CC BY
22
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ
УДК 633.11 «321» + 631.84
Влияние азотных подкормок на активность глутаминсинтетазы, содержание аммиака в растениях, урожайность и качество зерна яровой пшеницы
Галина Ивановна Пашкова, кандидат с.-х. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола, Россия
E-mail: [email protected]
Проведено изучение влияния азотных подкормок на активность глутаминсинтетазы (ГС), содержание аммиака в растениях, урожайность и качество зерна яровой пшеницы. Выявлено, что дробное применение азотного удобрения по сравнению с разовым внесением до посева способствует активации фермента ГС. Прибавка урожайности зерна при этом составила 60-210 кг/га в зависимости от варианта. Азотные подкормки в фазы трубкование и цветение улучшают качество зерна яровой пшеницы: содержание белка в зерне увеличилось на 3,4% по сравнению с контролем и на 1,6% - разовым предпосевным внесением, сырой клейковины - на 10,6 и 6,0% соответственно.
Ключевые слова: яровая пшеница, азотные подкормки, фермент глутаминсинтетаза, урожайность, аммиак, белок, клейковина
Яровая пшеница является одной из основных культур, используемых в хлебопечении. При возделывании продовольственной пшеницы важно получение не просто высокого урожая, но и зерна хорошего качества. Учитывая, что в условиях Республики Марий Эл урожайность яровой пшеницы остается невысокой, а качество получаемого зерна не позволяет использовать его в хлебопечении, то перед растениеводами стоит задача совершенствования технологии возделывания культуры.
Эффективность минеральных удобрений при возделывании яровой пшеницы неоспорима. Балансовый метод расчета доз внесения удобрений позволяет планировать определенный уровень урожайности сельскохозяйственных культур. Если фосфорные и калийные удобрения, внесенные в почву перед посевом, могут усваиваться яровой пшеницей в течение вегетации, то азотные удобрения, как правило, дают эффект сразу после применения.
Зерновые культуры нуждаются в азотном питании с раннего периода развития растений. Эта потребность обусловлена необходимостью формирования хорошо развитого ассимилирующего аппарата. Однако в ранние фазы дозы азота должны быть умеренными [1, 2].
Возникает другой вопрос: как правильно определить сроки и дозы внесения
азотного удобрения? Решение данной проблемы можно найти и в изучении активности ферментов. Одним из основных ферментов ассимиляции азота является глутамин-синтетаза (ГС), катализирующая реакцию синтеза глутамина из глутаминовой кислоты и аммиака [3].
Цель исследований - изучить изменение активности фермента глутаминсинтета-за, формирование урожайности и качества зерна яровой пшеницы в зависимости от доз и сроков азотных подкормок в условиях восточной части Волго-Вятской зоны.
Материал и методы. Исследования проведены в 1998-1999 гг. на опытном поле Марийского государственного университета. Почва опытного участка дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая, содержание гумуса составило 1,8%, подвижных форм фосфора и обменного калия - среднее и высокое, кислотность почвы (рН) - 6,0. Предшественник - озимая рожь. Для проведения исследований использовали яровую пшеницу сорта Приокская. Нормы внесения минеральных удобрений рассчитывали балансовым методом для обеспечения 3 т/га зерна яровой пшеницы, которые составили: азота - 88,7, фосфора - 13,5 и калия - 20,4 кг д.в./га. Фосфорные и калийные удобрения вносили под предпосевную культивацию, а азотные - согласно схеме опыта:
1. Контроль (без удобрений).
2. №К перед посевом.
3. РК + 1/3М перед посевом + в фазу кущения.
4. РК + 1/3М перед посевом + 1/3М в фазу кущения + 1/3М в фазу колошения.
5. РК + 1/3М перед посевом + 1/3М в фазу трубкования + 1/3М в фазу цветения.
