивысшей активностью нитратредуктазы в течение всего периода наблюдений, в
зависимости от возраста может редуцироваться от 98 до 50 % поступивших
нитратов.
Активность фермента в стеблях значительно ниже по сравнению с листьями, но в связи с интенсивным приростом стеблевой части в процессе вегетации именно к этому органу растений частично переходит функция восстановления нитратов. В фазе плодообразования часть поступивших нитратов редуцируется в плодах.
В соответствии с изменением соотношения массы органов надземной
части в процессе вегетации изменяется и их роль во включении азота нитратов в метаболизм растений. Активность этого процесса высока и не приводит к накоплению нитратов в органах растений.
4.1.3. Активность нитратредуктазы в листьях растений редьки масличной в
зависимости от расположения их на растении
Потенциальная активность нитратредуктазы значительно меняется не
только по органам растений, но и внутри одного органа. Так, в меристемати45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческих тканях активность нитратредуктазы существенно выше. Поэтому в
молодых листьях редукция нитратов протекает с большей скоростью в сравнении со старыми, а в растущей части листа выше, чем в зрелой (Пешкова,
Хавкин, 1980). С появлением каждого нового листа активность нитратредуктазы в нем более высока, чем в предыдущем, к этому моменту.
У редьки масличной листья очень чѐтко делятся на ярусы в зависимости от высоты расположения на стебле. Они отличаются не только возрастом, но и морфологией. Верхние листья меньше по размерам и менее рассечѐнные (фото 1).
3
4
1
2
Фото 1. Вид листьев редьки масличной по ярусам
Именно морфологические особенности позволили разделить все листья редьки масличной на 4 яруса в зависимости от расположения их на растении. Определение активности нитратредуктазы по ярусам листьев показало, что скорость восстановления нитратов возрастает с увеличением места
расположения листа на растении.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наиболее высокая активность фермента была в листьях 3 яруса, а не у
молодых листьев верхнего четвертого яруса (табл.8), но, тем не менее, самые
молодые листья 4-го яруса имели достаточно высокую активность нитратредуктазы, которая лишь немного уступала листьям 3-го яруса.
Таблица 8
Потенциальная активность нитратредуктазы и содержание нитратов
в листьях растений по ярусам (фаза цветения)
Вид растений
Ярус
НР, нМоль, мин/г NO3, мкг/г сырой
листьев
сырой массы
массы
1
40,2±1,2
459,0±37,6
Редька масличная
2
75,8±3,4
181,1±9,7
(ИрГСХА)
3
121,0±8,3
206,6±11,9
4
106,8±4,3
297,0±20,7
1
7,4±0,3
121,7±6,1
Рапс
2
14,1±0,2
127,5±3,2
(Ратник)
3
15,3±0,3
104,8±1,7
4
19,0±1,0
61,5±3,9
Это несколько противоречит данным других авторов, которые отмечают, что молодые листья обладают и более высокой активностью фермента.
У редьки масличной, вероятно, это обусловлено малыми размерами листьев
четвертого яруса и расположением их на растении по отношении к источнику освещения.
В тоже время результаты, полученные на яровом рапсе, полностью
совпадают с данными, полученными для кукурузы и пшеницы (Пешкова,
Хавкин, 1980; Пешкова, 1992). У рапса самая большая потенциальная активность была в наиболее молодых листьях верхнего яруса (табл.8).
Несмотря на высокую активность фермента в листьях 4-го яруса на
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
грамм сырого веса, вклад этого яруса, с учетом сырой массы листьев получается самым наименьшим, как у редьки масличной, так и у рапса (табл. 9).
Таблица 9
Вклад ярусов листьев (%)* растений в восстановление нитратов
Вид растений
Ярус листьев
1
2
3
4
Редька масличная
21,4
27,7
32,8
18,1
Рапс
26,0
28,5
31,1
14,4
* За 100 % принято количество нитратов восстановленных во всех ярусах листьев
А.А. Пешковой (1992) было сделано предположение, что более высокая потенциальная активность нитратредуктазы в молодых листьях связана с
лучшим снабжением нитратами. Действительно, учитывая то, что нитратредуктаза субстратиндуцируемый фермент, а каждый новый лист является органом, аттрагирующим нитраты, то подобное предположение вполне логично.
Это подтверждается и наблюдениями за динамикой содержания нитратов в листьях разного яруса. Появление нового органа надземной части ведет
к уменьшению притока питательных веществ в уже сформированные органы, о чем свидетельствует уменьшение содержания нитратов в последних
(Пешкова, 1992).
Анализ листьев различных ярусов у растений редьки масличной и рапса по содержанию нитратов не позволил выделить такой чѐткой зависимости. Если у ярового рапса листья 4-го яруса обладали наивысшей потенциальной активностью нитратредуктазы, а содержание нитратов в них было
наименьшим, то для редьки масличной такой закономерности не отмечено.
Вероятно, более высокая активность нитратредуктазы в верхних самых
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
молодых листьях определяется комплексом факторов. Сюда можно отнести
и высокую метаболическую активность молодых тканей, и лучшую освещѐнность, а соответственно и большую скорость фотосинтетических процессов, что особенно сказывается в очень плотных одновидовых посевах
редьки масличной (табл.8).
Нитратредуктаза в надземных органах является ферментом очень чувствительным к условиям освещения (Lillo, 1994; Campbell, 1999). Поэтому
недостаток света один из вероятных факторов снижающих активность нитратредуктазы в нижних листьях.
Основная функция листьев фотосинтетическая. На ранних этапах развития лист обеспечивает только себя, но с возрастом начинается перекачка
ассимилятов в другие органы. С возрастанием доли нитратов, восстанавливаемых в каждом вновь появившемся листе, снижается скорость их восстановления в предыдущем вне зависимости от сорта и культуры.
4.1.4. Влияние уровня плоидности растений редьки масличной
на рост и восстановление нитратов
В настоящее время культивируются сорта редьки масличной с диплоидным и тетраплоидным набором хромосом. Тетраплоиды являются более
крупными и хорошо облиственными растениями по сравнению с диплоидами. Количество листьев у тетраплоидных растений меньше, но они крупнее,
поэтому в начале развития превосходят по листовой поверхности диплоидные сорта, в течение вегетации эти различия нивелируются. Начиная с фазы
цветения, тетраплоидные растения превышают диплоидные по высоте, но
меньше ветвятся. Содержание хлорофилла в листьях ди- и тетраплоидных
сортов различается незначительно (Корябин, 1978). Более высокая продуктивность тетраплоидных сортов в сравнении с диплоидными в основном определяется высотой и толщиной основного стебля.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Линия ИрГСХА имеет диплоидный набор. В России создан и нашел
широкое применение в практике сорт Тамбовчанка с тетраплоидным набором хромосом (Балышев и др., 2002). Было проведено сравнение этих сортов
по скорости восстановления, накопления и распределения нитратов в органах растений и скорости роста диплоидного и тетраплоидного сортов редьки
масличной.
Сравнение линии ИрГСХА и сорта Тамбовчанка по активности нитратредуктазы показало, что тетраплоидный сорт обладал меньшей скоростью
редукции нитратов, в сравнении с линией ИрГСХА, во всех органах (табл.
10).
Накопление нитратов в органах надземной части у тетраплоидного
сорта шло быстрее в сравнении с линией ИрГСХА, при этом в корнях обоих
изучаемых представителей содержание нитратов оказывалось практически
на одном уровне. Тем не менее, по накоплению сырой массы и сухого вещества сорт Тамбовчанка превосходил диплоидную линию, что свидетельствует о достоинствах тетраплоидных форм.
Таблица 10
Сравнение редьки масличной по потенциальной активности
нитратредуктазы, накоплению нитратов, сырой массы и сухого вещества
Показатель
НР,нМоль в мин/г
сырой массы
NO3,мкг/г сырой
массы
Сырая масса, мг
Сухой вес, мг
линия ИрГСХА
сорт Тамбовчанка
листья
стебли
корни
листья
216,3 6
45,3 2
64,5 3
119,3 1 18,9 0,5 36,5 1
869 23
1277 3 572 17 1045 22 1497 39 579 18
1282±4
90±9
78±6
6±1
206±28 1716±87
16±1
93±2
стебли
корни
133±6
257±25
8±1
18±3
Доля органов в восстановлении нитратов у ди- и тетраплоидного сор50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тов редьки масличной не зависела от уровня плоидности. Показано, что независимо от уровня плоидности растений основную роль в редукцию нитратов выполняют листья растений - более 90% (рис. 5).
ТАМБОВЧАНКА
ИРГСХА
0%
20%
40%
лист
60%
стебель
80%
100%
корень
Рис. 5. Вклад органов редьки масличной в восстановление нитратов в
зависимости от плоидности растений
За 100 % принята потенциальная активность нитратредуктазы всего
растения
Таким образом, у растений редьки масличной различной плоидности
все органы надземной части и корни способны редуцировать поступившие
нитраты. Вне зависимости от уровня плоидности растения редьки масличной
обладают высокой активностью нитратредуктазы в листьях.
4.1.5. Восстановление нитратов органами растений различных семейств
в сравнении с редькой масличной
Ассимиляция нитратов в растениях может происходить как в листьях,
так и корнях. При этом поглощенные нитраты начинают восстанавливаться
непосредственно в корне. Накопление нитратов в надземных органах обусловлено их транспортом из корней по ксилеме. Исследователи показали,
что все разнообразие растений можно разделить на три основные группы, в
пасоке которых соотношение органических форм азота и нитратов принци51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пиально различаются из-за неодинаковой способности корней растений ассимилировать поглощенные нитраты (Брей, 1986).
К растениям первой группы относятся те, корни которых характеризуются высокой активностью нитратредуктазы. У них поступление азота в
надземные органы происходит в основном в органической форме. К ним относится большинство бобовых растений (люпин, соя, горох), черника, клюква и многие древесные растения (Claussen, Lenz, 1999).
Вторая группа растений обладает низкой скоростью восстановления
нитратов в корнях. У этих растений транспорт азота в восходящем токе осуществляется преимущественно в форме нитратов. Основная нитратредуктазная активность сосредоточена в листьях растений. Типичными представителями таких растений являются свекла, бурачник, дурнишник (Брей,
1986).
У растений третьей группы в редукции нитрата принимают участие
корни и листья. Транспорт азота в надземные части осуществляется как в
минеральной, так и в органической форме. Это наиболее многочисленная
группа растений, к которой относится большинство травянистых растений,
многие виды злаков, в том числе технические и селькохозяйственные культуры. Тем не менее, редукция нитратов у этих растений, как правило, активнее протекает в листьях (Брей, 1986; Измайлов, 1986).
В литературе нет однозначного мнения относительно принадлежности
растений к той или иной группе. Например, С.М. Брей (1986), горох относит
к третьей группе, С.Ф. Измайлов (1986) к первой, а В.В. Полевой (1989) все
бобовые относит к третьей группе.
Поскольку растения разделяются на группы по участию органов в усвоении нитратов, для сравнения с видом Raphanus sativus L. в эксперимент
были включены представители других семейств (табл. 11).
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 11
Потенциальная активность нитратредуктазы (НР) в органах растений
различных семейств
НР, нМоль в мин/г сырой массы
Вид растений
листья
стебли
корни
75,7 1,6
98,9 2,3
Семейство капустные
Редька масличная (ИрГСХА)
232,2 2,1
Семейство мятликовые
Яровая пшеница
176,4 10,7
27,7 2,3
96,2 2,4
Озимая пшеница
60,7±0,7
17,3±0,8
29,8±0,2
Ячмень
207,9 3,2
43,5 1,1
43,0 1,2
Кукуруза
29,5 0,7
9,3 0,4
11,8 0,3
Семейство бобовые
Горох посевной *
32,1 0,88
12,1 0,5
18,9 0,6
Соя
45,9 0,6
2,7 0,2
5,1 0,2
Многолетний люпин
11,7 0,42
26,6 0,1
11,0 0,1
Нут
33,4 1,1
6,3 0,1
9,9 0,3
Семейство бурачниковые
Огуречная трава (бораго)
22,5 1,28
2,9 0,1
6,8 0,3
* усики у гороха анализировали отдельно – потенциальная активность
составляла 9,26 0,45 нМ в мин/г сырой массы
Определение активности нитратредуктазы у представителей различных семейств, взятых в эксперимент, показало, что скорость восстановления
нитратов в органах сильно отличается. В контролируемых условиях выращивания (водная культура на питательной смеси Кнопа) среди растений в
возрасте 15 суток редька масличная имела наибольшую активность фермен53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
та во всех органах по сравнению с другими культурами.
Представители семейства мятликовых и бобовых по уровню активности фермента во всех органах различались значительно. Скорость восстановления нитратов в листьях растений преобладала над таковой в стебле и корне. Исключение из общего порядка составил люпин, обладающий равной активностью нитратредуктазы в листьях и корнях и в два раза большей в стебле.
В целом скорость восстановления нитратов люпином значительно ниже, чем у остальных исследованных растений.
Накопление нитратов в органах изучаемых растений происходило с
разной скоростью, обусловленной видовой принадлежностью (табл. 12). Количество нитратов, накопленных в листьях и корнях редьки масличной, оказывается практически равным.
Представители семейства мятликовых по уровню содержания нитратов
в листьях различались незначительно, в то время как в стебле и корне разница в количестве нитратов была достаточно велика. Например, стебли кукурузы и ячменя, корни кукурузы и озимой пшеницы (табл.12).
В семействе бобовых из общего порядка выделяется соя, в органах которой содержание нитратов было наибольшим. У люпина многолетнего скорость накопления нитратов во всех органах была приблизительно равной.
У яровой пшеницы, кукурузы, гороха, нута и огуречной травы содержание нитратов в корне было выше по сравнению с листьями, а стебель занимает промежуточное положение. Особое место в этом ряду занимает пшеница, которая имела наибольшее содержание нитратов в корне, обладая достаточно высокой активностью нитратредуктазы в нѐм.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12
Содержание нитратов (NO3) в органах растений различных семейств
Содержание NO3, мкг/г сырой массы
Вид растений
листья
стебли
корни
Семейство капустные
Редька масличная ИрГСХА
388,5 21,7
579,9 51,7
390,8 29,8
Семейство мятликовые
Яровая пшеница
263,2 22,8
420,5 17,9
568,9 29,4
Озимая пшеница
133,0 4,6
311,9 7,7
66,3 0,9
Ячмень
146,5 3,7
134,8 3,8
80,3 0,5
Кукуруза
179,3 6,8
873,8 8,1
798, 21,5
Семейство бобовые
Горох посевной *
95,3 4,6
409,3 24,8
269,3 9,8
Многолетний люпин
184,5 3,7
184,2 10,9
156,4 10,5
Нут
103,9 1,7
230,9 3,1
238,5 5,0
Соя
613,4 8,0
610,6 16,1
453,4 9,1
Семейство бурачниковые
Огуречная трава (бораго)
90,1 11,0
246,5 22,7
368,2 10,7
*усики у гороха анализировали отдельно – содержание нитратов 168,6 7,7
мкг/г сырой массы
Рассматривая нарастание сырой массы растений, следует отметить, что
у всех изучаемых растений масса листьев преобладала над массой корневой
системы (табл. 13). Исключение из этого ряда составили представители семейства бобовые (горох, нут и соя), у которых корень рос быстрее надземных органов.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 13
Накопление сырой массы растениями различных семейств
Сырая масса, мг
Вид растений
листья
стебли
корни
все растение
126±1
1110±6
Семейство Капустные
Редька масличная
908±65
77±9
Семейство Мятликовые
Яровая пшеница`
209±9
153±8
192±7
544±26
Озимая пшеница
144±3
102±7
72±3
319±11
Ячмень
165±5
117±5
77±12
360±17
Кукуруза
510±10
393±13
331±29
1234±52
Семейство Бобовые
Горох посевной *
439±8
307±21
527±13
1273±49
Многолетний люпин
314±25
20±2
170±35
504±60
Нут
716±17
452±32
1005±33
2173±33
Соя
414±10
580±51
582±25
1576±42
388±5
1078±5
Семейство Бурачниковые
Огуречная трава (бораго)
686±1
4±1
*усики и прилистники у гороха сложены вместе как части целого листа
При оценке вклада органов в редукцию нитратов, показано, что яровая
пшеница, люпин и нут составляют группу, у которой вклад корня (около
30%) играет довольно значительную роль в процессе редукции нитратов по
сравнению с редькой масличной (рис. 6). Из всех изученных видов растений
у гороха корень вносит наибольший вклад (около 40%) в усвоение нитратов
но, тем не менее, этот вклад не превосходит роли листьев в этом процессе.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Редька масличная
Бораго
Нут
Соя
Горох
Люпин
Кукуруза
Ячмень
Оз. пшеница
Яр.пшеница
0%
20%
40%
Листья
60%
Стебли
80%
100%
Корни
Рис. 6. Доля участия органов в восстановлении нитратов целым растением
За 100% принято количество нитратов, восстановленных растением.
