Ферментативна активність і метаболічна регуляція асиміляції азоту в озимої пшениці за різних умов забезпечення поживними речовинами - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наукЗ використанням різних модельних систем зясовано, що активність та рівень експресії генів перелічених ферментів суттєво модулюється окремими амінокислотами (Masclaux-Daubresse C. et al., 2005, Fan X. et al., 2006, Fritz C. et al., 2006), цукрами та умовами освітленості рослин (Masclaux-Daubresse C. et al., 2005, Hanson J. et al., 2008, Jonassen E.M. et al., 2008). Метою було дослідити активність ферментів асиміляції азоту залежно від вмісту метаболітів азотного і вуглецевого обміну та фотосинтетичної активності у озимої пшениці в онтогенезі за різних умов забезпечення рослин поживними речовинами. Комплексний підхід до вивчення ферментативної активності асиміляції азоту у листках озимої пшениці дозволив вперше встановити, що за оптимальних умов забезпечення поживними речовинами та максимального збільшення маси зерна, вмісту у ньому білка і клейковини, активність нітратредуктази у листках цих рослин у процесі вегетації позитивно корелює із вмістом в них хлорофілу. За несприятливих умов забезпечення поживними речовинами (підвищена кислотність ґрунтового розчину, PHKCL 3,70-4,02 і низький або достатній вміст елементів живлення) активність нітратредуктази у листках рослин значною мірою залежить від вмісту у них нітратів та амонію. Одержані результати з вивчення спрямованості адаптивних реакцій та особливостей метаболічної регуляції ключових ферментів асиміляції азоту (нітратредуктаза, глутамінсинтетази, аспарагінсинтетази) рослин за різних умов забезпечення поживними речовинами можуть бути використані для розробки систем забезпечення рослин поживними речовинами і вдосконалення технологій меліорації ґрунтів з несприятливими хімічними характеристиками, зокрема з підвищеною кислотністю ґрунтового розчину і високим вмістом у ньому обмінного алюмінію, рухомих форм деяких важких металів і важкорозчинних фосфатів.Найбільший рівень нітратредуктазної активності у листках рослин спостерігався у варіанті 1 з оптимальними умовами забезпечення рослин поживними речовинами (рис. У варіантах 2 і 3, з несприятливими умовами забезпечення поживними речовинами, активність нітратредуктази у цій же фазі складала відповідно 46,7 і 39,2% від рівня її активності у варіанті 1. Результати кореляційного аналізу показали, що у рослин, які росли у варіанті 1, нітратредуктазна активність листків озимої пшениці в онтогенезі суттєво не залежить від вмісту у них нітратів і амонію (r =-0,06 --0,51, Р > 0,05), але позитивно корелює із сумарним вмістом хлорофілу (r = 0,70, P <0,1). У варіантах із несприятливими умовами забезпечення поживними речовинами активність нітратредуктази у листках пшениці в онтогенезі не залежить від сумарного вмісту хлорофілу в них, і значною мірою залежить від вмісту у них нітратів і амонію. Отже, динаміка активності цих ферментів у листках пшениці залежно від умов забезпечення рослин поживними речовинами має реципрокний характер, тобто зниження активності глутамінсинтетаз в листках пшениці за несприятливих умов забезпечення поживними речовинами супроводжується зростанням у них активності аспарагінсинтетаз.У дисертаційній роботі наведено нові дані про специфічність активності ферментів асиміляції нітратного і амонійного азоту (нітратредуктаза, глутамін-і аспарагінсинтетази) у листках озимої пшениці за різних умов забезпечення поживними речовинами. Показано залежність активності цих ферментів від вмісту в листках озимої пшениці нітратів, амонію, глутамату і аспартату та їх амідів, хлорофілу, цукрів а також від фотохімічної активності хлоропластів у весняно-літній період вегетації рослин за сприятливих і несприятливих умов забезпечення поживними речовинами. Активність нітратредуктази у листках озимої пшениці за оптимальних умов забезпечення поживними речовинами (достатній вміст елементів живлення, PHKCL ґрунтового розчину - 5,36), високої інтенсивності наростання вегетативної маси, урожаю зерна і вмісту в ньому білка та клейковини у 2-3 рази перевищує активність цього фермента у рослин за несприятливих умов вирощування (підвищена кислотність ґрунтового розчину, PHKCL 3,70-4,02 і низький, або достатній вміст елементів живлення). Активність нітратредуктази у листках озимої пшениці за оптимальних умов забезпечення поживними речовинами досягає максимальних значень (296,42 - 300,28 нмоль NO2-/год·г сирої речовини) у фазах трубкування і колосіння, а протягом завершальних етапів розвитку рослин - поступово знижується. За несприятливих умов забезпечення поживними речовинами найвищий рівень активності нітратредуктази в листках озимої пшениці (140,86 - 151,01 нмоль NO2-/год·г сирої речовини) виявлено на кінцевих фазах онтогенезу - цвітіння і молочної стиглості.