Активность фермента глутаминсинте-таза определяли в зеленых листьях яровой пшеницы в лабораторных условиях. Отобранные образцы замораживали, затем растирали на холоде с кварцевым песком (1:1). После чего гомогенат экстрагировали в течение 1 часа 0,05 М трис-НС1, буфером рН -7,4 в присутствии добавок, стабилизирующих активность фермента. Центрифугировали при 3 тыс. об./мин. в течение 25 мин.
В надосадочной жидкости определяли содержание аммиака микродиффузным методом [4, 5]. В отдиализованном экстракте выявляли количество белка по Лоури и активность фермента ГС трансферазным методом. За единицу активности ГС принимали количество фермента, которое катализирует образование 1 мкмоль - у- ГГК за 15 мин.
Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что в листьях пшеницы в фазу кущения наблюдалась наименьшая активность фермента ГС при высоком содержании аммиака (табл. 1). При этом его количество в растительной ткани было в два и более раза выше, чем в последующие фазы. Возможно, высокое содержание аммиака отрицательно повлияло на синтез фермента.
Таблица 1
Активность ГС и содержание аммиака в листьях яровой пшеницы в зависимости от азотных подкормок
Показатели Фенологическая фаза Вариант
контроль ЫРК перед посевом PK + 1Ш перед посевом + 2/3N в фазу кущения PK + 1/3N перед посевом +1/3N в фазу кущения + 1/3N в фазу колошения PK + перед посевом +1/3N в фазу трубкования + 1/3N в фазу цветения
Активность ГС, ед./мг белка Кущение 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1
Трубкование 0,2 0,4 0,5 0,8 0,2
Колошение 1,8 2,0 2,3 2,0 2,7
Цветение 2,7 3,7 4,2 3,9 3,4
В среднем за период кущение -цветение 1,2 1,5 1,8 1,7 1,6
Содержание МН3, мг/г сырой массы Кущение 73,0 93,0 86,0 86,0 86,0
Трубкование 49,0 54,0 46,0 42,0 37,0
Колошение 27,0 63,0 57,0 24,5 41,0
Цветение 26,0 21,0 25,0 38,0 38,0
В среднем за период кущение-цветение 43,8 57,8 53,5 47,6 50,5
г -0,86 -0,84 -0,78 -0,63 -0,56
В дальнейшем наблюдалось повышение активности ГС на фоне снижения и стабилизации содержания аммиака в листьях пшеницы. Следует отметить, что наибольшая активность фермента была в фазу коло-
шения. В этот период у яровой пшеницы выявлена повышенная способность к ассимиляции аммиака. Следовательно, в фазу колошения целесообразно вносить азотные удобрения.
Результаты наших опытов показывают, что повышенные дозы азотных удобрений не способствовали повышению активности ГС. Так, внесение 2/3 расчетной нормы азота в фазу кущения несколько подавляло активность фермента - 0,5 ед./мг белка, а 1/3 азота -увеличивало активность ГС до 0,8 ед./мг белка. В фазу колошения уровень активности ГС резко возрос и составил в этих вариантах 2,3 и
2,0 ед./мг белка соответственно. При этом поздние азотные подкормки яровой пшеницы повышали активность фермента ГС.
Формированию более высокого урожая зерна яровой пшеницы способствовало внесение минеральных удобрений перед посевом в сочетании с азотной подкормкой на ранней фазе роста и развития растений (табл. 2).
Таблица 2
Урожайность яровой пшеницы в зависимости от сроков и доз азотных подкормок, т/га
Вариант 1998 г. 1999 г. Среднее Прибавка к контролю
1. Контроль 1,16 1,00 1,08 -
2. №К перед посевом 2,38 1,79 2,09 +1,01
3. РК + 1/3К перед посевом + 2/3N в фазу кущения 2,86 1,94 2,40 +1,32
4. РК + 1/3К перед посевом + 1/3К в фазу кущения + 1/3К в фазу колошения 2,54 1,92 2,23 +1,15
5. РК + 1/3К перед посевом + 1/3К в фазу трубко-вания + 1/3К в фазу цветения 2,43 1,87 2,15 +1,07
НСР05 0,04 0,02 0,08
Максимальная урожайность получена при внесении 1/3 расчетной нормы азота перед посевом в сочетании с подкормкой в дозе 2/3 нормы в фазу кущения и применении фосфорно-калийных удобрений. Прибавка зерна при этом по сравнению с контролем составила 1,32 т/га.