Яровая пшеница с довольно высокой скоростью восстановления нитратов, как в листьях, так и в корне и их значительным вкладом в редукцию
нитратов является представителем группы с промежуточной активностью
нитратредуктазы в органах.
Исходя из полученных данных, горох и нут относятся к группе
растений с промежуточной активностью нитратредуктазы в корне. У гороха
сорта Аксайский усатый - 3 усики принимали очень незначительное участие
в редукции нитратов, наивысшая активность фермента была в прилистниках,
а по результатам других исследователей активность нитратредуктазы в
усиках была значительно выше в сравнении с листьями (Gonzales et al.,
2001).
Это является еще одним доказательством того, что внутри одного
семейства между органами растений могут быть значительные различия в
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
скорости восстановления нитратов (Caba et al., 1995; Fan et al., 2002).
4.2. Влияние уровня азотного питания на активность нитратредуктазы и рост
растений
4.2.1. Влияние уровня азотного питания на активность нитратредуктазы и
накопление нитратов в органах растений редьки масличной
(водная культура)
Изучение влияния уровня азота в питательной среде на способность
растений редьки масличной восстанавливать нитраты показало, что повышение уровня азота в питательной среде сопровождалось возрастанием активности нитратредуктазы в листьях редьки масличной вплоть до концентрации
азота 28,8 мМ NO3 (табл. 14).
Таблица 14
Потенциальная активность нитратредуктазы (НР) в органах
редьки масличной при различных уровнях нитратного азота
NO3, мМ
НР, нМоль, мин/г сырой массы
листья
стебли
корни
0
-
-
-
0,1
64,9±3,6
6,7±0,6
1,6±0,2
0,5
127,7±4,1
22,8±0,3
34,3±0,4
2,4
132,3±0,4
26,5±1,0
21,4±1,9
14,4
187,8±2,9
38,5±0,8
32,8±0,3
28,8
194,3±3,7
39,1±2,1
42,4±2,0
57,6
150,9±1,6
23,1±2,4
32,9±0,4
98,4
151,9±1,3
11,8±1,3
9,7±0,7
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дальнейшее увеличение содержания азота в питательной среде не
приводило к возрастанию активности нитратредуктазы. Напротив, отмечали
снижение потенциальной активности фермента при дозах нитратного азота
превосходящих 28,8 мМ NO3 (табл.14).
Для некоторых видов растений отмечается резкое изменение активности нитратредуктазы в зависимости от уровня азотного питания. Так у люцерны повышение азотного питания до 4 мМ на кг почвы приводило к резкому возрастанию активности нитратредуктазы как в надземной части, так и
в корнях. Дальнейшее повышение содержания азота до 8 мМ на кг почвы
приводило к значительному снижению активности фермента (Vazquez et al.,
2002). Подобные результаты были получены для картофеля (Mack,
Schjorring, 2002) и салата (Москалик, Костишин, 2001).
В наших экспериментах с редькой масличной резкого снижения активности нитратредуктазы во всех органах растения при значительном повышении азотного питания не наблюдали. Это может быть обусловлено как
видовой принадлежностью растений, так и условиями эксперимента.
Активность нитратредуктазы в стебле и корне редьки масличной при
любой дозе азотного питания оставалась на значительно более низком уровне в сравнении с листьями. Падение активности фермента как в стеблях, так
и корнях отмечали при низком (0,1 мМ NO3) и высоком (98,8 мМ NO3) содержании азота в питательной среде. Вне зависимости от уровня питания
значительных различий в активности фермента между стеблем и корнем не
было отмечено.
На низких дозах азотного питания накопления нитратов в органах растений редьки масличной не было (табл. 15). Это свидетельствует о том, что
все поступившие в растения нитраты были полностью восстановлены.
Наибольшее накопление нитратов наблюдали при повышенном азотном питании. Причѐм, повышение уровня питания приводило к увеличению
содержания нитратов во всех органах растений. Преобладающая часть нит59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ратов накапливалась в надземной части растений. Следует отметить, что до
концентрации 14,4 мМ NO3 содержание нитратов в органах растений не превышало ПДК - 500 мг/кг.
Таблица 15
Содержание нитратов в органах редьки масличной при различных уровнях
нитратного азота*
NO3, мМ
NO3, мкг/г сырой массы
листья
стебли
корни
0
-
-
-
0,1
следы
следы
следы
0,5
следы
следы
следы
2,4
146,8±10,3
206,6±11,3
76,6±5,0
14,4
504,8±21,6
425,2±30,3
232,4±15,7
28,8
577,9±15,7
751,9±10,1
169,5±10,1
57,6
667,2±69,4
634,9±49,9
242,7±19,0
98,4
621,1±23,6
841,6±16,5
287,4±22,1
*- при концентрации азота в питательной среде 0,1 и 0,5 мМ содержание
нитратов в органах редьки масличной находилось за пределами чувствительности метода
Повышение нитратного питания сопровождается увеличением содержания нитратов в органах редьки масличной. Даже при дозе нитратов в питательной среде 98,4 мМ ингибирования процесса поглощения нитратного
азота не было. Эти данные отличаются от результатов, полученных на горчице сарептской (Андреева и др., 1998). Так, у горчицы при концентрации
нитратного азота в питательной среде (7 и 9 норм Кнопа) авторы наблюдали
снижение содержания нитратов в листьях.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При всех изучаемых уровнях обеспеченности растений нитратным
азотом доминирующим органом восстановления нитратов оставались листья
(рис. 7). Следует отметить, что возрастание дозы азота сопровождалось снижением вклада корня в процесс редукции нитратов целым растением. Это
было связано как со снижением активности нитратредуктазы, так и уменьшением степени развития корневой системы при высоких уровнях азотного
питания.
100%
75%
0,1 0,5 2,4 14,4 28,8 57,6 98,4
Концентрация NO3 в питательном растворе, мМ
Лист
Стебель
Корень
Рис. 7. Вклад органов редьки масличной (%) в восстановление нитратов
в зависимости от уровня минерального питания
За 100 % принята потенциальная активность нитратредуктазы всего
растения.
При концентрациях азота 0,1 и 98,4 мМ NO3 в питательной среде доля
стебля практически равнялась доли корня. При всех других исследованных
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
режимах питания вклад стебля в процесс восстановления нитратов оставался
практически неизменным и был незначительным.
Принимая во внимание накопление нитратов на грамм сырой массы, и
учитывая массу каждого органа, отмечали следующее. Растения, выращенные на питательной среде с содержанием нитратного азота 0,1 и 0,5 мМ, не
накапливали нитратов. Как было сказано выше, все поглощѐнные нитраты
были полностью включены в метаболические циклы растения. На всех остальных режимах питания наибольшее количество нитратов было сосредоточено в листьях (рис. 8).
100%
75%
50%
25%
0%
2,4
14,4
28,8
57,6
98,4
Концентрация NO3 в питательном
растворе, мМ
Лист
Стебель
Корень
Рис. 8. Распределение содержания нитратов (%) по органам растений редьки
масличной в зависимости от уровня минерального питания
За 100 % принято количество нитратов всего растения
При концентрации нитратного азота 2,4 мМ доля корня в накоплении
нитратов целым растением была наивысшей в сравнении с вкладом корней
при других режимах азотного питания. Это объясняется, прежде всего,
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
большей массой корня при данном режиме питания.
В целом доля корня и стебля в процессе накопления нитратов растением незначительна и не превышала 20% от общего содержания нитратов в
растении при всех уровнях питания.
Несмотря на ограниченное поступление нитратов в растения, из-за
низкого азотного питания, их было достаточно для поддержания относительно высокой потенциальной активности фермента в листьях редьки масличной. Так, при уровне азота 0,5 мМ NO3 накопления нитратов в органах
растений не отмечали, однако активность нитратредуктазы была высокой
как в надземной части, так и корнях.
При увеличении нитратного питания активность фермента увеличивалась только до уровня содержания нитратов в питательной среде 28,8 мМ.
Заметного перераспределения доли органов в процессе восстановления нитратов у редьки масличной в зависимости от уровня азотного питания не отмечали, в отличие от данных, полученных для пшеницы и гороха (Wallace,
1986).
Вероятно, в дальнейшем повышение нитратредуктазной активности
ограничивалось такими факторами как интенсивность освещения, температура и биологические особенности вида растений.
Рассматривая накопление сырой массы растений в зависимости от содержания нитратов в питательной среде можно констатировать, что возрастание азотного питания вызывало увеличение этого показателя вплоть до
концентрации нитратов в среде Кнопа в 28,8 мМ, дальнейшее повышение
уровня питания в среде вызывало угнетение растений в сравнении с контрольными (табл.16).
Следует сказать, что при низком уровне обеспеченности азотом снижение массы растений связано с недостатком азотного питания. Это четко
выражено при сравнении с нормальной (14,4 мМ) концентрацией нитратов в
питательной смеси Кнопа.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 16
Накопление сырой массы растениями редьки масличной в зависимости от
уровня нитратного азота
NO3, мМ
Сырая масса растений, мг
листья
стебли
корни
растение
0,1
199±3
64±6
261±27
524±30
0,5
830±64
59±3
248±8
1137±69
2,4
1177±11
75±3
315±19
1567±5
14,4
1877±63
110±4
290±4
2277±55
28,8
1854±34
120±2
287±17
2261±53
57,6
1568±98
79±5
221±1
1868±104
98,4
1217±53
75±5
216±6
1508±52
При концентрации азота в питательной среде 0,1 мМ NO3 наибольшая
масса была у корней растений, которая превосходила массу листьев. Пятикратное возрастание дозы нитратов приводило к тому, что масса листьев
превосходила массу корней в 2,5 раза. При нормальной дозе азота нитратов в
среде (14,4 мМ NO3) масса листьев была в 6 раз больше в сравнении с корнями. Дальнейшее повышение концентрации азота в питательной среде
(28,8; 57,6; 98,4 мМ NO3) не сопровождалось увеличением массы листьев.
Отмечали небольшое снижение массы листьев, однако их масса все же оставалась значительно больше в сравнении с корнями в 5,5; 5,3 и 4,7 раз, соответственно.
Концентрации нитратов в среде 14,4 и 28,8 мМ NO3 наиболее благоприятно влияли на рост растений, что выражалось в повышении сырой и сухой массы растений в сравнении со всеми другими вариантами опыта.
Таким образом, при исследованных уровнях азотного питания наибольшая часть нитратов редуцировалась в листьях растений редьки маслич64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ной. Концентрации нитратного азота 14,4 и 28,8 мМ вызывали наибольшую
скорость восстановления нитратов во всех органах растений. Именно они
приводили к наибольшему накоплению количества сухого вещества растениями редьки масличной.
При низких концентрациях азота в питательной среде (0,1 и 0,5 мМ
NO3) накопления нитратов в органах редьки масличной не наблюдали. При
других изученных режимах азотного питания наибольшее количество нитратов в расчѐте на грамм сырого веса накапливали стебли растений. Поскольку
в фазе розетки доля стебля в общей массе растений незначительна, наибольшее количество нитратов всего растения сосредоточено в листьях.
Важнейшая роль листьев в восстановлении нитратов редьки масличной позволяет рекомендовать при разработке технологии возделывания уделять повышенное внимание увеличению листовой поверхности растений и
более длительной их сохранности на протяжении онтогенеза. Для этих целей
необходимо обеспечить оптимальную площадь питания растений, создать
благоприятные условия освещѐнности и влагообеспеченности. Выявленные
физиолого-биохимические особенности редьки масличной следует учитывать селекционерам, работающим с этой культурой.
Прослеживается сопряжѐнность между активностью редукции нитратов и ростовыми процессами. Наиболее благоприятными для роста растений
редьки масличной до фазы трѐх листьев являются концентрации нитратного
азота в питательной среде 14,4 и 28,8 мМ.
4.2.2. Редукция нитратов и содержание хлорофиллов в листьях редьки
масличной при различных уровнях нитратного питания (полевая культура)
Эффективное использование растениями нитратного азота почвы и
минеральных удобрений определяется множеством факторов. Среди них
особо можно выделить функционирование фотосинтетического аппарата и
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нитратвосстанавливающего комплекса растений. Работа этих систем находится в сложном взаимодействии, во многом определяющим результативность использования нитратного азота (Станко, Костяновский, 1993).
Поглощение нитратов корневой системой, их метаболизм и активность
нитратредуктазы в корнях и побегах коррелятивно связаны с интенсивностью фотосинтеза (Gowrl, Campbell, 1989) и содержанием фотосинтетических пигментов (Токарев, Шумный, 1976). Содержание хлорофилла в хлоропластах также имеет весьма существенную роль в активации фермента: по
мере снижения уровня хлорофилла в листьях снижается и активность нитратредуктазы (Станко, Костяновский, 1993).
Нитраты повышают процесс фотосинтеза, причем положительное
влияние нитратов на фотосинтезирующую активность растений обусловлено
следующими механизмами. Во-первых, нитратный азот оптимизирует использование энергии при фотосинтетическом восстановлении, образованные
из нитратов нитриты используются в хлоропластах как «сток» электронов и
макроэргических соединений. В результате этого поддерживается редоксстатус хлоропластов, не образуются активные формы кислорода, и хлоропласты функционируют с полной нагрузкой (Сергеева и др., 1993).
Во-вторых, нитраты способствуют оттоку образованного в процессе
фотосинтеза избыточного количества крахмала из хлоропластов и изменяют
пути перемещения и метаболизма углеродных фотоассимилятов в сторону
образования глюкозы, малата и других моносахаров и органических кислот.
Именно этой ролью нитратов в метаболизме растений и объясняют их эндогенное образование (Верниченко, 2002).
Редька масличная очень отзывчива на внесение минеральных удобрений (Пешкова и др., 2005). При внесении минеральных удобрений (диаммофоска) в дозе 84 кг действующего вещества (азот) на 1га (N84) сырая масса
растений редьки масличной увеличивалась в 2 раза в сравнении с контролем
(табл.17), но увеличение внесения удобрений до 151 кг (N151) действующего
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вещества на 1га не сопровождалось возрастанием массы растений.
Таблица 17
Сырая масса растений редьки масличной, потенциальная активность
нитратредуктазы и содержание нитратов в листьях редьки масличной в
зависимости от уровня азотного питания
Вариант
Сырая масса растений, г НР, нМ в мин/г
сырой массы
листья
стебли
NO3, мкг/г
сырой массы
Контроль
1,3±0,1
0,19±0,1
114,5±4,2
158,9±7,5
N84
3,0±0,2
0,26±0,1
141,0±2,2
312,9±8,7
N151
3,0±0,1
0,31±0,1
177,7±6,7
341,8±6,9
Повышение уровня азота в почве сопровождалось повышением скорости восстановления нитратов в листьях редьки масличной. Однако увеличение интенсивности работы фермента нитратредуктазы не компенсировало
возрастающее поглощение нитратов, что выразилось в увеличении их накопления в надземной части растений. Так, при N151 нитратредуктаза «работала»
в 1,5 раза быстрее в сравнении с контролем, а нитратов накапливалось в 2,2
раза больше.
