АГРОХИМИЯ, 2013, № 11, с. 69-77
УДК 631.82:631.432.2:633.34:631.445.4
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ГИДРОЛАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ В КОРНЯХ РАСТЕНИЙ СОИ ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ ВЛАЖНОСТИ ЧЕРНОЗЕМА
КАРБОНАТНОГО
© 2013 г. Е.Е. Емнова, С.И. Тома, О.В. Дарабан, Я.В. Бызган, А.Б. Будак
Институт генетики и физиологии растений АНМ МД-2002 Кишинэу, ул. Пэдурий, 20, Республика Молдова E-mail: kateemnova@mail.ru
Поступила в редакцию 31.05.2013 г.
В вегетационном опыте возделывали 2 сорта сои (Glycine max L.) на черноземе карбонатном с применением минеральных удобрений (N50P100, мг/кг сухой почвы). Моделировали условия оптимального (70% ПВ) и недостаточного (35% ПВ) увлажнения почвы. Изучали активность уреа-зы, протеазы и фосфатаз (кислой, щелочной) в корнях. Активность корневой уреазы возрастала, а протеазы и фосфатаз снижалась при внесении минеральных удобрений по сравнению с выращиванием сои на неудобренной почве. Установлено статистически значимое увеличение (р < 0.001) уреазной активности в корнях сои при недостаточном увлажнении почвы. Активность протеазы слабо реагировала на условия культивирования. В корнях доминировала активность кислой фос-фатазы, которая достоверно возрастала при дефиците почвенной влаги.
Ключевые слова: минеральные удобрения, активность гидролаз, корни, соя, влажность почвы, чернозем карбонатный.
ВВЕДЕНИЕ
Соя - одно из ценнейших растений, получившее широкое распространение на всех континентах земного шара [1]. Ведется интенсивная селекционная работа по выведению новых высокопродуктивных сортов [2-4], что требует оптимизации их минерального питания и, следовательно, корректировки приемов возделывания. Кроме того, глобальное изменение климата планеты диктует необходимость учета периодически возникающих аномальных условий увлажнения почвы в период вегетации растений в зонах умеренно континентального климата.
Одним из достоинств сои является способность к симбиотическим взаимоотношениям с клубеньковыми бактериями (Bradyrhizobium ]'аротсит), способствующими обеспечению ростовых процессов азотом на 30-60% путем фиксации атмосферного азота [5]. Однако в условиях почвенной засухи активность азотфиксирующих бактерий значительно снижается [6, 7]. Даже при достаточной влажности почвы в начале вегетационного периода проростки сои нуждаются в "стартовых" количествах почвенного минерального азота
до момента инфицирования корней активными штаммами ризобий и начала фиксации атмосферного азота (как правило, через 3-4 нед после посева) [5, 8]. Эффективное применение минеральных азотных удобрений при возделывании сои требует понимания и учета биохимических процессов минерализации органического вещества в корнеобитаемой зоне.
Процессы минерализации органических соединений азота и фосфора в почве происходят с участием экзоферментов-гидролаз, синтезированных почвенными микроорганизмами и сорбированных на почвенном матриксе. Результаты исследования [9] ферментативной активности чернозема карбонатного под двумя сортами сои (Аура и Кла-вера), культивируемыми в условиях модельного вегетационного опыта, показали более высокий ее уровень по сравнению с контрольной почвой без растений. В большинстве случаев гидролаз-ная активность в ризосфере сои сорта Аура была выше по сравнению с активностью гидролаз в ризосфере сои сорта Клавера. Внесение нитратного азота приводило к увеличению уреазной активности чернозема карбонатного как без растений сои, так и при ее выращивании. При недостатке
увлажнения почвы (после 17 сут водного стресса) в фазе цветения сои уреазная активность статистически значимо возрастала. В то же время про-теазная активность в ризосфере обоих сортов сои практически не менялась при изменении условий культивирования. В ризосферной почве под соей доминировала активность щелочной фосфата-зы (рН 10.2) [9]. Активности кислой фосфатазы (рН 5.0) и фосфатаз при рН 7.93 чернозема карбонатного были немного меньше (соответственно в 1.7-1.9 и 1.2-1.4 раза). Фосфатазная активность в ризосфере сои снижались при внесении минеральных форм азота и фосфора. При недостатке увлажнения почвы в фазе цветения растений сои фосфатазная активность в ризосфере также снижались в сравнении с контролем. Таким образом, были выявлены некоторые тенденции изменения почвенных биохимических процессов в ризосфере сои при внесении стартовых доз нитратного азота и возникновении дефицита почвенной влаги [9].
Гидролазы, присутствующие в корневых выделениях растений, также могут усиливать минера-лизационные процессы в ризосфере. Успешное взаимовыгодное взаимодействие корней растений с ризосферными бактериями предполагает согласование их ферментативной активности для обеспечения потоков необходимых питательных веществ. Фундаментальные основы подобной координации остаются не исследованными в полной мере.
