Дослідження поглинання іонів К і Са2 , розподілу в компартментах клітин коренів рослин, транспорту їх в надземні органи у зв’язку з такими показниками, як активність Н -екструзії, транспірація, фотосинтез, дихання, опір продихів і мезофілу дифузії СО2.
Аннотация к работе
УМАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТАвтореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук Інституті фізіології рослин і генетики НАН України Науковий керівник: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, провідний науковий співробітник відділу живлення. З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Уманського державного аграрного університету за адресою: вул.Під колообігом розуміється циркуляція із зовнішнього середовища (поглинання) елементів живлення, розподіл, засвоєння і виділення їх в процесі життєдіяльності рослиною. На сьогодні колообіг елементів в рослині вивчається на різних рівнях, а саме на рівні мембрани, клітини, органа, організма та в системі «середовище-рослина». Дослідження колообігу К і Са2 на клітинному рівні за допомогою методу петч-кламп відірвані від вивчення їх колообігу на рівні органів, цілого організму та системи «середовище-рослина», що проводяться за допомогою фізіологічних методів досліджень. Метою дослідження було вивчення поглинання К і Са2 коренями у звязку з фериціанідвідновлювальною і ацидофікуючою активністю клітин коренів, надходженням їх до апопласту і запасного пулу, транспортом і розподілом в надземних органах, ефективністю їх використання рослинами озимої пшениці. Методи дослідження - застосовувались загальнонаукові методи експерименту, аналізу і синтезу, метод гіпотез та спеціальні, серед яких: фізіологічний - визначення поглинання і транспорту К і Са2 та інших іонів з ксилемним соком в надземні органи; хімічний - визначення елементного складу рослин і ґрунту, вміст білка; біохімічний - визначення вмісту пігментів у листках, фериціанідвідновлювальної і ацидофікуючої активності клітин коренів; польовий - вивчення взаємодії предмету дослідження з абіотичними факторами (різними дозами внесення кальцію, калію і азоту) в умовах досліджуваної зони; підрахунково-ваговий - встановлення показників елементів структури урожаю і визначення врожайності зерна; фізичний - оцінка якості зерна (натурна маса, скловидність, маса 1000 зерен, вміст клейковини); розрахунково-порівняльний - оцінка економічної і біоенергетичної ефективності; методи математичної статистики.Поглинання і розподіл калію і кальцію в рослинах вивчали на сорті озимої пшениці (Triticum aestivum L.) Ятрань 60. Дослідження впливу дефіциту і надлишку К і Са2 на поглинання іонів К і Са2 коренями рослин визначалося за різницею між їх початковим і кінцевим вмістом в поживному розчині при його заміні, що проводилася через 7 діб. Озиму пшеницю вирощували по зальноприйнятій інтенсивній технології з використанням засобів захисту рослин від бурянів, хвороб і шкідників на фоні N90P90K90Ca800 без внесення і підвищення в 1,5-2 рази норми кожного елемента окремо. Встановлено (рис.1), що за дефіциту та подвійної дози К і Са2 в ПС спостерігалося пригнічення ацидофікуючої активності клітин коренів озимої пшениці. Дослідження показали, що середня швидкість поглинання К контрольними рослинами озимої пшениці, які вирощувалися на 0,5 н ПС Х-А становила 23,7 нг/рослину за хв.