Нитраты оказывают влияние на процесс фотосинтеза в листьях растений. В связи с этим определяли содержание хлорофилла у редьки масличной
при двух уровнях минерального питания (табл. 18).
Внесение азота нитратов в почву приводило к возрастанию содержания хлорофиллов a и b и изменяло их соотношение. Дополнительное азотное
питание приводило к сдвигу в соотношении хлорофиллов а и b в сторону
увеличения синтеза хлорофилла а.
Повышение содержания хлорофилла при повышении нитратов в почве,
по-видимому, связано с ускорением формирования ультрастрактуры хлоропластов, с усилением новообразования гран и ламелл (Станко, Костянов67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ский, 1993). Необходимо отметить что, при N151 содержание хлорофиллов а и
b и их сумма снижается по сравнению с вариантом N84.
Таблица 18
Содержание хлорофилла в листьях редьки масличной в зависимости
от обеспеченности почвы нитратным азотом
Вариант
Контроль
N84
N151
Содержание хлорофилла *
a
b
a+b
a/b
1,7±0,02
2,2
0,4±0,1
0,5
2,1±0,01
2,7
4,25
4,4
2,2±0,05
6,5
1,72±0,01
5,2
0,5±0,03
1,5
0,37±0,01
1,1
2,7±0,05
8,0
2,07±0,02
6,3
4,4
4,3
4,6
4,7
* в числителе-мг/г сырой массы, в знаменателе мг/растение
Таким образом, повышение уровня азотного питания свыше 84 кг действующего вещества на гектар, хотя и приводило к увеличению активности
нитратредуктазы в надземной части растений редьки масличной, но не было
соотношено с соответствующими изменениями в фотосинтетическом аппарате, о чем можно косвенно судить по содержанию пигментов в листьях. Все
это, вероятно, привело к снижению результативности использования нитратного азота, что отразилось в его накоплении в надземной части растений.
4.2.3. Изменения потенциальной активности нитратредуктазы в органах
растений редьки масличной в зависимости от продолжительности освещения
Нитратредуктаза высших растений является субстратиндуцируемым
ферментом. При переносе растений на нитратное питание происходит резкое
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
увеличение активности нитратредуктазы, которая интенсивно образуется в
клетке в ответ на поступление в нее нитрата и исчезает при его удалении
(Wallaсe, 1986; Hoff et al., 1992).
Любые изменения внешних условий (освещение, рН среды, ионная сила, температура, водный стресс и т.д.) отражаются, прежде всего, на нитратредуктазе и тем самым регулирует способность растений ассимилировать
нитраты ( Глянько, 1995; Khan, Srivastava, 2003).
Свет индуцирует синтез нитратредуктазы в растениях. Активность
фермента подвержена изменениям в течение суток (Srivastava, 1980). Она
достигает наивысшего значения через определенный промежуток времени от
начала освещения, причем время индукции обусловлено видовыми особенностями растений (Воронова и др., 1976; Hageman, Hucklesby, 1971) и зависит от условий выращивания (Кондратьев и др., 1983).
В нормально функционирующей ткани значительное количество нитратов не накапливается. Даже в темноте не обнаруживают довольно высокого уровня их содержания. Нитраты приводят к синтезу фермента и в темноте, но активность нитратредуктазы существенно ниже в сравнении с таковой
на свету (Duke, 1984).
Активность нитратредуктазы в высших растениях подчиняется циркадному ритму (Hoff et al., 1992). С началом светового периода суток в растениях при наличии доступных нитратов идѐт быстрое увеличение содержания фермента.
После начала освещения у растений различных семейств повышение
активности нитратредуктазы до максимальных значений происходит за период равный, 1-6 часам (Tucker et al., 2004). Так, например, у кукурузы время
индукции наступает через 4 часа (Воронова и др.,1976), у озимой пшеницы
через 2 (Yaneva et al., 2000), а у подсолнечника только через 8 часов (Крастина и др., 1983).
С началом темнового периода происходит быстрый распад фермента и
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
снижение общей активности нитратредуктазы (Tucker et al., 2004). Уровень
азотного питания, существенно влияет на интенсивность суточных колебаний нитратредуктазной активности растений (Битюцкий и др., 1987).
Исследование нитратредуктазы у редьки масличной показало, что активность фермента в листьях достигала максимального значения спустя 6
часов после начала освещения растений (рис. 9).
НР нмоль/мин
на г сырого
веса
500
400
300
200
100
0
9
12
15
18
21
24
Время суток
Корни
Листья
Рис. 9. Изменение потенциальной активности нитратредуктазы в органах
редьки масличной в течение суток
Количество нитратов в надземной части растений изменяется в течение суток, но наименьшее их количество отмечено в период наивысшей скорости их восстановления, то есть имеет отражение по отношению к активности нитратредуктазы (рис. 10).
Если различия в активности нитратредуктазы между подземными и
надземными органами растений очень значительны, то по содержанию нитратов такого сказать нельзя. Так, в листьях содержание нитратов довольно
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сильно определяется скоростью их восстановления, в корне же подобной зависимости не просматривается.
NO3 мкг/г
сырой массы
700
600
500
400
300
200
100
0
9
12
15
18
21
24
Время суток
Корни
Листья
Рис. 10. Изменение содержания нитратов в органах редьки масличной
в течение суток
Физиологическая роль корня при сравнении с надземной частью по
отношению к нитратам гораздо шире, поскольку корневая система является
не только основным органом поглощения и транспортировки нитратов, но и
местом их восстановления. У редьки масличной основная роль в восстановлении нитратов принадлежит листьям, вероятно поэтому, содержание их в
корне больше определяется процессами поглощения и транспорта в надземную часть растения.
Несмотря на колебания активности нитратредуктазы в листьях и корнях, в целом вклад подземной части растений в данный процесс в течение
суток не превышал 10 % от всех восстановленных нитратов (рис. 11).
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Время
суток, ч
24
18
15
12
9
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Доля органа в востановлении
нитратов растением, %
Лист
Корень
Рис. 11. Вклад органов редьки масличной в восстановление нитратов
в течение суток
У высших растений суточная ритмичность содержания нитратов в вегетативных органах обнаруживает функциональную зависимость от уровня
азотного питания (Крастина и др., 1983). Такое положение согласуется с
мнением, что развитие растений приспособлено к ритмически изменяющемуся воздействию элементов внешней среды и что гомеостаз возникает как
итог сложного взаимного влияния этих непостоянных по интенсивности и
характеру действия факторов (Битюцкий и др., 1987).
Содержание нитратов в клетке растения зависит от их притока из
внешней среды и состояния растения. В этой связи суточные колебания концентрации нитратов в надземных органах растений, очевидно, также могут
определяться этими факторами. Объяснить это возможно лишь исследуя интенсивность восстановления нитратов в растениях в разное время суток с
учетом уровня азотного питания.
Ранее было установлено, что при выращивании редьки масличной на
различных дозах нитратного азота (от 0,1 до 98,7 мМ NO3) вклад корня из72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
менялся несущественно, и его доля не превышала и 10 % от количества всех
восстановленных растением нитратов, при взятии проб через два часа после
начала светового периода (Бояркин и др., 2004). При уровне нитратного питания 0,5 мМ NO3 в органах редьки масличной нитраты не обнаруживались
(имелись только следы), а при уровне 2,4 мм NO3 ткани растений уже накапливали нитраты (Пешкова и др., 2005).
Изучение активности нитратредуктазы в зависимости от концентрации
нитратов в питательной среде и времени от начала освещения, показало, что
уровень нитратного питания оказывал влияние на активность нитратредуктазы в органах растений (табл.19).
Таблица 19
Потенциальная активность нитратредуктазы (НР, нМоль, мин/г сырой
массы) в органах редьки масличной при различных уровнях нитратного
питания в зависимости от времени суток
Часы
1100
1900
0,5 мМ NO3
2,4 мМ NO3
% повышения
активности
Лист
123,0±0,7
133,3±2,6
8
Стебель
28,7±0,4
39,1±0,4
36
Корень
18,5±0,6
34,6±0,8
87
Лист
102,7±1,6
143,0±3,1
39
Стебель
28,2±1,0
34,3±0,6
22
Корень
21,3±1,2
34,4±0,6
62
Орган
Так, при повышении уровня питания повышалась и активность нитратредуктазы в органах растений редьки масличной. Наиболее сильно реагировали
на улучшение нитратного питания корни. Повышение активности фермента
спустя 2 часа после начала освещения (1100 часов) в корнях составила 87%, а
спустя 10 часов (1900 часов) - 62%. Увеличение в активности нитратредуктазы в
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
листьях при повышении уровня азотного питания наиболее чѐтко было выражено спустя 10 часов (1900 часов) после начала освещения.
Таким образом, потенциальная активность нитратредуктазы у редьки
масличной существенно меняется в течение суток. Наибольшая активность
фермента отмечена спустя 6 часов после начала освещения. Суточные изменения нитратредуктазной активности редьки масличной не приводят к изменению вклада органов в процесс восстановления нитратов. Это справедливо
как для растений, выращенных на ограниченном азотном питании (0,5 мМ
NO3), когда не наблюдали накопления нитратов, так и при достаточном
обеспечении нитратным азотом (2,4 мМ NO3), когда в тканях растения аккумулировались нитраты.
Независимо от времени суток и дозы азота в среде лист оставался доминирующим органом в процессе восстановления нитратов (рис. 12).
19 ч
2.4
19 ч
0.5
11 ч
2.4
11 ч
мМ NO3
0.5
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Доля органов в восстановлении
нитратов целым растением
Лист
Стебель
Корень
Рис. 12. Доля участия органов в восстановлении нитратов растениями
редьки масличной
Ранее мы показали, что в течение суток, при выращивании на стан74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дартной смеси Кнопа, вклад корня редьки масличной в восстановлении нитратов изменялся не существенно. Независимо от времени суток и дозы азота
в среде лист оставался доминирующим органом в процессе восстановления
нитратов (рис. 13).
Таблица 20
Потенциальная активность нитратредуктазы в органах редьки масличной и
яровой пшеницы при различных уровнях нитратного питания в зависимости
от времени от начала освещения*
НР, нМоль в мин/г сырой массы
Часы
Орган
редька масличная
0,5мМ NO3
1100
1900
яровая пшеница
2,4мМ NO3
0,5мМ NO3
2,4мМ NO3
Лист
123,0±0,7
133,3±2,6
68,7±0,4
107,4±0,5
Стебель
28,7±0,4
39,1±0,4
24,9±0,4
32,3±0,9
Корень
18,5±0,6
34,6±0,8
28,3±0,2
53,4±0,6
Лист
102,7±1,6
143,0±3,1
73,7±0,6
105,5±0,7
Стебель
28,2±1,0
34,3±0,6
24,2±0,2
24,9±0,6
Корень
21,3±1,2
34,4±0,6
19,6±0,4
37,3±0,4
за начало освещения принято 9 00 часов
У пшеницы при возрастании дозы азота несколько снижалась доля
стебля в восстановлении нитратов в начале и в конце светового периода. Доля корня в вечернее время была несколько ниже, чем в утренние часы.
Таким образом, потенциальная активность нитратредуктазы у редьки
масличной существенно меняется в течение суток. Наибольшая активность
фермента отмечена спустя 6 часов после начала освещения. Интересным является тот факт, что подъѐм и спад активности нитратредуктазы не связан с
изменениями условий освещения.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
часов
11
часов
2,4
0,5
2,4
0,5
19
часов
0%
11
часов
20%
40%
лист
60%
стебель
80%
100%
Пшеница
2,4
0,5
2,4
0,5
Редька
масличная
NO3 мМ/л
корень
Рис. 13. Доля участия органов в восстановлении нитратов растениями
4.2.4. Активность нитратредуктазы в органах растений гороха и сои в
зависимости от дозы нитратного азота
В литературе есть данные о том, что при разных режимах нитратного
питания у культурных растений изменяются соотношения между органами в
процессе восстановления нитратов (Wallace, 1986; Caba et al., 1995; Пешкова
и др., 2005). У гороха и пшеницы при возрастании азотного питания с 1 мМ
до 10 мМ доля корня в редукции нитратов снижалась в 2 и 8 раз соответственно. При этом фасоль обыкновенная не реагировала на изменение режима
нитратного питания, и вклад органов оставался стабильным (Wallace, 1986).
Таким образом, усвоение нитратного азота растениями и вклад отдельных органов в этот процесс находятся под сложным влиянием различных факторов, как внешних, так и внутренних.
У редьки масличной при изменении уровня нитратного питания, вклад
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
листьев в процесс восстановления нитратов остаѐтся доминирующим (около
90%) (Пешкова и др., 2005). У гороха корень обладает высоким уровнем активности фермента (30-40%) при выращивании на полной питательной смеси Кнопа (Бояркин и др., 2004). Это позволило предположить, что горох
принадлежит к группе растений, у которой восстановление нитратов происходит в органах надземной и подземной части в равных долях.
В тоже время имеются сведения о том, что у гороха преобладающая
часть нитратов восстанавливается в корнях. Действительно, в отличие от
редьки масличной у бобовых культур (горох и соя) вклад органов в восстановление нитратов значительно изменяется при разных уровнях азотного питания. У растений сои при возрастании концентрации азота в среде доля
корня и стебля увеличивается в 2 и 2,5 раза, соответственно и снижается
вклад листьев в процесс редукции нитратов. У гороха же, наоборот, на высоком уровне питания, как в корне, так и в стебле редуцируется в 2 раза меньше нитратов в сравнении с контролем (рис. 14).
NO3 мМ/л
Соя
98,4
14,4
0,1
Горох
98,4
14,4
0,1
0%
20%
40%
лист
60%
стебель
80%
100%
корень
Рис. 14. Вклад органов растений в восстановление нитратов.
За 100 % принята потенциальная активность нитратредуктазы всего растения
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У гороха отклонения от нормы (смесь Кнопа – 14,4 NO3 мМ) в питании
нитратами вызывали снижение активности фермента во всех органах, кроме
листьев на высокой дозе азота – 98,4 (табл. 21). Скорость восстановления
нитратов в стебле и корне у сои повышалась с увеличением концентрации их
в среде питания. Отдельно следует отметить активность нитратредуктазы в
листьях сои, где отмечено снижение редукции нитратов при повышении или
понижении уровня питания в сравнении со стандартной смесью Кнопа.
На основании данных по распределению азотассимилирующей функции по органам исследованных растений можно сделать заключение, что в
этом отношении наряду с листьями у них выступали и корни. В тоже время
видно, что различия выступают при сравнении различных органов одного и
того же растения, каждая из культур характеризуется своими особенностями
ответа органов растений на изменение уровня азота.
Таблица 21
Влияние уровня нитратного питания на потенциальную активность
нитратредуктазы в органах растений
Вид растений
Горох
Соя
0,1
НР, нМоль, мин/г сырой массы
листья
усики
стебли
корни
24,3±1,9
2,8±0,3
4,9±0,1
0,8±0,1
14,4
103,5±0,7
15,4±0,3
12,2±0,4
7,2±0,7
98,7
119,6±2,9
21,0±0,4
10,3±0,5
4,2±0,2
0,1
13,7±1,2
-
2,1±0,2
2,5±0,2
14,4
24,4±0,9
-
2,9±0,1
6,1±0,3
98,7
20,6±0,2
-
10,6±0,4
14,0±0,8
NO3, мМ
Полученные результаты показали зависимость вклада органов в процесс редукции нитратов у гороха и сои от режима азотного питания. Все
вышесказанное позволяет сделать вывод, что принадлежность растений к
группе по участию органов в процессе восстановления нитратов относитель78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на и зависит от условий выращивания данной культуры.