Цель работы - изучение активности гидролитических ферментов - уреазы, протеазы и фосфатаз в корнях растений сои в зависимости от влажности чернозема карбонатного и содержания в почве подвижных форм азота и фосфора.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Вегетационный опыт проводили в пластиковых сосудах, вмещающих 5 кг абсолютно сухой почвы. Использовали чернозем карбонатный (содержание гумуса - 1.85%, рН^О 7.93) из стационара Института генетики и физиологии растений АН Молдовы (Кишинев). В опыте выращивали 2 сорта сои (Glycine max L.) на 2-х фонах: без минеральных удобрений (контроль) и с внесением N50P100. Удобрения вносили равномерно в массу почвы каждого сосуда за 3 сут до посева: азот в форме Ca(NO3)2, фосфор в виде KH2PO4. Посев проведен 11 мая 2011 г., повторность опыта четырехкратная. Семена 2-х сортов сои региональной селекции, Аура [4] и Клавера [3], были обработаны за 1 ч до посева суспензией клубеньковых бактерий Вradyrhizobium japonicum штамм 646 из расчета
107 клеток/г сухих семян. Условия оптимального -70% полной влагоемкости (ПВ) и недостаточного - 35%ПВ увлажнения почвы создавали поливом в течение 17 сут после достижения фазы цветения растений сои (7 нед от даты посева).
Активности уреазы (Уре, КФ 3.5.1.16), протеазы (Про, КФ 3.5.1.16) и фосфатаз (Фтк - кислая, КФ 3.1.3.2; Фтщ - щелочная, КФ 3.1.3.1) в корнях сои определяли спектрометрическими методами. Корни (1 г, тонкие боковые) растирали на льду в фарфоровой ступке с измельченным стеклом в охлажденном (4оС) буферном растворе, соответствующем определяемому ферменту [10-12]. Активности Уре и Про измеряли с использованием соответственно реактива Несслера [10, 11] и Фолина-Чиокалтеу [10, 12]. Активности Фтк, Фтщ определяли в присутствии буферных растворов, соответственно ацетатного (pH 5.2) и моноэта-нол-аминного (pH 8.75) с использованием двунат-риевой соли п-нитрофенил-фосфата (pNP-Na2) в качестве субстрата [13]. Активность общей фосфатазы (Фтобщ) определяли при естественном рН водного экстракта из корней сои.
Состояние и активность микробного сообщества ризосферы сои оценивали по величинам микробного и метаболического коэффициентов [14]. Микробный коэффициент (Смикр : Сорг) рассчитан по соотношению количества микробного (Смикр) [15] и общего органического углерода почвы (Сорг) [16]. Метаболический коэффициент (qCO2) рассчитан в виде отношения величины "микробного" дыхания (C-CO2) [17], т. е. количества углерода, выделяемого из почвы в виде СО2, к углероду микробной биомассы Смикр. Агрохимические показатели оценивали общепринятыми методами [16, 18].
Обработку данных осуществляли с помощью программ Microsoft Excel Windows XP (Microsoft Office) и STATISTICA 7.0. Средние величины (n = 4) изученных показателей оценивали с использованием стандартного отклонения (о), достоверность различий между средними - попарным сравнением с использованием ¿-критерия Стьюдента. Достоверность влияния изученных факторов на исследованные показатели проверяли на основе дисперсионного анализа (three way ANOVA) по критерию Фишера.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание подвижных форм азота и фосфора в черноземе карбонатном - ризосфере двух сортов сои. Исходная почва до внесения удобрений и посева сои характеризовалась весьма
Таблица 1. Содержание подвижных форм азота и фосфора в черноземе карбонатном - ризосфере 2-х сортов сои
Вариант Влажность почвы, % ПВ n-nh4 мг N/ (средние N-NO3 100 г абсолютно сухой ± стандартное отклонеь P2O5 почвы ше, n = 4)
Исходная почва 1.2±0.02 0.033±0.002 0.7±0.0
Контроль - почва Удобренная почва N50P100
без растений 70 3.4±0.1 1.03±0.07 8.5 ± 0.3
35 2.5±0.1*** 0.83±0.07*** 8.4±0.8
Контроль без удобрений
70 3.1±0.2 0.030±0.02 1.1±0.2
35 3.9±0.2*** 0.024±0.08 0.9±0.1**
Сорт Аура Удобренная почва N50P100
70 2.5±0.2 0.019±0.002 6.3±0.8
35 2.2±0.1** 0.037±0.013** 8.7±0.9***
Контроль без удобрений
70 2.8±0.2 0.035±0.016 0.8±0.1
35 2.6±0.1* 0.025±0.006 0.7±0.1
Сорт Клавера Удобренная почва N50P100
70 2.8±0.1 0.023±0.007 6.8±0.7
35 2.2±0.2*** 0.045±0.013** 8.8±0.4***
Контроль без удобрений
70 3.0±0.1 0.015±0.008 0.8±0.2
35 2.7±0.2** 0.060±0.094 0.8±0.0
Достоверность влияния 3-х изученных факторов на агрохимические показатели ризосферной почвы под соей (дисперсионный анализ ANOVA)
Факторы F Р F Р F Р
Влажность почвы 34.4 <0.001 4.8 0.037 28.3 <0.001
Удобрения 39.6 <0.001 0.1 0.73 1156 <0.001
Сорт растения 7.1 0.013 0.6 0.44 0.5 0.48
Примечания. 1. F - критерий Фишера - частное от деления величин межгрупповой (факторной) на внутригрупповую (ошибки) изменчивости измеряемых показателей. 2. p - вероятность ошибки в тесте на статистическую значимость влияния фактора: *(р < 0.05), **(р < 0.01), ***(р < 0.001). 3. Оценка статистической значимости различия средних величин изученных показателей при 35% ПВ versus 70% ПВ по /-критерию Стьюдента. То же в табл. 2, 3, на рисунке.
низким содержанием подвижного фосфора и нитратного азота (табл 1). Содержание аммонийного азота превосходило массовую долю нитратной формы. После начала опыта к календарному сроку достижения фазы цветения растений (7 нед от даты посева) в условиях оптимального увлажнения в контрольной почве без растений отмечены увеличение в 3 раза аммонийной формы N (активация проце
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.