В основе продукционных процессов, ведущих к созданию урожая, лежит ассимиляция углекислого газа, образование органических веществ, т.е. фотосинтетическая деятельность растений (Ничипорович, 1982). Амарант относится к С4-растениям и обладает высокой интенсивностью фотосинтеза, которая обеспечивается функционированием С^цикла углекислого газа (Эдварде, Уокер, 1986), специфической дифференциацией хлоропластов в пространственно разобщенных клетках мезофилла и обкладки проводящих пучков (Сафронова и др., 1989) и почти полным отсутствием фотодыхания.

Оптимизация функционирования фотосинтетического процесса у овощного амаранта в нетипичных для него условиях Нечерноземья при помощи регуляторов роста - реальная возможность повысить продуктивность растений.

Из литературных данных известно, что рост и развитие растений находятся в прямой зависимости от интенсивности фотосинтеза. Поэтому в нашей работе мы определяли величину интенсивности фотосинтеза и чистой продуктивности фото

синтеза амаранта, изменяющиеся под влиянием регуляторов роста - аминокислот тирозина, фениаланина и пролина и 4-ГФЭ.

Величина интенсивности фотосинтеза тесно связана с величиной и продолжительностью работы листового аппарата. Урожайность растений зависит от массы надземной части, массы листьев, более высокой величины фотосинтетического потенциала. Учитывая, что процесс фотосинтеза является ведущим в формировании биомассы растений, то можно сказать, что у растений, увеличение биомассы которых было максимальным, процесс фотосинтеза был наиболее эффективным. Подтвердить это можно, определив, какие изменения происходят в процессе фотосинтеза у растений амаранта овощных сортов. Полученные результаты были занесены в таблицу 3.7 (рис. 3.10.).

Таблица 3.7.

Влияние тирозина, фениаланина, пролина и 4-ГФЭ на интенсивность фотосинтеза листьев амаранта

Варианты опыта Интенсивность фотосинтеза (мг/см2хч) % к контролю Сорт Дон Педро Контроль 0,61±0,3 100 Тирозин (10'5) 0,70±0,2 114,75 Фениаланин (10"6) 0,66±0,2 108,2 Пролин (10"5) 0,67±0,2 109,8 4-ГФЭ (10°) 1,40±0,5 229,5

Как видно из таблицы максимальное значение интенсивности фотосинтеза наблюдается при обработке растений 4-ГФЭ. У сорта Дон Педро - 229,5 % к контролю, у сорта Кизлярец - 217,3 % и у сорта Валентина - 205,7 %.

Сорт Кизлярец характеризуется более высокой интенсивностью фотосинтеза, чем красноокрашенные Валентина и Дон Педро. Это можно объяснить тем, что процесс фотосинтеза тесно связан с формированием биомассы. Красноокрашенные виды уступают зеленоокрашенному Кизлярцу по интенсивности ростовых процессов, так как фотосинтетические метаболиты расходуются и на биосинтез амарантина. Продуктивность растений, во многом определяемая интенсивностью фотосинтеза, находится в тесной связи с уровнем регуляторов роста и развития.

Величину продуктивности фотосинтеза можно увеличивать внесением экзогенных регуляторов. Применение ростостимулирующих веществ, таких как 4-ГФЭ и аминокислот тирозина, фенилаланина и пролина в сельском хозяйстве может дать хороший экономический эффект.

Кроме того, хорошим показателем роста и развития растений амаранта является величина чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), которая также была определена в нашей работе. ЧПФ тесно связана с величиной и продолжительность работы листового аппарата. Полученные данные свидетельствуют, что растения амаранта изучаемых сортов, обработанные растворами аминокислот и 4-ГФЭ отличаются большей высотой и биомассой, характеризуются большей урожайностью листьев и активностью фотосинтетического аппарата. Аналогичные закономерности были получены при изучении ЧПФ (табл. 3.8., рис. 3.10.1^

Таблица 3.8.

Влияние 4-ГФЭ и аминокислот на чистую продуктивность фотосинтеза растений амаранта

Варианты опыта Чистая продуктивность фотосинтеза ЧПФ г/м в сутки % к контролю Сорт Дон Педро Контроль 2,3±0,5 100 Тирозин (10"5) 2,8±0,2 121,7 Фениаланин (10*6) 3,1±0,1 134,8 Пролин (10"5) 3,4±0,2 147,8 4-ГФЭ (Ю"5) 3,6±0,6 156,5

Сорт Кизлярец Контроль 2,8±0,2 100 Тирозин (К)"5) 3,5±0,1 125,0 1 Фениаланин (10"6) 3,8±0,4 135,7 Пролин (10"5) 4Д±0,2 146,4 4-ГФЭ (10'5) 4,5±0,1 160,7 Сорт Валентина 1 Контроль 2,6±0Д 100 Тирозин (К)"5) 2,9±0,3 111,5 Фениаланин (10"6) 3,4±0,4 130,8 Пролин (10"5) 3,7±0,1 142,3 4-ГФЭ (10"5) 3,9±0,1 150,0

Под влиянием предпосевной обработки семян ЧПФ взрослых растений амаранта возрастала:

- у сорта Дон Педро под влиянием тирозина, фенилаланина, пролина и 4-ГФЭ ЧПФ возрастала на 21,7 %, 34,8 %, 47,8 % и 56,5 %, соответственно, по отношению к контролю;

- у сорта Кизлярец - на 25,0 %, 35,7 %, 46,4 % и 60,7 %, соответственно;

- сорта Валентина - на 11,5 %, 30,8 %, 42,3 % и 50 %, соответственно.