Выяснение данного вопроса, на наш взгляд, важно для понимания роли целостностного растительного организма в процессе его азотного питания. Кроме того, это может иметь значение в проблеме рационального применения различных форм и доз азотных удобрений, а также для селекционно-генетических поисков новых перспективных форм и сортов сельскохозяйственных культур.
4.3. Влияние засоления на активность нитратредуктазы в органах растений,
различающихся по солеустойчивости
Повреждающий эффект избыточной концентрации солей объясняется
как осмотическими эффектами, так и специфическим влиянием отдельных
ионов. Засоление вызывает, прежде всего, нарушение водного и минерального обмена растения. Активность нитратредуктазы при солевом стрессе была
наивысшей в листьях и по этому показателю культуры располагались следующим образом: редька масличная, ячмень, кукуруза (табл. 22).
Скорость восстановления нитратов в стебле и корне у редьки масличной и ячменя была приблизительно одинаковой. Редукция нитратов в органах кукурузы происходила с меньшей скоростью.
Активность нитратредуктазы при повышении уровня засоления снижалась во всех органах исследуемых культур и зависела от содержания соли
в питательном растворе. При концентрации NaCl - 50 мМ снижение активности нитратредуктазы в листьях было сильнее выражено у ячменя. Однако,
при возрастании концентрации NaCl вдвое (100 мМ), наиболее чувствительным процесс редукции нитратов к засолению оказался у кукурузы (снижение
на 81% от контроля). Именно у неѐ снижение активности происходило в листьях в 5,2, в стебле – в 2,9 и корне – в 4,5 раза. У других изучаемых культур
это снижение было менее выраженным и достигало не более 1,5-2,5 раз.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 22
Потенциальная активность нитратредуктазы и изменение еѐ (%)
в органах растений в зависимости от засоления
Листья
Вид
NaCI
растений
мМ
НР
0
349,7±4,2
50
Редька*
Кукуруза*
Ячмень
Стебли
Корни
НР
%
НР
%
100
41,1±3,7
100
58,4±0,6
100
283,8±4,8
81,1
34,5±0,7
83,9
28,3±1,4
48,4
100
178,2±2,5
51,9
26,3±2,1
64,0
23,3±1,8
39,9
0
29,5±0,7
100
9,3±0,4
100
11,8±0,3
100
50
20,7±0,4
70,1
8,1±0,2
87,1
7,6±0,2
64,4
100
5,7±0,3
19,3
3,2±0,1
34,4
2,6±0,3
22,0
0
207,9±3,2
100
43,5±1,1
100
43,0±1,2
100
50
130,7±2,6
62,8
34,4±0,6
79,8
35,7±1,0
83,0
100
107,3±3,4
51,6
21,8±0,7
50,1
28,3±2,3
68,8
200
10,4±1,5
5,0
5,7±0,3
13,1
10,2±0,6
23,7
%
* При уровне засоления 200 мМ растения погибали
Концентрация NaCl 200 мМ приводила к гибели редьки масличной и
кукурузы. Ячмень же переносил такой уровень засоления, но скорость восстановления нитратов снижалась в листьях в 20, стебле - 7,6 и корне в 4,2
раза по сравнению с контрольными растениями.
Полученные результаты по скорости восстановления нитратов в зависимости от уровня засоления позволили расположить изучаемые виды растений по устойчивости к этому фактору в следующем порядке: ячмень,
редька масличная и кукуруза.
Листья выполняли основную роль в этом процессе, а на долю стебля и
корня приходилось около 5% от активности нитратредуктазы целого растения. У кукурузы и ячменя при изменении силы стресса наблюдали перерас80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пределение вклада органов в процесс редукции нитратов целым растением.
Вклад органов в процесс восстановления нитратов всем растением зависел как от видовой принадлежности, так и условий выращивания (рис. 15).
Кукуруза
Редька
масличная
Ячмень
4
3
2
1
3
2
1
3
2
1
0%
20%
40%
лист
60%
стебель
80%
100%
корень
Рис.15. Влияние засоления на долю органов в восстановлении нитратов
целым растением
1 – контроль, 2 – 50 мМ/л NaCI, 3 -100 мМ/л NaCI, 4 - 200 мМ/л NaCI
Так, у редьки масличной засоление не оказывало влияние на соотношение вклада органов в процесс редукции нитратов. Напротив, у ячменя и
кукурузы при засолении вклад органов претерпевал изменения, у них доля
листьев в этом процессе значительно уменьшалась.
С учетом массы органов у кукурузы в контроле доля листа составляла
свыше 60 % от суммы нитратов редуцированных целым растением, а при
стрессе 100 NaCl мМ/л снижалась до 50%. Ячмень незначительно реагировал
на стресс изменением вклада органов в восстановление нитратов, и только
при засолении 200 NaCl мМ/л относительная доля стебля и корня возрастала
до 50% в сравнении с 20% у контрольных растений.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание нитратов в органах растений кукурузы и редьки масличной снижалось с возрастанием концентрации NaCl в питательной среде
(табл. 23). При 100 мМ/л NaCl в питательной среде в листьях и стебле кукурузы количество нитратов уменьшалось в 3,6 раза, а редьки масличной в 1,7
и 2,8 раза соответственно, в сравнении с растениями, выращенными на смеси
Кнопа (контроль). У ячменя также отмечали снижение количества нитратов
в листьях и стебле при стрессе, при этом в корне их содержание увеличивалось 1,6-1,8 раза по отношению к контролю.
Таблица 23
Влияние засоления на содержание нитратов в органах различных растений
Вид
растений
Редька*
Кукуруза*
Ячмень
NaCl, мМ
NO3, мкг/г сырого веса
листья
стебли
корни
0
727,7±30,4
886,8±12,5
279,0±6,9
50
510,8±10,5
519,3±7,7
237,7±10,6
100
425,6±16,2
317,5±16,1
209,7±4,3
0
179,3±6,8
873,8±8,1
798,5±21,5
50
89,2±1,9
510,3±19,2
520,1±23,3
100
49,8±0,8
242,4±6,0
467,4±5,5
0
146,5±3,7
134,8±3,8
80,3±0,5
50
101,4±6,0
67,0±2,8
125,0±2,2
100
62,9±2,3
48,6±0,8
142,0±5,3
200
36,1±1,4
44,0±0,5
136,0±4,1
* При уровне засоления 200 мМ /л растения погибали
Наибольшее накопление нитратов в расчете на грамм сырого вещества
было в надземных органах редьки масличной, которое было приблизительно
равным в листьях и стеблях, это соотношение оставалось неизменным и при
засолении. У кукурузы содержание нитратов было наивысшим в стебле и кор82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
не. Засоление приводило к более сильному подавлению накопления их в стебле, в корне же изменения при увеличении силы солевой нагрузки были меньше.
Корни ячменя, в отличие от других культур, с возрастанием концентрации соли в питательной среде накапливали нитраты. Это свидетельствует
о том, что солевой стресс, вызывая повышение осмотического потенциала
раствора, задерживал накопление нитратов в органах изучаемых растений, и
только корень ячменя выпадал из этого порядка.
При нарастающем солевом стрессе сырая масса изученных видов растений снижалась (табл. 24).
Таблица 24
Сырая масса растений в зависимости от уровня солевого стресса
Сырая масса, мг
Вид
NaCl
растений
мМ
листья
стебли
корни
растение
0
701±9
71±18
100±3
872±3
50
558±36
63±5
92±3
713±34
100
529±11
47±2
79±4
655±10
0
510±1
393±2
331±3
1234±6
50
393±2
312±6
200±2
905±1
100
156±1
140±1
111±3
407±4
0
165±5
117±5
77±12
360±17
50
144±3
102±7
72±3
319±11
100
116±11
77±5
63±3
257±15
200
101±1
61±1
57±5
219±5
Редька*
Кукуруза*
Ячмень
* При уровне засоления 200 мМ растения погибали
Так, при силе стресса 100 NaCl мМ, редька масличная и ячмень
уменьшали накопление сырой массы на 25 и 28%, соответственно, а кукуруза на 67% по сравнению с контрольными растениями.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У ячменя при высоком засолении (200 мМ NaCl) отмечали подавление
накопления сырого веса на 40% от контроля. Тем не менее, ячмень выдерживал такой уровень засоления в отличие от редьки масличной и кукурузы,
которые при таком стрессе погибали.
Изменение накопления сухого вещества органами растений (табл. 25)
позволяет оценить уровень оводненности тканей в зависимости от солевой
нагрузки.
Таблица 25
Сухая масса (мг) органов в зависимости от уровня солевого стресса *
Сухой вес, мг
Вид
NaCl
растений
мМ
листья
стебли
корни
растение
0
66±3,2
5±0,4
9±0,5
80±2,4
50
55±0,3
5±0,2
8±0,4
68±2,0
100
53±0,7
4±0,8
8±0,3
66±1,1
0
49±0,5
24±0,2
19±1,2
92±1,6
50
40±1,4
22±1,1
15±0,5
77±2,3
100
19±3,2
13±0,3
10±0,5
42±4,0
0
17±0,4
9±1,4
8±2,9
34±6,2
50
15±0,9
9±1,6
6±1,4
30±4,1
100
15±0,5
9±1,8
6±0,2
30±7,0
200
13±0,7
8±0,9
6±1,6
27±1,4
Редька*
Кукуруза*
Ячмень
* При уровне засоления 200 мМ растения погибали
Сопоставление данных по сырой массе и сухому веществу свидетельствуют, что оводненность всех органов растений при засолении снижалась. Повышение концентрации соли в питательной среде сопровождалось снижением
оводненности органов тканей всех исследуемых видов растений (табл. 26).
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 26
Содержание воды (%) в тканях растений в зависимости от уровня
солевого стресса
Вид растений NaCl мМ
Редька*
Кукуруза *
Ячмень
% воды
листья
стебли
корни
0
90,6±0,1
93,6±0,4
93,0±2,0
50
90,0±0,2
92,8±0,9
92,2±1,0
100
87,7±2,2
91,1±0,2
90,9±1,5
0
90,3±0,2
93,8±0,1
94,2±0,7
50
89,7±0,1
92,8±0,7
92,2±0,8
100
87,8±1,2
90,4±0,4
90,0±1,9
0
89,6±0,1
92,1±0,2
89,4±1,0
50
89,4±0,1
91,2± 0,3
91,0±0,1
100
87,4±0,3
88,7± 0,1
89,4± 0,7
200
87,3± 0,1
87,7± 0,2
89,8± 0,6
* При уровне засоления 200 мМ растения погибали
Изменение оводненности тканей растений происходило незначительно
до 3-4%. Однако, если учитывать тот факт, что исследования проводили в
водной культуре и оводненность растений в этих условиях обычно достигает
90-93% , то величина 3% является достаточной, чтобы говорить об изменении содержания воды в тканях растений.
Все органы изученных растений накапливали нитраты при засолении.
У редьки масличной засоление не повлияло на долю органов в накоплении
нитратов. Что нельзя сказать об органах кукурузы и ячменя (рис.16).
При увеличении силы стресса у растений ячменя существенно возрастает доля корня в накоплении нитрата, а у кукурузы несколько снижается.
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Редька
Кукуруза
масличная
Ячмень
4
3
2
1
3
2
1
3
2
1
0%
20%
лист
40%
60%
80%
стебель
100%
корень
Рис.16. Влияние засоления на долю органов в накоплении нитратов целым
растением
1 - контроль; 2 - 50 мМ/л NaCI; 3 - 100 мМ/л NaCI; 4 - 200 мМ/л NaCI
За 100 % принята потенциальная активность нитратредуктазы всего
растения
Таким образом, восстановление нитратов во всех органах изученных
растений чувствительно к повышению осмотического давления питательного раствора, вызванного хлоридным засолением. При низком уровне засоления снижение активности нитратредуктазы не связано с их общей солеустойчивостью. Однако возрастание солевой нагрузки позволяет ранжировать растения по устойчивости к засолению, основываясь на изменении способности восстанавливать нитраты.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Заключение
Познание физиологических механизмов процесса усвоения азота растениями представляет собой проблему, имеющую важное теоретическое и
практическое значение. В растениях азот содержится в восстановленной
форме, поэтому при использовании нитратов в качестве источника азота они
должны быть восстановлены, прежде чем будут включены в синтез органических азотистых соединений. Нитратредуктаза - это фермент редукции нитратов до нитритов, именно его активность лимитирует поступление азота
нитратов в растения.
Изучению активности этого фермента посвящено много исследований,
нашедших обобщение в ряде обзоров (Кузнецова, 1974; Beveers, Hageman,
1969; Srivastava, 1980; Campbell, 1996, 2001). Интерес к изучению активности и регуляции нитратредуктазы не ослабевает (Глянько, 1995; Бреус и др.,
2000; Москалик, Костишин, 2001; Дорофеев, Пешкова, 2002; Маевская и др.,
2003; Бояркин и др., 2004; Баташева, Альдерова, 2005; Пешкова и др., 2005;
Vasilieva et al., 1999; Druart et al., 2000; Fan et al., 2002; Sanchez et al., 2004).
В литературе имеются работы, описывающие нитратредуктазу в каком
либо конкретном органе растений - это лист (Deng et al.,1990; Андреева и
др., 1998; Алиева, Юсуфов, 2002), либо корень (Barabas et al., 2000). Имеются лишь единичные работы по изучению восстановления и накопления и
распределения нитратов одновременно в разных органах растения (Битюцкий, Кащенко, 1987; Пешкова, Дорофеев, 1998; Шер и др., 1998; Abd-el Baki
et al., 2000).
Редька масличная обладает высокой способностью связывать неорганический азот почвы, переводя его в органические соединения. Экспериментальные данные о редукции нитратов в растениях редьки масличной, а тем
более в еѐ органах отсутствуют.
Показано, что в усвоении нитратов принимают участие все органы
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растения. В листьях активность фермента более высокая по сравнению с
другими органами (стеблем и корнем). На ранних фазах развития редьки
масличной именно листья составляют основную массу растений. В связи с
этим и доля восстановленных нитратов в них наиболее велика.
В течение вегетации в надземной части растений начинает преобладать стебель, и масса листьев в общей массе растений резко снижается. Облиственность растений очень изменчивый признак и зависит от таких факторов как продолжительность светового дня (Мишуров и др., 1973; Жумагилов, 1986), уровень минерального питания (Покровская, Дорофеева,, 1980;
Зудилин, Кирсанов, 2001), густота стояния (Вернер, 1988) и сортовая принадлежность растений (Berendonk, 1985).
Так, от фазы трех листьев до плодообразования облиственность растений снижалась с 95% до 22%. Такое изменение облиственности редьки масличной явление обычное и подтверждается другими исследователями (Сидоров, Борина, 1970; Казанцев, 1998; Зудилин, Кирсанов, 2000). Масса листьев редьки масличной от фазы бутонизации до начала образования плодов
увеличилась с 1,1 до 1,4 кг/м2, а к фазе полного образования плодов уменьшилась до 0,2 кг/м2 (Казанцев, 1998).
Изучение активности фермента в органах редьки масличной и сравнение еѐ по этому показателю с другими представителями вида Raphanus sativus L. в фазу развития 3 настоящих листа показало, что основную роль в
процессе редукции нитратов на себя принимали листья.
В корнях растений данного вида редуцировалось не более 10% нитратов от общего их количества восстановленных растениями. Это подтверждается исследованиями, проведенными на редьке масличной в онтогенезе, т.к.
на протяжении всего периода вегетации в корнях не обнаруживались нитраты, и активность нитратредуктазы была в них незначительной в сравнении с
надземными органами. Полученные результаты позволяют отнести представителей данного вида к группе растений, активно восстанавливающих нит88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раты в листьях.