Минеральные удобрения существенно повысили качество зерна яровой пше-
ницы (табл. 3). Так, в зависимости от варианта содержание белка увеличилось на 1,4-3,4%, сырой клейковины - 4,6-10,6%; натура зерна составила 726-732 г/л, а масса 1000 зерен - 26,2-27,4 г. Более эффективным была фолиарная обработка посевов яровой пшеницы азотным удобрением в фазы трубкование и цветение.
Таблица 3
Качество зерна яровой пшеницы в зависимости от сроков и доз азотных подкормок
Вариант Содержание белка, % Стекловид- ность, % Содержание сырой клейковины, % Группа качества клейковины Натура, г/л Масса 1000 зерен, г
1 11,0 48,3 21,0 I 720 24,5
2 12,8 50,5 25,6 I 732 26,2
3 12,4 47,5 25,9 I 726 26,6
4 12,8 53,0 29,8 I 726 27,4
5 14,4 50,0 31,6 I 728 27,1
НСР05 0,7 2,1 1,2 3,7 1,4
Выводы. Результаты проведенных исследований позволяют заключить, что при возделывании яровой пшеницы дробное внесение азотного удобрения на фоне полного фосфорно-калийного питания способствует активизации в растениях фермента ГС. Наибольшая активность ГС в листьях наблюдалась в фазе цветения. Следует отметить, что азотные подкормки в дозе 2/3 расчетной нормы в фазе кущения повысили урожайность зерна на 1,32 т/га по сравнению с контролем и на 0,31 т/га - с вариантом, где вносили полную норму азота перед посевом.
На улучшение технологических свойств зерна яровой пшеницы повлияли азотные подкормки в дозе 1/3 расчетной нормы в фазы трубкование и цветение. По сравнению с контрольным вариантом
увеличение содержания белка составило 3,4%, сырой клейковины -10,6% и массы 1000 зерен - 2,6 г.
Список литературы
1. Коданев И.М. Повышение качества зерна. М.: Колос, 1976. С. 23-37.
2. Кореньков Д. А. Минеральные удобрения при интенсивных технологиях. М.: Рос-агропромиздат, 1990. 192 с.
3. Кретович В.Л. Усвоение и метаболизм азота у растений. М.: Наука, 1987. 486 с.
4. Евстигнеева З.Г., Громыко Е.А., Асеева К.Б. Определение активности глута-минсинтетазы //Биохимические методы. М.: Наука, 1980. С. 84-86.
5. Львов А.П. Микродиффузионный метод определения аммиака // Методы современной биохимии. М., 1975. С. 58-61.
The effect of nitrogen fertilizing on the activity of glutamine synthetase, the ammonia content in plants, yield and the quality of gains of spring wheat
Paschkova G.
The studying on influence of nitrogen fertilizing on the activity of glutamine synthetase (GS), content of ammonia in plants and grain quality of spring wheat is lead. It is revealed that fractional application of nitrogen fertilizer in comparison with single entering before planting promotes activation of the enzyme GS. The increase of productivity of grain thus has made 60-210 kg/hectares depending on a variant. Nitrogen top dressing at booting and flowering phases improve the quality of gains of spring wheat: protein content in grain has increased by 3,4% in comparison with the control and over 1,6% - with single pre-seeding entering, crude gluten - by 10,6 and 6,0% respectively.
Key words: spring wheat, nitrogen top dressings, enzyme glutamine synthetase, yield, ammonia, protein, gluten