-

-

От содержания фотосинтетических пигментов - хлорофиллов - зависят эффективность функционирования фотосинтетического аппарата, фотосинтетическая и биологическая продуктивность растений. Фотосинтетическая продуктивность растений, в конечном счете, определяется эффективностью преобразования световой энергии в хлоропластах, скоростью образования фотосинтетических метаболитов и использованием их на ростовые процессы и биосинтез вторичных соединений.

В листьях амаранта в большом количестве накапливается вторичное соединение - амарантин. Это вещество алкалоидной природы с мало изученными функциями. Его предшественниками являются Д-глюкоза и L-тирозин - фотосинтетические метаболиты, которые используются и на ростовые процессы, и на биосинтез амарантина. Можно предположить, что эти конкурирующие процессы будут снижать ростовые показатели и массу растений амаранта. Активный синтез пигмента в процессе вегетации растения способен снижать биологическую продуктивность амаранта по биомассе.

Проведя серию экспериментов на растениях овощного амаранта, удалось установить влияние регуляторов роста - 4-ГФЭ и аминокислот тирозина, фениаланина и пролина - на концентрацию пигментов амаранта - хлорофиллов и амарантина - в надземной части растения. Данные представлены в таблицах 3.9., 3.10. и 3.11 (рис. 3.11-3.13).

Анализ таблицы 3.8. показывает следующее.

Наибольшее количество хлорофилла "а" и "Ь" содержит зеленоокрашен-ный сорт Кизлярец. Сильное стимулирующее действие из аминокислот в этом случае оказывает фенилаланин:

Таблица 3.9.

Влияние аминокислот и 4-ГФЭ на содержание хлорофилла в сухих листьях

амаранта

Показатели Варианты опыта Хлорофилл "а" (мг/г) % к контролю Хлорофилл "Ь" (мг/г) %к контролю Сорт Дон Педро Контроль 5,08 100 3,11 100 Тирозин (К)"5) 5,84 115,0 3,60 114,6 Фенилаланин (10"6)

Пролин (10"5) 6,58 129,5 3,87 124,4

Тирозин (10" ) 9,07 162,4 3,56 114,1 Фенилаланин (10"6) 9,12 164,0 3,61 115,7 Пролин (10 5) 9,07 162,4 3,42 102,8 4-ГФЭ (Ю-5) 11,21 201,6 3,94 126,8 Сорт Валентина Контроль 5,68 100 2,73 100 Тирозин (Ю"5) 6,19 108,9 3,01 110,25 Фенилаланин (10"6) 7,51 132,2 3,08 112,8 Пролин (10"5) 7,06 124,3 2,88 105,5 4-ГФЭ (10-5) 8,01 141,0 3,11 113,9

- содержание хлорофилла "а" увеличивается по отношению к контролю на

- содержание хлорофилла "b" увеличивается на 15,7 % по отношению к контролю.

У растений сорта Дон Педро аминокислоты оказали неоднозначное действие на содержание хлорофилла "а" в хлоропластах: фенилаланин также оказал самое сильное влияние - увеличил этот показатель на 29,5% по отношению к контролю. Содержание хлорофилла "Ь" увеличилось на 24,4 % к контролю.

При обработке сорта Валентина фениаланином, в листьях также наблюдается повышение содержания хлорофилла "а" на 32,2 % и повышение содержания хлорофилла "Ь" на 12,8 % по отношению к контролю.

Пролин также оказал стимулирующее действие на содержание хлорофиллов: под влиянием обработки раствором этой аминокислоты происходит увеличение содержания хлорофилла "а" в листьях овощных сортов амаранта в среднем на 34,8 % по отношению к контролю; хлорофилла "Ь" в среднем на 7,5 %.

Анализ полученных данных показал, что при обработке семян раствором 4-ГФЭ происходит значительное увеличение содержания хлорофиллов "а" и "Ь" по отношению к контролю в листьях растений амаранта овощных сортов: у сорта Дон Педро на 42,1 % и 57,9 % соответственно; у сорта Кизлярец на 101,6 % и 26,8 %; у сорта Валентина на 41 % и 13,9 %.

Многие исследователи относят 4-ГФЭ к цитокининовым регуляторам роста по направленности физиологического действия (Иванова, Кириллова, Смолыгина, Сердюк, Назарова, 2003). Показано, что цитокинины увеличивают количество хлоропластов и улучшают их структурность, а также увеличивают содержание хлорофилла за счет усиления биосинтеза и увеличения активности ферментов ответственных за синтез пигментов.

у. Ы

н о S

Ы

СО

о о

о о

га х

е

U

К К

i

га Н О

я

о

о.

vo о

U

PQ

I-i га

га

|

я

се

в

а.

о о

х

о

со о

Накопление амарантина зависит от интенсивности фотосинтетических процессов. Об этом свидетельствуют результаты, полученные при обработке семян растворами аминокислот и 4-ГФЭ. При этом обнаруживается повышение содержания амарантина в листьях сортов Валентина и Дон Педро (табл. 3.10., рис. 3.13.).

Таблица 3.10.

Влияние аминокислот на содержание амарантина в биомассе различных образцов овощного амаранта