Активность нитратредуктазы в листьях редьки масличной возрастала
от яруса к ярусу и достигла пика в третьем и четвертом листе. Скорость восстановления нитратов в листьях зависела от их возраста. Самой низкой редукция нитратов была в листьях нижнего яруса, как более старых.
У растений, выращиваемых на низкой дозе азота, нитратредуктазная
активность в листьях верхних ярусов была всегда выше, чем у нижерасположенных (Булгакова и др., 1996). Это, по-видимому, связано, со старением
нижерасположенного листа и снижение в нем метаболических процессов. На
умеренных и высоких дозах азота, как правило, верхний и нижерасположенный листья слабо различались по активности нитратредуктазы, вероятно высокая обеспеченность азотом удлиняла активный жизненный цикл листьев
(Булгакова и др., 1996).
При условном делении растений на 3 группы, исходя из степени участия их органов в восстановлении нитратов, представителей вида Raphanus
sativus L. относят к растениям, с высоким уровнем редукции нитратов в корне (Брей, 1986). Однако скорость восстановления нитратов в корнях, расположенных в пахотном слое почвы, была очень низкой в сравнении с листьями и стеблями (в несколько раз). Учитывая, что отношение корневой системы к надземной массе растений по данным ряда авторов составляет 1:5 (Белик, 1994) или 1:6 (Thorup-Kristensen, 2001), можно говорить, что корень при
таком уровне минерального питания не играл значительной роли в процессе
усвоения нитратов растением. Более низкая скорость редукции нитратов в
корнях растений по сравнению с надземной частью показана и для других
культур (Кондратьев, Лебединская, 1995; Измайлов, 1986; Пешкова, 1990).
Все изучаемые представители вида Raphanus sativus L. имеют
достаточно высокую активность нитратредуктазы в корне, но, тем не менее,
относятся к группе, у которых основная часть нитратов восстанавливается в
листьях.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Это можно было бы отнести к тому, что работа была выполнена на
молодых растениях. Ранее было показано, что у молодых растений пшеницы
активность нитратредуктазы выше в корне, но с возрастом основную роль в
восстановлении нитратов выполняет надземная часть (Пешкова, 1990).
Однако изучение участия органов редьки масличной в усвоении нитратов
почвы, проведенное в полевых условиях, показало аналогичные результаты
(Дорофеев, Пешкова , 2002).
Особо следует остановиться на роли стебля при распределении
активности нитратредуктазы по органам растений. Так, усвоение нитратов в
нем зависит от вида растений и изменяется в зависимости от возраста
растений (Аndrews et al.,1984; Измайлов, 1986; Пешкова, Дорофеев, 1999;
Дорофеев, Пешкова, 2002).
Относительно роли стебля в процессе ассимиляции азота однозначных
мнений нет. У 30 дневных растений пшеницы 10 % поглощенных нитратов
восстанавливается в стебле (Пешкова, Дорофеев, 1998). У взрослых растений
пшеницы в фазу цветения и налива колоса основную массу растений составляет стебель, однако активного участия в процессе усвоения нитратов он не
принимает. Невысокая активность фермента была обнаружена только в подколосковом междоузлии, в котором редуцировалось только 5% поступивших
нитратов. В этот период развития главную роль в усвоении нитратов играет
флаговый лист, восстанавливающий 68% нитратов (Измайлов, 1986).
Исследования с бобовыми культурами показали, что в стебле может
сосредотачиваться от 20 до 40% всей активности нитратредуктазы растения
(Измайлов, 1986). В стебле сои восстанавливалось до 50% нитратов при повышенных дозах нитратов в среде (Andrews et al., 1984)
У редьки масличной стебель, в котором восстанавливалось в зависимости от возраста от 25 до 55% поступивших нитратов, играл значительную
роль в этом. В фазу розетки основную массу растений составляли листья,
обладающие наибольшей скоростью восстановления нитратов. По мере раз90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вития растений в биомассе надземной части значительно возрастала доля органов (стебли и стручки) с более низкой активностью фермента, что приводило к снижению активности нитратредуктазы на грамм веса всей надземной
части.
У редьки масличной в фазу цветения до 55% поступивших нитратов
редуцировалось в стебле (Дорофеев, Пешкова, 2002). У бобовых в стебле сосредоточено от 20 до 50% от всей активности фермента в растении (Аndrews
et al.,1984; Измайлов, 1986).
Стебель у исследованных представителей вида Raphanus sativus L.
меньше восстанавливает нитратов по сравнению с корнем. У всех изучаемых
видов потенциальная активность нитратредуктазы была в два и даже более
раз выше в листьях по сравнению с корнями.
По способности органов усваивать нитраты, одни и те же растения
исследователи относят к различным группам. Так, Брей (1986) относит горох
к группе с промежуточным уровнем активности нитратредуктазы в корнях, а
Измайлов (1986) причисляет его к растениям с высокой активностью
фермента в корне.
Полученные результаты позволяют отнести горох к группе с
промежуточной активностью нитратредуктазы в корне. Литературные данные свидетельствуют о значительной вариабельности способности органов
различных растений усваивать нитраты и изменении роли органов в этом
процессе в зависимости от возраста (Aslam, Huffaker, 1982; Пешкова,
Дорофеев, 1999; Fan et al., 2002).
У гороха сорта Аксайский усатый - 3 усики принимали незначительное
участие в редукции нитратов, наивысшая активность фермента была в
прилистниках. Есть данные о более высокой скорости редукции нитратов в
усиках гороха в сравнении с листьями (Gonzales et al., 2001).
Это является еще одним доказательством того, что внутри одного
семейства между органами растений могут быть значительные различия в
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
скорости восстановления нитратов (Caba et al., 1995; Fan et al., 2002).
У всех изучаемых культур, за исключением люпина, органы по способности восстанавливать нитраты на грамм сырого вещества располагались
так: лист, корень, стебель. Однако уровень активности в одних и тех же органах у разных видов сильно отличался, например, у пшеницы и огуречной
травы.
Люпин обладал равной скоростью восстановления нитратов в листьях
и корнях, а активность фермента в гипокотиле была в два раза выше. В
целом скорость восстановления нитратов люпином значительно ниже, чем у
остальных исследованных растений. Ранее было показано, что активность
нитратредуктазы трех изучаемых сортов люпина была наименьшей по
сравнению с горохом и нутом (Fan et al., 2002).
Результаты, полученные для растений из других семейств, совпадают с
литературными данными. В экспериментах с яровой пшеницей в фазе 3 листьев в корнях данной культуры восстанавливалось около 30% нитратов от
общего количества восстановленных в растении. Аналогичные данные получил К.Н. Шер с соавторами (1998), доля нитратредуктазной активности корней у различных сортов твердой и мягкой яровой пшеницы возрастает с 37%
в фазу кущения до 70% к моменту восковой спелости зерна.
Именно поэтому яровая пшеница является представителем группы
растений с промежуточной активностью нитратредуктазы в корневой системе. Основываясь на величине доли корня в процессе восстановления нитратов, целесообразно отнести к этой группе растений также многолетний люпин и нут, у которых нитратредуктазная активность корней составила примерно 30% от суммарной активности всего растения. К этой же группе принадлежит и горох, у которого в корне восстанавливалось до 40 % всех нитратов растения. Подобные результаты были получены для представителей семейства бобовых (Wallace, 1986).
Рассматривая влияние внешних факторов на рост и ассимиляцию нит92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ратов растениями, следует подчеркнуть, что и в природе, и в лабораторных
условиях они действуют не каждый по себе, а в совокупности. Например,
тепловой стресс повышает устойчивость растений к низким температурам
(Daie, Campbell, 1981), засолению (Таланова и др., 1993; Кузнецов и др.,
1990), водному стрессу и действию тяжелых металлов, а солевой стресс, в
свою очередь, увеличивает холодо- и теплоустойчивость (Таланова и др.,
2003).
Подобного рода данные свидетельствуют о функционировании в растениях общих механизмов устойчивости к двум или нескольким внешним
факторам (Таланова и др., 2003). Следует сказать, что одинаковая концентрация или интенсивность какого-либо фактора может быть оптимальной
для одной культуры и отрицательной для другой.
Вопросы специфики азотного питания редьки масличной и представителей вида Raphanus sativus L.до настоящего времени отражены лишь в отдельных работах по отзывчивости этих культур на уровни азотного питания
(Кудряшова, 1986; Бояркин и др.,2004; Пешкова и др., 2005).
Культуры семейства капустные отличаются повышенной способностью аккумуляции нитратного азота (Андреева и др., 1998). Учитывая, что
избыточное содержание нитратов ухудшает качество продукции, следует
считать актуальной разработку приемов, приводящих к снижению их накопления в растениях, особенно в хозяйственно-ценной их части.
На накопление нитратов в органах растений вида Raphanus sativus L.
оказывают существенное влияние как условия выращивания (прежде всего
обеспеченность усвояемыми соединениями азота), так и генетические особенности этих культур (Кудряшова, 1986; Муравин и др., 1990). Также известно, что специфика генотипов одной культуры, например овса, по уровню
активности нитратредуктазы сохраняется в разные по метеорологическим
условиям годы выращивания (Салмина, 1978).
Редька масличная реагирует на изменение режима нитратного пита93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния, как в лабораторных, так и в естественных условиях. В лабораторных условиях она продолжала накапливать биомассу до уровня питания в 28,8 мМ
NO3, затем растения редьки масличной начали испытывать стресс, который
выразился в угнетении роста растений. Следует отметить, что активность
нитратредуктазы в органах также была наивысшей при данной дозе азота.
Возрастание количества нитратов в питательной среде (57,6 и 98,4 мМ NO3)
приводило к тому, что листья редьки масличной накапливали нитратов
больше уровня предельно-допустимой концентрации (ПДК). При всех изученных режимах питания вклад органов в данный процесс колебался незначительно, и листья доминировали над корнем и стеблем.
В естественных условиях редька масличная положительно отзывалась
на повышение уровня питания. С возрастанием содержания нитратов в почве
увеличивалась сырая масса растений и активность нитратредуктазы. количество хлорофиллов в тканях листьев при среднем уровне питания (84 кг/га)
было выше, чем в контроле и на высокой дозе азота (151 кг/га). Эти данные
не согласуются с тем, что по мере снижения уровня хлорофиллов в листьях
уменьшается и активность нитратредуктазы (Станко, Костяновский, 1993).
Это, вероятно, связано с тем, что содержание хлорофиллов в тканях листьев
повышается до уровня средней обеспеченности почвы нитратным азотом, а
большие дозы нитратов в среде питания приводят к снижению данных пигментов. Это позволяет заключить, что высокие дозы азотных удобрений неблагоприятно влияют на фотосинтез растений.
Wallace (1986) отмечает зависимость скорости восстановления нитратов органами растений от количества нитратов в среде. В результате этого
происходит перераспределение между органами их доли в восстановлении
нитратов. Это подтверждается нашими данными, полученными на горохе и
сое. У данных культур показана такая же взаимосвязь. При изменении количества нитратов в среде, вклад органов гороха и сои значительно колебался,
чего не отмечено у редьки масличной.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Известно, что стрессовое воздействие хлоридного засоления имеет
комплексный характер и обусловлено нарушением осмотического баланса
клетки, что негативно сказывается на водном обмене растения. Полагают,
что причиной угнетения роста на засоленных средах является не столько
увеличение притока Na+, сколько уменьшение содержания К+ в клетке (Серазетдинова и др. 2000).
Реакция, изученных растений, на хлоридное засоление оказалась различной. Скорость восстановления нитратов в органах растений зависела от
интенсивности стресса. Так, при возрастании концентрации NaCl в среде, у
всех изученных культур снижались активность нитратредуктазы и накопление нитратов в органах. По этим показателям обнаружена видоспецифичность. Наиболее сильно активность нитратредуктазы и накопление сырой
массы ингибировались в органах кукурузы.
По вкладу органов в восстановление нитратов следует отметить, что
перераспределения их доли в растении у редьки масличной не происходило.
Отдельно следует сказать о корне ячменя, у которого в обычных (контрольных) условиях в нем восстанавливалось около 10 % нитратов, а при засолении интенсивностью 200 мМ NaCl уже около 30 %.
Самый высокий уровень засоления в 200 мМ NaCl выдержал только
ячмень, а редька масличная и кукуруза погибли. Ячмень характеризуется как
культура с повышенной солеустойчивостью (Баташева, Альдеров, 2005).
А.А. Захариным (1990) показано, что активность нитратредуктазы
одинаково ингибировалась хлористым натрием в системе in vitro у таких
контрастных по солеустойчивости растений, как солерос, хлопчатник, кукуруза, фасоль и горох.
Oб устойчивости растений к солевому стрессу следует судить не по
уровню активности нитратредуктазы, а по скорости роста и развития. Исходя
из вышеизложенного, кукурузу следует отнести к солечувствительным видам, а редьку масличную как среднеустойчивую культуру к хлоридному за95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
солению.
Считается, что активность нитратредуктазы отражает потенциальные
возможности растений усваивать окисленный азот, хотя корреляция между
скоростью восстановления нитратов и интенсивностью их использования не
всегда наблюдается, так как лимитирующим фактором может быть доступность субстрата и (или) недостаток восстановителей (Алехина, Клюйкова,
1986).
Любые изменения внешних условий (освещения, рН среды, ионной
силы, водный и температурный стрессы и т.д) отражается, прежде всего, на
нитратредуктазе и тем самым регулирует способность растений ассимилировать нитраты (Khan, Srivastava, 2003). В нормально функционирующей ткани
значительного количества нитратов не накапливается. Даже в темноте не обнаруживают довольно высокого уровня их содержания.
Особо следует остановиться на накоплении нитратов и скорости их
восстановления в зависимости от уровня нитратов в питательном растворе и
времени суток. Поглощение нитратов из питательного раствора идет вне зависимости от времени суток, то есть это непрерывный процесс, а редукция
же их находится в тесной связи с освещенностью растений.
При возрастании уровня минерального питания увеличивается поглощение и транспорт нитратов в надземную часть. Однако активность фермента возрастает несоизмеримо меньше в сравнении с увеличением количества
нитратов в питательном растворе. Показано, что вклад органов редьки масличной не зависел от одновременного воздействия этих двух факторов. В
разное время суток и при различных дозах нитратов в среде листья оставались доминирующими в процессе восстановления нитратов целым растением.
Показано, что влияние внешних факторов среды (уровень нитратного
питания и солевой стресс, время суток) не сдвигает вклада органов редьки
масличной в процесс восстановления нитратов. Этот факт не обнаружен у
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
других исследованных нами культур, таких как горох и соя (уровни нитратного питания), кукуруза и ячмень (уровни хлоридного засоления).
Полученные нами результаты могут быть полезны для селекционеров,
т.к. создание сортов сельскохозяйственных культур интенсивного типа, наиболее эффективно использующих азот удобрений для формирования урожая
– одна из приоритетных задач современной селекции. Для более рационального использования азота удобрений необходимо учитывать потребность
возделываемых сортов в этом элементе питания, обусловленную возрастом и
фазой развития.
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Выводы
1. У редьки масличной восстановление нитратов происходит в органах
надземной и подземной части. Основную роль в этом процессе выполняют листья. Различий во вкладе органов в процесс восстановления нитратов в зависимости от плоидности растений не обнаружено.
2. Распределение активности нитратредуктазы по органам надземной и
подземной части среди растений разных ботанических семейств имеет выраженную видовую специфичность. Однако значительного полиморфизма по
распределению активности нитратредуктазы по органам растений у представителей вида Raphanus sativus L. не выявлено.
3. Уровень азотного питания влияет на потенциальную активность нитратредуктазы в растениях редьки масличной, но не изменяет доли органов в
восстановлении нитратов растением в отличие от представителей семейства
бобовых (горох и соя).