В дисертаційній роботі викладено теоретичні і практичні результати щодо особливостей поглинання іонів К і Са2 , розподілу в компартментах клітин коренів, транспорту їх в надземні органи, які призводять до суттєвих змін морфогенезу і основних фізіологічних процесів - фотосинтезу, дихання, транспірації, що істотно впливає на продуктивність озимої пшениці. Антагоністична взаємодія між поглинанням катіонів К і Са2 призводить до їх перерозподілу в клітинних компартментах коренів і органах рослин : дефіцит кальцію в поживному середовищі викликає накопичення калію в апопласті, вакуолях, надземних і підземних органах рослини, а надлишок Са2 знижує вміст калію в апопласті в 5,5 раз, а в листках і коренях на 16,7 і 18,9 %; Різке пригнічення ацидофікуючої активності, поглинання і надходження калію до апопласту і вакуолі коренів за його дефіциту в поживному середовищі призводить до зростання опору продихів газообміну СО2 і зниження інтенсивності транспірації та транспорту кальцію в надземні органи з ксилемним соком. Пригнічення поглинання Са2 за його нестачі в поживному середовищі призводить до зростання надходження К в апопласт, вакуоль коренів та в надземні органи з ксилемним соком, зменшення співвідношення Са:К при їх поглинанні. Зростання інтенсивності поглинання та транспорту К в надземні органи за подвійної його дози в поживному середовищі супроводжується пригніченням поглинання і надходженням Са2 іонів до апопласту коренів та транспорту в надземні органи рослини при збільшенні запасного його пулу у вакуолі коренів.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
В дисертаційній роботі викладено теоретичні і практичні результати щодо особливостей поглинання іонів К і Са2 , розподілу в компартментах клітин коренів, транспорту їх в надземні органи, які призводять до суттєвих змін морфогенезу і основних фізіологічних процесів - фотосинтезу, дихання, транспірації, що істотно впливає на продуктивність озимої пшениці.
1. Дефіцит і надлишок К та Са2 в поживному середовищі протилежно діє на ацидофікуючу і фериціанідвідновлювальну активність клітин коренів. Показано, що пригнічення ацидофікуючої активності клітин коренів при порушенні умов живлення супроводжується зростанням активності редокс-системи.
2. Антагоністична взаємодія між поглинанням катіонів К і Са2 призводить до їх перерозподілу в клітинних компартментах коренів і органах рослин : дефіцит кальцію в поживному середовищі викликає накопичення калію в апопласті, вакуолях, надземних і підземних органах рослини, а надлишок Са2 знижує вміст калію в апопласті в 5,5 раз, а в листках і коренях на 16,7 і 18,9 %;
3. Різке пригнічення ацидофікуючої активності, поглинання і надходження калію до апопласту і вакуолі коренів за його дефіциту в поживному середовищі призводить до зростання опору продихів газообміну СО2 і зниження інтенсивності транспірації та транспорту кальцію в надземні органи з ксилемним соком.
4. Пригнічення поглинання Са2 за його нестачі в поживному середовищі призводить до зростання надходження К в апопласт, вакуоль коренів та в надземні органи з ксилемним соком, зменшення співвідношення Са:К при їх поглинанні.
5. Зростання інтенсивності поглинання та транспорту К в надземні органи за подвійної його дози в поживному середовищі супроводжується пригніченням поглинання і надходженням Са2 іонів до апопласту коренів та транспорту в надземні органи рослини при збільшенні запасного його пулу у вакуолі коренів.
6. Порушення умов калійного і кальцієвого живлення призводить до пригнічення вуглекислотного газообміну листків озимої пшениці. Встановлено, що як за дефіциту так і надлишку К і Са2 в поживному середовищі відбувається суттєве зменшення грос-фотосинтезу (6,4-22,1%), видимого фотосинтезу (2,2-17,4%), фото- і темнового дихання (21,6-39,2%) листків озимої пшениці.
7. Дефіцит калію і кальцію в поживному середовищі суттєво знижує співвідношення між активаторами росту (індолілоцтовою кислотою, зеатином і зеатинрибозидом) та його інгібітором (абсцизовою кислотою). Виявлено, що за дефіциту калію різке зростання в листках вмісту абсцизової кислоти і зеатину при відсутній зміні вмісту ІОК і зеатинрибозиду супроводжується значним пригніченням наростання маси органів озимої пшениці. За дефіциту кальцію в середовищі збільшення вмісту абсцизової кислоти в листках супроводжується зменшенням майже в 3 рази вмісту ІОК.
