Недостаток азота (N) и железа (Fe) широко распространен во многих сельскохозяйственных регионах мира. Низким содержанием биологически доступных форм азота характеризуется большинство наземных экосистем. Дефицит железа у растений встречается преимущественно в регионах распространения карбонатных почв, занимающих около 30 % поверхности суши [1]. Визуальные симптомы дефицита этих химических элементов у растений схожи: проявляются в виде пожелтения листьев – хлороза. В настоящее время существуют экспресс-методы определения недостатка азота по концентрации хлорофилла с помощью промышленно выпускаемых N-тестеров, например Yara N-Tester, SPAD 502 Plus и др. Однако при дефиците железа, а также при совместном недостатке железа и азота такие методы могут приводить к ошибкам в диагностике минерального статуса растений. Существует мнение, что метод импульсной флуориметрии хлорофилла перспективен в оценке физиологического состояния растений. Однако опубликованные результаты по его применению в диагностических целях неоднозначны [2, 3].
Цель настоящей работы – оценить применимость метода импульсной флуориметрии хлорофилла для диагностики обеспеченности растений железом и азотом. Объект исследований – растения огурца (Cucumis sativus L.) сорта Феникс. Растения выращивали в условиях гидропоники на полном питательном растворе (ППР) [4]. Условия дефицита железа создавали исключением источника железа (Fe-ЭДТА) из состава питательного раствора, условия дефицита азота – разбавлением исходного ППР в десять раз. Параметры флуоресценции измеряли с помощью переносного импульсного флуориметра PAM-2500 (Heinz Walz Gmbh, Германия) после 20 минутной адаптации растений к темноте на 3, 5 и 7 сутки после создания условий дефицита изучаемых элементов. Концентрацию железа определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра «МГА-915» (Люмэкс, Россия), азота – с помощью CHN-анализатора «CHN628» (Leco, США).
Дефицит азота уменьшал сухую биомассу листьев, а одновременный дефицит азота и железа – биомассу листьев и корней растений огурца. Дефицит железа в большей степени, чем дефицит азота, а также одновременный дефицит этих элементов, ингибировал синтез хлорофилла в листьях растений. Перечисленные фенотипические изменения, индуцированные недостатком железа и азота, сопровождались существенными нарушениями в транспорте этих элементов из корней в по-беги растений. Нами идентифицированы параметры флуоресценции хлорофилла, перспективные для ранней диагностики обеспеченности растений железом: максимальная скорость электронного транспорта (ETRmax), параметры максимального (Fv/Fm) и эффективного [Y(II)] квантовых выходов фотосистемы II. Уменьшение значений этих пара-метров регистрировали уже на третьи сутки после исключения железа из состава питательного раствора, когда визуальные симптомы этого заболевания отсутствовали. В условиях недостатка азота, напротив, значения параметров флуоресценции (Fv/Fm, Y(II)) оставались неизменными или незначительно возрастали (ETRmax, qP). При одновременном дефиците азота и железа значения ETRmax также уменьшались, но в меньшей степени, чем при дефиците железа.
Литература
1. Vose P.B. Iron nutrition in plants – a world overview // Journal of plant nutrition 1982, Vol. 5, 233–249
2. Kalaji H.M., Oukarroum A., Alexandrov V., Kouzmanova M., Brestic M., Zivcak M., Samborska I., Cetner M., Allakhverdiev I., Goltsev V. Identification of nutrient deficiency in maize and tomato plants by in vivo chlorophyll a fluorescence measurements // Plant Physiol Biochem 2014, Vol. 81, 16–25.
3. Гольцев В.Н., Каладжи Х.М., Пауновa М., Баба В., Хорачек Т., Мойски Я., Коцел Х., Аллахвердиев С.И. Использование переменной флуоресценции хлорофилла для оценки физиологического состояния фотосинтетического аппарата // Физиология растений. 2016, № 6, 881–907.
4. Pavlović, J., Samardzic, J., Masimović, V., Timotijević, G., Ste-vić, N., Laursen, K.H., Hansen, T.H., Husted, S., Schjoerring, J.K., Liang, Y., Nikolić, M. Silicon alleviates iron deficiency in cucumber by promoting mo-bilization of iron in the root apoplast // New Phytol. 2013, Vol. 198, 1096–1107.
Исследования проведены с использованием оборудования ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» научного парка СПбГУ.