4. Солевой стресс ингибирует активность нитратредуктазы, накопление
нитратов в органах растений редьки масличной, тормозит их рост, но не измененяет вклад органов в процесс редукции нитратов целым растением.
5. Активность нитратредуктазы в листьях редьки масличной достигает
максимума спустя 6 часов после начала светового периода. Независимо от времени суток вклад корня в процесс восстановления нитратов составляет 5-10%.
6. Вклад органов в восстановление нитратов в процессе онтогенеза
редьки масличной менялся, что обусловлено долей органов в массе растения.
Вне зависимости от возраста растений самая высокая потенциальная активность нитратредуктазы на грамм сырого веса остается в листьях.
7. Приоритет листьев в редукции нитратов сохраняется у редьки масличной вне зависимости от воздействия внешних факторов, таких как минеральное (нитратное) питание, хлоридное засоление, продолжительность освещения.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список литературы
1. Активность нитратредуктазы у растений табака, регенерированных
из солеустойчивой клеточной линии / Л. Е. Сергеева [и др.] // Физиология и
биохимия культурных растений. – 1993. – Т. 25. – № 6. – С. 587-590.
2. Активность ферментов ассимиляции азота у люцерны при различном
обеспечении минеральным азотом / С.Я. Коць [и др.] // Физиология и биохимия культурных растений. – 1993. – Т. 25. – № 6. – С. 546-552.
3. Алехина, Н.Д. Усвоение азота в корнях и листьях: видоспецифичность и зависимость от условий среды / Н.Д. Алехина // Физиология и биохимия культурных растений. – 1992. – Т. 24. – № 4. – С. 338-343.
4. Алехина, Н.Д. Усвоение азота растениями
при
пониженной
температуре / Н.Д. Алехина, А.И. Клюйкова // Физиология растений. – 1986.
– Т. 33. – № 2. – С. 372-386.
5. Алехина, Н.Д. Температура среды и адаптивные изменения свойств
ферментов ассимиляции азота у растений / Н.Д. Алехина, А.И. Клюйкова //
Вестник МГУ. Сер. 16. Биология. – 1988. – № 3. – С.3.
6. Андреева, Т.Ф. Взаимосвязь фотосинтеза с ассимиляцией азота у растений горчицы при воздействии возрастающих доз нитрата в питательном
растворе / Т.Ф. Андреева, С.Н. Маевская, С.Ю. Воевудская // Физиология
растений. – 1998. – Т. 45. – № 6. – С. 813-816.
7. Ассимиляция нитратов рисом в условиях аноксии / М. Маттана [и
др.] // Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – №4. – С. 547-551.
8. Баташева, Б.А. Устойчивость растений ячменя к солевому стрессу /
Б.А. Баташева, А.А. Альдеров // Сельскохозяйственная биология. – 2005. –
№ 5. – С. 56-60.
9. Белик, Н.Л. Урожай и качество редьки масличной в зависимости от
подкормки минеральными удобрениями / Н.Л. Белик // Биология и экология
культурных и дикорастущих растений. – Тамбов, 1994. – С. 29-56.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10.Белянская, С.Л. Влияние стрессовых факторов на культуру клеток и
проростки риса / С.Л. Белянская, С.К. Ихсанов, З.Б. Шамина // Физиология
растений. – 1991. – Т. 38. – Вып. 6. – С. 1218–1226.
11.Битюцкий, Н.П. Механизм суточной динамики содержания нитратов
в растениях / Н.П. Битюцкий, А.С. Кащенко // Вестник сельскохозяйственной науки. – 1987. – № 8. – С. 28–33.
12.Брей, С.М. Азотный обмен в растениях / С.М. Брей. – М.:
Агропромиздат, 1986. – 196 c.
13. Бреус, И.П. Особенности восстановления и накопления нитратов в
растениях амаранта / И.П. Бреус, И.А. Чернов, А.А. Авдеева // Физиология и
биохимия культурных растений. – 2000. – Т. 32. – № 2. – С. 140–145.
14. Булгакова, Н.Н. О поглощении и накоплении нитрата растениями /
Н.Н. Булгакова // Агрохимия. – 1999. – № 11. – С. 80–88.
15. Булгакова, Н.Н. Влияние азотного питания на продуктивность яровой пшеницы, ассимиляцию нитрата и его распределение по функциональным фондам / Н.Н. Булгакова, Л.С. Большакова, Н.Т. Ниловская // Агрохимия. – 1996. – № 8–9. – С. 15–27.
16. Булгакова, Н.Н. Влияние дозы азота при разных условиях выращивания на усвоение нитрата запасного фонда листа / Н.Н. Булгакова, Л.С.
Большакова, Н.Т. Ниловская // Агрохимия. – 2002. – № 6. – С. 59–65.
17. Бояркин, Е.В. Восстановление нитратов в органах растений вида Raphanus sativus / Е.В. Бояркин, Н.В. Дорофеев, А.А. Пешкова // Физиология и
биохимия культурных растений. – 2004. – Т. 36. – № 3. – С. 257–261.
18. Верниченко, И.В. Эндогенное образование нитратов в растениях /
И.В. Верниченко // Агрохимия. – 2002. – № 3. – С. 73–85.
19. Вернер, В.Д. Оптимальный способ посева редьки масличной после
озимой промежуточной культуры / В.Д. Вернер // Научно-технический бюллетень Сиб. НИИСХ. – 1988. – Т.4. – С. 31–32.
20. Влияние повышенной концентрации СО2 на фотосинтез и азотный
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обмен растений горчицы / С.Н. Маевская [и др.] // Физиология растений. –
1990. – Т. 37. – Вып. 5. – С. 921–927.
21. Воронова, Л.П. Деградация нитратредуктазы у линий и гибридов кукурузы / Л.П. Воронова, Ф.Э. Реймерс, Э.Е. Хавкин // Доклады АН СССР. –
1976. – Т. 229. – № 6. – С. 1462–1467.
22. Глянько, А.К. Нитратредуктаза в проростках яровой пшеницы в зависимости от температуры в зоне корней / А.К. Глянько // Физиология и
биохимия культурных растений. – 1972. – № 3. – С. 262–266.
23. Глянько, А.К. О причинах угнетения активности нитратредуктазы в
корнях яровой пшеницы при действии пониженной температуры в зоне корней
растений / А.К. Глянько // Физиология растений. – 1973. – № 2. – С. 412–414.
24.Глянько, А.К. Активность нитратредуктазы при разном уровне обеспеченности яровой пшеницы нитратным азотом / А.К. Глянько, О.А. Похабова // Агрохимия. – 1989. – № 5. – С. 18–20.
25. Глянько, А.К. Азотное питание пшеницы при низких температурах /
А.К. Глянько. – Новосибирск: Наука, 1995. – 110 с.
26. Гродзинский, А.М. Влияние света и ассимиляции углекислоты на
поглотительную деятельность корневой системы растений / А.М. Гродзинский, Д.М. Гродзинский // Роль минеральных элементов в обмене веществ и
продуктивности растений. – М., 1964. – С. 205–210.
27. Гюльвердиева, Г.Г. Изменение нитратредуктазной активности в органах гороха в течение вегетации и в зависимости от температуры в зоне
корней / Г.Г. Гюльвердиева, Н.В. Миронова, А.К. Глянько // Агрохимия. –
1994. – № 9. – С. 30–38.
28. Действие хлорида натрия и полиэтиленгликоля в различных концентрациях на рост суспензионной культуры клеток пшеницы / Л.Д. Серазетдинова [и др.] // Физиология и биохимия культурных растений. – 2000. – Т. 32.
– № 4. – С. 302–308.
29. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М.: Ко101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лос, 1979. – 416 с.
30. Дорофеев, Н.В. Восстановление нитратов в надземных органах редьки масличной / Н.В. Дорофеев, А.А. Пешкова // Агрохимия. – 2002. – № 9. –
С. 17–21.
31. Еськов, А.И. Фиторемедиация почв, загрязненных бесподстилочным
навозом / А.И. Еськов, Ю.А. Духанин, С.И. Тарасов. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004. – 100 с.
32. Жумагулов, И.И. Влияние сроков посева на рост, развитие и урожайность редьки масличной / И.И. Жумагулов // Тр. Целиноградского СХИ.
– 1986. – Т. 72. – С. 39–41.
33. Захарин, А.А. Особенности водно-солевого обмена растений при солевом стрессе / А.А. Захарин // Агрохимия. – 1990. – № 8. – С. 69–79.
34. Захарин, А.А. Быстрая кинетика роста растений при солевом стрессе
/ А.А. Захарин // Физиология растений. – 1994. – Т. 41. – Вып. 1. – С. 101–
106.
35. Зудилин, С.Н. Рапс яровой и редька масличная в занятом пару / С.Н.
Зудилин, С.А. Кирсанов // Кормопроизводство. – 2000. – № 9. – С. 17–20.
36. Зудилин, С.Н. Эффективность расчетных доз минеральных удобрений
на посевах рапса ярового и редьки масличной в лесостепи Среднего Поволжья /
С.Н. Зудилин, С.А. Кирсанов // Агрохимия. – 2001. – № 6. – С. 28–34.
37. Измайлов, С.Ф. О физиологической роли корней и листьев растений
в ассимиляции различных доз нитратов / С.Ф. Измайлов, Т.И. Котлярова,
А.М. Смирнов // Известия АН СССР. Сер биол. – 1983. – № 3. – С. 366–374.
38. Измайлов, С.Ф. Азотный обмен в растениях / С.Ф. Измайлов. – М.:
Наука, 1986. – 320 с.
39. Ивашикина, Н.В. Физиологические и молекулярные механизмы
поглощения нитрата растениями / Н.В. Ивашикина, О.А. Соколов //
Агрохимия. – 2001. – № 2. – С. 79-91.
40. Иванова, Т.И. Темновое дыхание галофитов / Т.И. Иванова, О.А.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Семихатова, О.С. Юдина // Физиология растений. – 1994. – Т. 41. – № 1. – С.
44–48.
41. Ильчуков, В.В. Активность нитратредуктазы в проростках пшеницы
при действии засухи / В.В. Ильчуков, К.Н. Шер // Физиология и биохимия
культурных растений. – 1991. – Т. 23. – № 1. – С. 79–82.
42. Казанцев, В.П. Редька масличная в подтаежной зоне Западной Сибири / В.П. Казанцев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. –
1998. – № 1–2. – С. 60–63.
43. Кабурина, О.К. Солеустойчивость дикорастущих видов люцерны и
содержание четвертичных соединений аммония / О.К. Кабурина, Н.И. Шевякова // Физиология растений. – 1987. – Т. 34. – Вып. 5. – С. 887–893.
44. Кенжебаева, С.С. Влияние повышенной концентрации СО2 на фотосинтез и азотный обмен растений горчицы / С.С. Кенжебаева, Н.М. Ракова,
Ф.А. Полимбетова // Физиология растений. – 1989. – Т. 36. – Вып. 2. – С.
365–371.
45. Коровин, А.И. О влиянии пониженной температуры на восстановление нитратов в корнях пшеницы / А.И. Коровин, А.К. Глянько // Физиология
растений. – 1968. – Т. 15. – Вып. 6. – С. 1055–1058.
46. Кузнецова, Т.А. Нитратредуцирующая система растений / Т.А. Кузнецова // Физиология и биохимия культурных растений. – 1974. – Т. 6. – № 4.
– С. 376–385.
47. Кун, И. Физиологические характеристики и альтернативный путь
дыхания у двух сортов пшеницы, различающихся по солеустойчивости / И.
Кун, Г. Чжоу, И. Ван // Физиология растений. – 2001. – Т. 48. – № 5. – С.
692–697.
48. Влияние засоления среды на активность нитратредуктазы гороха /
Т.З. Кабишева [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 1980. – Т.
16. – Вып. 6. – С. 819–823.
49. Клюйкова, А.И. Использование нитратного азота проростками пше103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ницы, растущими при разной температуре в зоне корней / А.И. Клюйкова,
Н.Д. Алехина // Вестник МГУ. Сер. 16. Биология. – 1988. – № 1. – С. 35-43.
50. Kлюйкова, A.M. Содержание нитратов и активность нитратредуктазы в молодом и зрелом листе пшеницы в условиях азотного стресса / А.И.
Клюйкова, Н.Д. Алехина // Известия МГУ. Сер. 16. Биология. – 1992. – № 4.
– С. 42–47.
51. Ковалев, В.П. Влияние пожнивных посевов редьки масличной на
физические и агрохимические свойства почвы / В.П. Ковалев, Е.В. Ботяновский // Агрохимия. –1990. – № 5. – С. 82-85.
52. Костюк, А.Н. Ответная реакция растений на солевой стресс / А.Н.
Костюк, А.Н. Остаплюк, Б.А. Левенко // Физиология и биохимия культурных
растений. – 1994. – Т. 26. – № 6. – С. 525–545.
53. Кондратьев, М.Н. Кинетика поглощения растениями кукурузы ионов
аммония и нитрата при перепадах температуры / М.Н. Кондратьев, Ю.В. Васюков, О.Н. Аладдина // Сельскохозяйственная биология. – 1983. – № 10. –
С. 68–74.
54. Кондратьев, М.Н. Нитратредуктазная и протеолитическая активность пшеницы в генеративный период / М.Н. Кондратьев,С.О. Лебединская
// Физиология растений. – 1995. – Т. 42. – № 3. – С. 399–407.
55. Колосов, И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений / И.И. Колосов. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 388 с.
56. Компартментация и ассимиляция нитратов в растениях гороха и сахарной свеклы / Г.А. Овчаренко [и др.] // Физиология растений. – 1990. – Т.
37. – Вып. 4. – С. 642–649.
57. Компартментация нитратов в листьях гороха / Г.А. Овчаренко[и др.]
// Физиология растений. – 1987. – Т. 34. – Вып. 5. – С. 972–979.
58. Крастина, Е.Е. Суточные изменения поглощения нитрата и активности нитратредуктазы в корнях подсолнечника / Е.Е. Крастина, Б.П. Редди,
М.Н. Кондратьев // Известия ТСХА. – 1983. – Вып 6. – С. 98–102.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59. Кретович, В.Л. Усвоение и метаболизм азота у растений / В.Л. Кретович. – М. : Наука, 1987. – 490 с.
60. Кудряшова, Л.А. Оценка приемов снижения содержания нитратов в
корнеплодах редьки и редиса / Л.А. Кудряшова // Известия ТСХА. – 1986. –
Вып. 4. – С. 94–97.
61.Кукреш, Л.В. Фитоценотический метод борьбы с пыреем ползучим /
Л.В. Кукреш, Н.С. Бысов // Земледелие. – 1990. – № 4. – С. 47–48.
62. Липс, С.Г. Роль ионов неорганического азота в процессах адаптации
растений / С.Г. Липс // Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – № 4. – С. 487–
498.
63. Лютова, М.И. Роль синтеза белка в восстановлении активности нитратредуктазы листьев пшеницы, подвергнутых тепловому стрессу / М.И.
Лютова, И.Е. Каменцева // Физиология растений. – 2001. – Т. 48. – № 5. – С.
712–717.
64. Малый практикум по физиологии растений : практ. пособие / под.
ред. М.В. Гусева. – 8-е изд. – М.: Изд-во МГУ. – 1982. – 192 с.
65. Маевская, С.Н. Влияние повышенных температур на восстановление
нитрата и нитрита в листьях и интактных хлоропластах / С.Н. Маевская, Е.А.
Егорова, Н.Г. Бухов // Физиология растений. – 2003. – Т. 50. – № 5. – С. 675–
679.
66. Медведев, С.С. Физиология растений / С.С. Медведев. – СПб. : Издво СПбУ. – 2004. – 336 с.
67. Мишуров, В.П. Редька масличная – новое силосное растение (результаты изучения и производственного испытания) / В.П. Мишуров, М.И.