8. Встановлено, що на фонах N90Р90К90 і N180Р90К90 за додаткового внесення кальцію урожай зерна зростає на 5,6 і 5,4 ц/га, при цьому вміст в зерні білка збільшується, відповідно, до 15,2 і 15,7 % і клейковини до 31,3 і 32,3 %.
9. За умов додаткового внесення кальцію на фонах N90Р90К90, N180Р90К90 висока економічна і біоенергетична ефективність супроводжується покращенням агрохімічних властивостей ґрунту: збільшенням РН до 6,4, загального вмісту азоту, фосфору, калію на 38, 15, 40 % відповідно
РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ
З метою покращення агрохімічних властивостей ґрунту, підвищення урожайності і якості зерна при вирощуванні озимої пшениці в умовах Центрального Лісостепу України на сірих лісових ґрунтах доцільно вносити 1200 кг/га кальцію (3 т/га вапна) поряд з дозою NPK 90:90:90 кг/га діючої речовини, що забезпечує значний біоенергетичний і економічний ефект.
Список литературы
1. Ткачук К.С., Жукова Т.В., Богдан М.М., Кірізій Д.А. Поглинання К і Са2 та інтенсивність транспірації і фотосинтезу листків озимої пшениці // Наук. зап. Терноп. держ. пед. ун-ту ім. В. Гнатюка Серія: Біологія. - 2002. - № 3 (18). - С. 39 - 42
3. Ткачук К.С., Жукова Т.В., Богдан М.М. Специфічність реакції клітин коренів рослин озимої пшениці на дефіцит і надлишок калію та кальцію // Физиология и биохимия культ. раст. - 2003. - 35, № 3. - С. 248 - 251
4. Ткачук К.С., Жукова Т.В. Сучасний стан дослідження фізіологічної ролі і кругобігу К в системі середовище-рослина // Физиология и биохимия культ. раст. - 2005. - 37 № 6. - С. 474 - 485.
5. Жукова Т.В., Богдан М.М., Карлова А.Б., Ткачук К.С. Інтенсивність фотосинтезу листків озимої пшениці і цукрового буряка за різних умов живлення.- Приeмы повыш. урож. раст.: от продукти фотосинтеза к совр. биотехнологиям. Матер. междун. науч.-прак. конф. - Киев, НАУ. - 2003. - С. 7 - 10.
6. Ткачук К.С., Жукова Т.В., Богдан М.М.., Шубенко А.І. Вплив макро- і мікродобрив на врожайність і якість зерна за вирощування озимої пшениці на сірому лісовому ґрунті // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН (випуск 3). - К.: ЕКМО, 2005. - С. 22 - 27.
7. Tkachuk K.S., Kiriziy D.A., Zhukova T.V., Bohdan M.M. Calcium ion uptake and functional activity of winter wheat root and leaves at nutrient stress. - Plant under environmental stress. Intern. Symp.- Moscow, K.A.Timiryasev Institute of Plant Physiology. - 2001. - P. 300-301.
8. Tkachuk K.S., Zhukova T.V., Bohdan M.M., Kiriziy D.A. Photosynthetic activity of the leaves depends on both K , Ca2 correlation of uptake and localization in the plant root cells Abst. of Intern. Conf. “Photosynthesis and crop production”. - Kyiv, 2002. - P. 102.
9. Жукова Т.В. Поглинання К і Са2 та окисно-відновна активність клітин коренів озимої пшениці. - Сучасні напрямки у фізіології та генетиці рослин. Тези доп. VIII конф. мол. вчених. - Київ, 2002. - С. 18.
10. Ткачук К.С., Жукова Т.В. Гормональний статус і фотосинтетична активність листків озимої пшениці за дефіциту кальцію і калію в середовищі - Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти. Тези ІІ Міжнародної конференції. - Львів, 2004. - С. 282.
11. Жукова Т.В. Транспорт K і Ca2 з ксилемним соком в надземні органи. - Актуальні проблеми ботаніки та екології. Випуск 9. Матеріали конференції молодих вчених-ботаніків. - Канів, 2004. - С. 158-159.