Александров, Т.Ф. Коломийцева. – Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1973. – 63 с.
68. Молекулярные механизмы усвоения азота растениями / В.Л. Кретович [и др.]. – М.: Наука. – 1983. – 263 с.
69.Москалик, Г.Г. Ассимиляция нитратов проростками салата на фоне
разных доз азотного питания / Г.Г. Москалик, С.С. Костишин // Физиология
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и биохимия культурных растений. – 2001. – Т. 33. – № 4. – С. 309–312.
70.Накопление нитратов растениями под воздействием комплекса
внешних и внутренних факторов / А.А. Амелин [и др.] // Агрохимия. – 1996.
– № 12. – С.23–27.
71. Никифорова, Т.А. Оценка нитратвосстанавливающей способности
корней и листьев гороха с использованием различных методических подходов / Т.А. Никифорова, Г.А. Овчаренко, С.Ф. Измайлов // Физиология растений. – 1993. – Т. 40. – № 6. – С. 932–939.
72. Нитратредуктаза как мишень теплового шока / Вл.В. Кузнецов [и
др.] // Доклады Академии наук СССР. – 1991. – Т. 321. – № 3. – С. 635–638.
73. Общие системы устойчивости хлопчатника к засолению и высокой
температуре: факты и гипотезы / Вл.В. Кузнецов [и др.] // Физиология растений. – 1987. – Т. 37. – Вып. 5. – С. 987–996.
74. Овчаренко, Г.А. Взаимодействие нитратредуктазы, выделенной из
листьев горчицы, с пероксидазой / Г.А. Овчаренко, Н.Н. Иванова, Е.М. Худякова // Физиология растений. – 1985. – Т. 32. – Вып. 5. – С. 922–926.
75. О способности репродуктивных органов пшеницы к первичному усвоению минерального азота / А.Н. Павлов [и др.] // Физиология растений. –
1981. – Т. 28. – Вып. 3. – С. 526–535.
76. Пешкова, А.А. Активность нитратредуктазы и ассимиляция нитратов в связи со скоростью роста проростков кукурузы / А.А.Пешкова, Э.Е.
Хавкин // Физиология растений. – 1980. – Т. 27. – Вып. 5. – С. 1032–1039.
77. Пешкова, А.А. Особенности усвоения нитратов проростками озимой
и яровой пшеницы / А.А. Пешкова // Физиология и биохимия культурных
растений. – 1990. – Т. 22. – № 2. – С.142–147.
78. Пешкова, А.А. Формирование нитратвосстанавливающей системы в
органах проростков озимой и яровой пшеницы / А.А. Пешкова // Физиология
растений. – 1992. – Т. 38. – С. 111–119.
79. Пешкова, А.А. Рост, развитие и усвоение азота различными сортами
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пшеницы при снижении температуры / А.А. Пешкова // Физиология и
биохимия культурных растений. – 1998. – Т. 30. – № 3. – С. 200–208.
80. Пешкова, А.А. Ассимиляция нитратов озимой пшеницей при
снижении температуры окружающей среды / А.А. Пешкова, Н.В. Дорофеев //
Агрохимия. – 1998. – № 1. – С. 39–44.
81. Пешкова, А.А. Особенности усвоения нитратов растениями озимой и
яровой пшеницы / А.А. Пешкова, Н.В. Дорофеев // Агрохимия. – 1999. – №
12. – С. 41–46.
82. Пешкова, А.А. Влияние уровня азотного питания на активность нитратредуктазы и накопление нитратов в органах растений редьки масличной /
А.А. Пешкова, Н.В. Дорофеев // Агрохимия. – 2005. – № 7. – С.14–19.
83.Пешкова,
А.А.
Биологические
особенности
и
технология
возделывания редьки масличной / А.А. Пешкова, Н.В. Дорофеев; отв.ред.
В.К. Войников. – Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2008. – 146 с.
84. Полевой, В.В. Физиология растений / В.В. Полевой. – М.: Высшая
школа, 1989. – 464 с.
85. Полесская, О.Г. Дыхание и фотосинтез растений пшеницы в связи с
их ростом и азотным статусом в разных условиях снабжения азотом / О.Г.
Полесская, М.А. Глазунова, Н.Д. Алехина // Физиология растений. – 1999. –
Т. 46. – № 2. – С.187–193.
86. Прянишников, Д.Н. Аммиак как альфа и омега обмена азотистых
веществ в растении / Д.Н. Прянишников // Избранные сочинения. – 1953. –
Т. 2. – 540 c.
87. Покровская, Г.И. Влияние минеральных удобрений на урожай зеленой массы редьки масличной и рапса ярового / Г.И. Покровская, М.И. Дорофеева // Пути повышения урожайности кормовых, зерновых и овощных
культур в Восточной Сибири. – Иркутск, 1980. – С. 20–23.
88. Покровская, Г.И. Редька масличная на зелѐную массу и семена в Иркутской области / Г.И. Покровская, М.И. Дорофеева // Интенсификация кор107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мопроизводства в Восточной Сибири. – Новосибирск, 1983. – С. 49–55.
89. Раздельное и комбинированное действие засоления и закаливающих
температур на растения / В.В. Таланова [и др.] // Физиология растений. –
1993. – Т. 40. – № 4. – С. 584–588.
90.Различия в продуктивности и накоплении нитратов у корнеплодов
вида Raphanus sativus L. при выращивании в полевых условиях / Э.А. Муравин [и др.] // Агрохимия. – 1990. – № 10. – С. 30–34.
91.Роль орнитинового пути в накоплении пролина семядолями редиса,
подвергнутыми солевому стрессу / Ж.П. Биллар [и др.] // Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – № 4. – С. 541–546.
92. Саламатова, Т.С. Азотное питание и регуляция рН в растительной
клетке / Т.С. Саламатова // Азотное питание и продуктивность растений. –
Ленинград, 1988. – № 39. – С. 95.
93.Салмина, И.С. / И.С. Салмина // Бюллетень ВИР им. Н.И. Вавилова. –
1978. – Вып. 78. – С. 34-35.
94. Семѐнов, В.М. Пути поступления азота в растения / В.М. Семѐнов,
О.А. Соколов // Агрохимия. – 1983. – № 4. – C. 127–136.
95. Соколов, О.А. Нитраты в окружающей среде / О.А. Соколов, В.М.
Семенов, В.А. Агаев. – Пущино: ОНГИ, 1990. – 317 с.
96. Соколов, О.А. Роль нитратных фондов в азотном питании растении /
О.А. Соколов // Агрохимия. – 1998. – № 7. – С. 87–93.
97. Станко, С.А. Новые биорегуляторы как экспрессоры нитратредуктазной активности пшеницы на повышенных фонах нитратов / С.А. Станко,
Р.Г. Костяновский // Известия АН СССР. Сер. биол. – 1993. – № 3. – С. 402–
409.
98. Сидоров, Ф.Ф. Новые однолетние силосные культуры / Ф.Ф. Сидоров, Л.П. Борина. – Л.: Лениздат. – 1970. – 20 с.
99. Таланова, В.В. Влияние абсцизовой кислоты на устойчивость проростков огурца к высокой температуре и хлоридному засолению / В.В. Талано108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ва, Л.В. Топчиева, А.Ф. Титов // Физиология и биохимия культурных растений. – 2003. – Т. 35. – № 2. – С. 124–130.
100. Тамонов, А.М. Редька масличная – ценная сидеральная культура /
А.М. Тамонов, С.М. Лукин, Н.М. Новиков // Земледелие. – 1990. – № 1. – С.
44-45.
101. Тамонов, А.М. Экологически чистый приѐм борьбы с сорняками /
А.М. Тамонов, М.Н. Новикова // Химизация сельского хозяйства. – 1990. –
№ 10. – С. 40-41.
102. Тетраплоидные формы и сорта кормовых капуст и редьки / Л.Н.
Балышев [и др.] // Материалы научной генетической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Р. Жебрака и 70-летию образования
кафедры генетики в Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.
Тимирязева, 26-27 февраля 2002 года. – М.: Изд-во МСХА, 2002. – С. 23-26.
103. Токарев, Б.И. Генетический контроль и механизмы регуляции нитратредуктазной активности / Б.И. Токарев, В.К. Шумный // Генетика. – 1976.
– Т. 12. – № 3. – С. 141–146.
104. Токарев, Б.И. Влияние NaCl на восстановление нитратов первым
листком проростков ячменя / Б.И. Токарев, Л. Лозовский // Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – № 4. – С. 552–558.
105. Федотова, Л.С. Промежуточные сидеральные культуры – основа
биологизированных технологий / Л.С. Федотова, А.В. Алимбетова // Картофель и овощи. – 2005. – № 6. – С. 8-10.
106. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Н.Н.
Третьяков [и др.]. – М.: Колос, 1998. – 640 с.
107. Шевякова Н.И, Арутюнова Н.В., Строгонов Б.П. Нарушение метаболизма аргинина и путресцина в листьях хлопчатника при избытке Na2SO4 /
Н.И. Шевякова, Н.В. Арутюнова, Б.П. Строгонов // Физиология растений. –
1981. – Т. 28. – № 3. – С. 594–599.
108. Шер, К.Н. Нитратредуктазная активность, содержание общего азо109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
та и нитратов в надземной части и корнях яровой пшеницы в онтогенезе /
К.Н. Шер, В.А. Кумаков, В.К. Чернов // Сельскохозяйственная биология. –
2002. – № 5. – С. 59–62.
109. Ширшова, Е.Д. Активность ферментов ассимиляции азота и изменение функциональной нагрузки корней и побегов проростков пшеницы в
зависимости от температурных условий / Е.Д. Ширшова, А.И. Клюйкова,
Н.Д. Алехина // Биологические науки. – 1989. – № 2. – С. 79–85.
110. Эмпирическая модель регуляции метаболизма нитрата в корнях
проростков пшеницы / Е.В. Харитоношвили [и др.] // Физиология растений.
– 1997. – Т. 44. – № 4. – С. 568–575.
111. A protein rinase activated by darkness phosphrylates nitrate reductase in
Komatsuma (Brassica campestris L.) leaves / K. Nakamura [et al.] // Physiol.
Plant. – 2002. – V. 115. – P. 496–503.
112. Adgo, E. Nitrogen fixation and assimilation efficiency in Ethiopian and
German pea varieties / E. Adgo, J. Schulze / Plant Soil. – 2002. – V. 239. – P.
291–299.
113. Ahmad, A. NADH: nitrate reductase and NAD(P)H: nitrate reductase
activities in mustard seedlings / A. Ahmad, M. Z. Abdin // Plant Sci. – 1999. – V.
143. – P. 1–8.
114. Almansouri, M. Compared effects of sudden and progressive impositions of salt stress in three durum wheat (Triticum durum) cultivars / M. Almansouri, S. M. Kinet, S. Lutts // Plant Physiol. – 1999. – V. 154. – № 5–6. – Р. 743–
752.
115. Anon Gefahr im Futter // Agrar Praxis. – 1986. – V. 6. – P. 56–58.
116. Аslam, M. Comparative studies on the induction and in activation of nitrate reductase in corn roots and leaves / M. Аslam, A. Oaks // Plant Physiol. –
1976. – V. 57. – № 4. – P. 572–576.
117. Аslam, M. Enhancement of nitrate reductase activity and metabolic nitrate concentration by methionine sulfoximine in barley roots / M. Аslam, R. L.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Travis, W. D. Rains // Plant Sci. – 2001. – V. 161. – P. 133–142.
118. Aslam, M. In vivo nitrate reduction in root and shoots of barley
(Hordeum vulgare L.) seedlings in light and darkness / M. Aslam, R. C. Huffaker
// Plant Physiol. – 1982. – V. 70. – № 6. – P. 1009–1013.
119. Barneix, A.J. Effect of cations on uptake, translocation and reduction of
nitrate in wheat seedlings / A.J. Barneix, H. Breteler // New Phytol. – 1985. – V.
99. – № 3. – P. 367–379.
120. Beevers, L. Nitrate reduction in higher plants / L. Beevers, R.H. Hageman // Annu. Rev. Plant Physiol. – 1969. – V. 20. – P. 495–522.
121. Beevers, L.H. Nitrate and nitrite reduction / L.Н. Beevers, R.H. Hageman // The biochemistry of plants. A comprehensive treatise. Amino acids and derivatives. – N. Y., 1980. – V.5. – P. 116.
122. Ben-Zioni, A. Nitrate uptake be roots as regulated by nitrate reduction
products of the shoot / A. Ben-Zioni, Y. Vaadia, S.H. Lips // Physiol. Plant. –
1971. – V. 24. – Р. 288–290.
123. Berendonk, C. “Fangen” Nematoden und fixiren Stickstoff / C. Berendonk // Landw. Z. Rheinland. – 1988. – V. 155. – № 18. – P. 10–11.
124. Berendonk, C. Beweidungsversuche mit Olrettich sowie menreren
Rapssorten untersuhiedlichen Blatt/Stengel-Verhaltnisses und Glucosinolatgehaltes / C. Berendonk // Wirtschaftseigene futter. – 1985. – V. 31. – № 2. – S. 165–
173.
125. Bourgeais-Chaillou, P. Comparative Effect of N-Sources on Growth and
Physiological Responses of soubean exposed to NaCl-stress / P. BourgeaisChaillou, F. Perez-Alfocea, G. Guerrier // J. Exp. Bot. – 1992. – V. 254. – P.
1225–1233.
126. Caba, M. Distribution of nitrate reductase activity in Vicia faba: Effect of
nitrate and plant genotype / M. Caba, C. Lluch, F. Ligero // Physiol. Plant. – 1995.
– V. 93. – № 3. – P. 667–672.
127. Camacho-Cristobal, J. Effects of phosphate on in vitro nitrate reductase
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
activity from tobacco leaves / J. Camacho-Cristobal, J. Maldonado, A. GonzalezFontes // Plant Sci. – 2002. – V. 163. – P. 455–461.
128. Campbell, W.H. Nitrate reductase biochemistry comes of age / W.H.
Campbell // Plant Physiol. – 1996. – V. 111. – P. 355–361.
129. Campbell, W.H. Nitrate reductase structure, function and regulation:
bridging the gap between biochemistry and physiology / W.H. Campbell // Annu.
Rev. Plant Physiol. Mol. Biol. – 1999. – V. 50. – P. 277–303.
130. Campbell, W.H. Structure and function of eukaryotic NAD(P)H: nitrate
reductase / W.H. Campbell // Cell. Mol. life Sci. – 2001. – V. 58. – P. 194–204.
131. Changes in biomass, enzymatic activity and protein concentration in roots
and leaves of green bean plants (Phaseolus vulgaris L.) under high application
NH4NO3 rates / E. Sanchez [et al.] // Sci. Hortic. – 2004. – V. 99. – Р. 237–248.
132. Chapin, F.S. Growth response of barley and tomato to nitrogen stress
and its control by abscisic acid, water relations and photosynthesis / F.S. Chapin,
C.H.S. Walter, D.T. Clarkson // Planta. – 1988. – V. 173. – P. 352.
133. Claussen, W. Effect of ammonium or nitrate nutrition on net
photosynthesis, growth, and activity of the enzymes nitrate reductase and
glutamine synthetase in blueberry, raspberry and strawberry / W. Claussen, F.
Lenz // Plant Soil. – 1999. – V. 208. – № 1. – P. 95–102.
134. Constutive nitrate reductase activity in the Leguminosae / M. Andrews
[et al.] // Phytochemistry. – 1990. – V. 29. – № 1. – P. 49–54.
135. Cousins, A.B. Influence of elevated CO2 and nitrogen nutrition on photosynthesis and nitrate photo-assimilation in maize (Zea mays L.) / A.B. Cousins,
A.J. Bloom // Plant Cell Environ. – 2003. – V. 26. – P. 1525–1530.
136. Crafts-Brandner, S.J. Nitrate reduction by roots of soybean (Glycine max
L.) seedlings / S.J. Crafts-Brandner, J.E. Harper // Plant Physiol. – 1982. – V. 69.
– P. 1298–1303.
137. Cramer, M.D. Enriched rhizosphere CO2 concentration can ameliorate
the enfluence of salinity on hydroponically grown tomato plant / M.D. Cramer,
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
S.H. Lips // Physiol. Plant. – 1995. – V. 94. – № 2. – P. 425–432.
138. Daie, J. Response of tomato to stressful temperatures. Increase in
abscisic acid concentrations / J. Daie, W.H. Campbell // Plant Physiol. – 1981. –
V. 67. – № 1. – P. 26–29.
139. Darnell, R.L. Nitrate concentration on NO3 uptake and reduction,
growth, and fruit yield in strawberry / R.L. Darnell, G.W. Stutte // J. Am. Soc.
Hortic. Sci. – 2001. – V. 126. – № 5. – P. 560–563.
140. Differential effect of ammonium on the induction of nitrate and nitrite
reductase activities in root of barley (Hordeum vulgare) seedlings / M. Aslam [et
al.] // Physiol. Plant. – 1997. – V. 101. – P. 612–619.
141. Duke, S.H. Light control nitrate reductase activity in higher plants / S.H.
Duke, S.O. Duke // Physiol. Plant. – 1984. – V. 62. – P. 485–493.
142. Dustribution of nitrate reductase activity in six legumes: the importance
of the stem / M. Аndrews [et al.] // New Phytol. – 1984. – V. 98. – № 2. – Р. 301–
310.
143. Elers, B. Biologische Koservierung von Nitrat / B. Elers, H. Hartmann //
Gemuse. – 1987. – V. 23. – № 4. – P. 210–215.
144. Fan, X.H. Nitrate uptake, nitrate reductase distribution and their relation
to proton release in five nodulated grain legumes / X.H. Fan, C. Tang, Z. Rengel
// Ann. Bot. – 2002. – V. 90. – № 3. – P. 315-323.
145. Gniazdowska, A. Nitrate uptake by bean (Phaseolus vulgaris L.) roots
under phosphate deficiency / A. Gniazdowska, A.M. Rychter // Plant Soil. – 2000.
– V. 226. – P. 79–85.
146. Gouia, H. Effect of NaCl on flows of N and mineral ions and on NO3
reduction rate within whole plants of salt-sensitive bean and salt-tolerant cotton /
H. Gouia, M.H. Ghorbal, B. Touraine // Plant Physiol. – 1994. – V.105. – № 4. –
Р. 1409–1418.
147. Gowrl, G. cDNA clones for corn leaf NADH nitrate reductase and chloroplast NAD (P)+ glyceraldehyde–3–phosphate dehydrogenase. Characterization
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
of the clones and analysis of the expression of the genes in leaves as influenced by
nitrate in the light and dark / G. Gowrl, W.H. Campbell // Plant Physiol. – 1989. –
V. 90. – № 7. – P. 792–795.
148. Growth
and
nitrogen
metabolism
of
Catasetum
fimbriatum
(orchidaceae) grown with different nitrogen sources / N. Majerowicz [et al.] //
Environ. Exp. Bot. – 2000. – V. 44. – № 1. – P. 195–206.
149. Gutser, R. Wieviel Syickstaff hinterlassen Zwischenfruchte / R. Gutser,
K. Vilsmeier // DLG–Mitt. – 1989. – V. 104. – № 2. – P. 66–68.
150. Hageman, R.H. Nitrate reductase from higher plants / R.H. Hageman,
D.R. Hucklesby // Methods Enzimol. – 1971. – V. 23. – P. 491–503.
151. Hoff, T. Structure, function and regulation of nitrate reductase in higher
plants / T. Hoff, B.M. Stummann, K.W. Henningsen // Physiol. Plant. – 1992. – V.
84 – P. 616–624.
152. Indikatorpflanzen – die biologische Nmin–Bodenanalyse / H.C. Scharpf
[et al.] // Gemuse. – 1990. – V. 26. – № 4. – P. 226–232.
153. Isselstein, J. Unkrautkontrolle durch Zwischenfruchte beim Mulchanbau
von Zuckerruben / J. Isselstein, R. Rauber // Zuckerrube. – 1988. – V. 37. – № 4.
– P. 204–207.
154. Kaiser, W.M. Nitrate reductase in higher plants: A case study for
transduction of environmental stimuli into control of catalytic activity / W.M.
Kaiser, H. Weiner, S.C. Huber // Physiol. Plant. – 1999. – V. 105. – P. 385–390.
155. Kaiser, W.M. Post-translational regulation of nitrate reductase:
mechanism, physiological relevance and environmental triggers / W.M. Kaiser,
S.C. Huber // J. Exp. Bot. – 2001. – V. 52. – № 363. – P. 1981–1989.
156. Khamis, S. Maximal biomass production can occur in corn (Zea mays)
in the absence of NO3 accumulation in either leaves or roots / S. Khamis, T. Lamaze // Physiol. Plant. – 1990. – V. 78 – P. 388–394.
157. Khan, M.G. Changes in growth and nitrogen assimilation in maize
plants induced by NaCl and growth regulators / M.G. Khan, H.S. Srivastava // Bi114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ol. Plant. – 1998. – V. 41. – № 1. – Р. 93–99.
158. Khan, M.G. Nitrate reductase in wheat plants grown under water stress
and inoculated with Azospirillum spp. / M.G. Khan, H.S. Srivastava // Biol. Plant.
– 2003. – V. 46. – № 2. – Р. 281–287.
159. Kirkgy, E.A. Influence of ammonium and nitrate nutrition on the cationanion balance and nitrogen and carbohydrate metabolism of white mustard plants
in dilute nutrient solution / E.A. Kirkgy // J. Soil Sci. – 1968. – V. 105. – P. 133.
160. Lakshmi, Devi S. Diurnal fluctuations in the activity of the enzyme nitrate reductase in Lemna paucicostata / Devi S. Lakshmi, S.C. Maneshwari // Physiol. Plant. – 1979. – V. 45. – Р. 467–469.
161. Leij, M. Remobilisation of vacuolar stored nitrate in barley root cells /
M. Leij, S. Smith, A. Miller // Planta. – 1998. – V. 205. – Р. 64–72.
162. Light-modulation of nitrate reductase activity in leaves and roots of maize / L. Merlo [et al.] // Physiol. Plant. – 1995. – V. 94. – № 2. – P. 305–311.
163. Lillo, C. Light regulation of nitrate reductase in green leaves of higher
plants / C. Lillo // Physiol. Plant. – 1994. – V. 90. – Р. 616–620.
164. Mackintosh, C. Regulation of plant nitrate assimilation: from ecophysiology to brain proteins / C. Mackintosh // New Phytol. – 1998. – V. 139. – P. 153–
159.
165. Mack, G. Effect of NO3 supply on N metabolism of potato (Solanum tuberosum L.) with special focus on the tubers / G. Mack, J.K. Schjorring // Plant
Cell Environ. – 2002. – V. 25. – P. 999–1009.
166. Marschner, H. Mineral nutrition of higher plants / H. Marschner. – London : Academic Press, 1995. – 560 p.
167. Modulation of nitrate reductase activity in cucumber (Cucumis sativus )
roots / P. Haba [et al.] // Plant Sci. – 2001. – V. 161. – № 1. – P. 231–237.
168. Neill, S. Nitric oxide signaling in plants / S. Neill, R. Desikan, J.
Hancock // New Phytol. – 2003. – V. 159. – P. 11–35.
169. Nitrate assimilation in chicory roots (Cichorium intybus L.) which ac115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
quire radial growth / N. Druart [et al.] // J. Exp. Bot. – 2000. – V. 51. – № 344. –
Р. 539–546.
170. Nitrate reductase expression is under the control of a circadian rhythm
and is light inducible in Nicotiana tabacum leaves / M. Deng [et al.] // Planta. –
1990. – V. 180. – P. 257–261.
171. Nitrate reduction in roots and shoots of barley (Hordeum vulgare L.) and
corn (Zea mays L.) seedlings. I. 15N study / A. Gojon [et al.] // Plant Physiol. –
1986. – V. 82. – № 1. – P. 254–260.
172. Nitrate reduction in tendrils of semi-leafless pea / E. M. Gonzales [et al.]
// Physiol. plant. – 2001. – V. 111. – № 2. – P. 329–335.
173. Nitrogen-assimiling enzymes in land plants and algae: phylogenic and
physiological perspectives / R. Inokuchi [et al.] // Physiol. Plant. – 2002. – V. 116.
– P. 1–11.
174. Nitrogen mineralization and plant nitrogen acquisition in a nitrogenlimited calcareous grassland / V. Unkovich [et al.] // Environ. Exp. Bot. – 1998. –
V. 40. – P. 209–219.
175. Oaks, A. The role nitrate and ammonium ions and light on the induction
of nitrate reduced in maise leaves / A. Oaks, V.J. Goodfellow, H. Deixing // Plant
Physiol. – 1988. – V. 88. – P. 1067–1072.
176. Omarov, R.T. Regulation of aldehyde oxidase and nitrate reductase in
roots of barley (Hordeum vulgare L.) by nitrogen source and salinity / R.T. Omarov, M. Sagi, S.H. Lips // J. Exp. Bot. – 1998. – V. 49. – № 322. – Р. 897–902.
177. Pandey, S. Iron mediated nitrate reductase activity in different parts of
young maize seedlings / S. Pandey // Biol. Plant. – 2000. – V. 43. – № 1. – P. 149–
151.
178. Phytochrome and post-translational regulation of nitrate reductase in
higher plants / K. Appenroth [et al.] // Plant Sci. – 2000. – V. 159. – P. 51–56.
179. Rajasekhar, V. K. Phytochrome mediated light regulation of nitrate reductase expression in squash cotyledons / V.K. Rajasekhar, G. Gowri, W.H.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Campbell // Plant Physiol. – 1988. – V. 88. – P. 242–244.
180. Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissue by nitration of
salicylic acid / D.A. Cataldo [et al.] // Commun. Soil Sci. Plant. Anal. – 1975. – V.
6. – № 1. – P. 71–80.
181. Redinbaugh, M. Higher plant responses to environmental nitrate / M.
Redinbaugh, W. Campbell // Physiol. Plant. – 1991. – V. 82. – P. 640–650.
182. Reduction, assimilation and transport of N in normal and gibberellindeficient tomato plants / M.D. Cramer [et al.] // Physiol. Plant. – 1995. – V. 95. –
№ 2. – P. 347–354.
183. Salinity-induced effect on nitrogen assimilation related to growth in
cowpea plants / J.A.G. Silveira [et al.] // Environ. Exp. Bot. – 2001. – V .46. – №
1. – P. 171–179.
184. Samuelson, M. The influence of cytokinins in nitrate regulation of nitrate reductase activity and expression in bariey / M. Samuelson, W. Campbell, C.
Larsson // Physiol. Plant. – 1995. – V. 93. – P. 533–539.
185. Scaife, A. The diurnal pattern of nitrate uptake and reduction by spinach
(Spinacia oleracea L) / A. Scaife, S. Schloemer // Ann. Bot. – 1994. – V. 73. – Р.
337–343.
186. Shankar, N. Effect of glutamine supply on nitrate reductase isoforms in
maize seedlings / N. Shankar, H.S. Srivastava // Phytochemistry. – 1998. – V. 47.
– № 5. – Р. 701–706.
187. Shankar, N. Nitrate reductase activity and uptake of nitrate and oxygen
as affected by nitrate supply to detached maize organs / N. Shankar, H.S. Srivastava // Biol. Plant. – 1997. – V. 39. – № 4. – Р. 583–589.
188. Sivasankar, S. Regulation of nitrate reductase during early seedling
growth: A role for asparagine and glutamine / S. Sivasankar, A. Oaks // Plant Physiol. – 1995. – V. 107. – P. 1225–1231.
189. Solomonson, L.P. Assimilatory nitrate reductase: Functional properties
and regulation / L.P. Solomonson, M.J. Barber // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Mol. Biol. – 1990. – V. 41. – P. 225–253.
190. Steps towards an integrated view of nitrogen metabolism / M. Stitt [et
al.] // J. Exp. Bot. – 2002. – V. 53. – № 370. – P. 959–970.
191. Stohr, C. Relationship of nitrate supply with growth rate, plasma membrane-bound and cytosolic nitrate reductase, and tissue nitrate content in tobacco
plants / C. Stohr // Plant Cell Environ. – 1999. – V. 22. – P. 169–177.
192. Stohr, C. Diurnal changes in nitrogen assimilation of tobacco roots / C.
Stohr, G. Mack // J. Exp. Bot. – 2001. – V. 52. – № 359. – P. 1283–1289.
193. The contribution of roots and shoots to whole plant nitrate reduction in
fast- and slow-growing grass species / I. Scheurwater [et al.] // J. of Exp. Bot. –
2002. – V. 53. – № 374. – P. 1635–1642.
194. Thorup-Kristensen, K. Are differences in root growth of nitrogen catch
crops impotant for their ability to reduce soil nitrate-N content, and how can this
be measured / K. Thorup-Kristensen // Plant Soil. – 2001. – V. 230. – P. 185–195.
195. Tischner, R. Nitrate uptake and reduction in higher and lower plants / R.
Tischner // Plant Cell Environ. – 2000. – V. 23. – P. 1005–1024.
196. Tucker, D.E. Cjntrol of nitrate reductase by circadium and diurbal
rhythms in tomato / D.E. Tucker, D.J. Allen, D.R. Ort // Planta. – 2004. – V. 219.
– № 1. – Р. 227–285.
197. Vazquez, M.M. Influence of arbuscular mycorrhizae and a genetically
modified strain of Sinorhizobium on growth, nitrate reductase activity and protein
content in shoots and roots of Medicago sativa as affected by nitrogen concentrations / M.M. Vazquez, J.M. Barea, R. Azcon // Soil Biol. Biochem. – 2002. – V.
34. – P. 899–905.
198. Veen, B.W. Nitrate accumulation and osmotic regulation in Italian ryegrass / B.W. Veen, A. Kleinendorst // J. Exp. Bot. – 1985. – V.6. – P. 211.
199. Wallace, W. Distribution of nitrate assimilation between the root and
shoot of legumes and a comparison with wheat / W. Wallace // Physiol. Plant. –
1986. – V. 66. – P. 630–636.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
200. Xiu-Zhen, Li. Induction and turnover of nitrate reductase in Zea mays:
Influence of NO3 / Li Xiu-Zhen, A. Oaks // Plant Physiol. – 1993. – V. 102. – P.
1251–1257.
201. Xiu-Zhen, Li. Induction and turnover of nitrate reductase in Zea mays:
Influence of light / Li Xiu-Zhen, A. Oaks // Plant Physiol. – 1994. – V. 106. – P.
1145–1149.
202. Yaneva, I.A. Nitrate reductase from winter wheat leaves is activated at
low temperature via protein dephosphorylation / I.A. Yaneva, G.W. Hoffmann, R.
Tischner // Physiol. Plant. – 2002. – V. 114. – P. 65–72.
203. Yaneva, I.A. Nitrate reductase activation state in leaves of molybdenum-deficient winter wheat / I.A. Yaneva, G.W. Hoffmann, R. Tischner // Plant
Physiol. – 2000. – V. 157. – P. 495–501.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бояркин Евгений Викторович
АКТИВНОСТЬ НИТРАТРЕДУКТАЗЫ В ОРГАНАХ РЕДЬКИ
МАСЛИЧНОЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Монография
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР № 070444 от 11.03.98 г.
Подписано в печать 08.11.2013 г.
Тираж 500 экз.
Издательство Иркутской государственной
сельскохозяйственной академии
664038, Иркутская обл., Иркутский р-н,
пос. Молодежный
120
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа