Фотосинтез – процес засвоєння зеленими рослинами не тільки енергії і вуглекислого газу, але й в значній мірі такого важливого компоненту, як азот. У більшості випадків субстрактами живлення рослин азотом являються іони мінеральних солей (NO3, NH4). Соя, як бобова рослина, здатна засвоювати молекулярний азот (N2) з повітря за допомогою азотофіксуючих бактерій. Питання взаємозв'язку процесу фотосинтезу бобових рослин і фіксації атмосферного азоту бактріями в кореневих бульбочках давно являються предметом спеціальних досліджень. Засвоєння вуглецю і азоту вимагає участі енергії фотосинтетичного походження. Серед прямих продуктів фотосинтезу знаходяться як азотисті так і безазотисті сполуки, тому засвоєння цих елементів являється важливою основою живлення рослин, і звичайно, їх продуктивності (А.А. Ничипорович, 1971, Т.Ф. Андреева, 1982).

Тільки при нормальному співвідношенні цих процесів проходить оптимальний ріст і розвиток рослин, забезпечується їх висока продуктивність.

Аналіз мінеральних джерел показує, що не у всіх видів бобових рослин процес азотофіксації забезпечує достатньою кількістю азоту нормальний ріст і розвиток. Як відомо з попереднього розділу, багато дослідників рекомендують в посівах сої внесення "стартових" доз мінерального азоту. Нестача азоту особливо проявляється у сої на початку вегетації, так як бульбочки формуються дуже повільно і достигають лише після цвітіння рослин (D. Phillips, 1980; L.Williams, T. De Jong, D. Phillips, 1981).

Протягом вегетативного росту соя в польових умовах фіксує лише 10% азоту (від сумарної азотофіксації), 90% засвоюється в репродуктивний період (R.Hatdy, U.Havelka, 1975). В той же час потреба в азоті у рослин сої велика як у вегетативну фазу, так і в період цвітіння – достигання бобів, які містять багато білків.

В дослідженнях Нгуен Тхи Чи, Т.Ф. Андреевой, Л.Е. Строгонова (1983) сою вирощували при інтенсивності 60; 120 вт/м2. Ефект дії світла на накопичення загальної біомаси, маси бульбочок і фіксації азоту знаходяться в більшій залежності від віку рослин (табл.№1).

Таблиця №5.

Вплив інтенсивності освітлення сої на фіксацію атмосферного азоту.

Фаза розвитку рослини | Інтенсивність світла, вт/м2 | Суха маса, г | Потенціальний фотосинтез, мг СО2/дм2 за 1 год | Активність азотофіксації 1 рослини,

Нмоль С2Н4/хв

рослини | бульбочок

Бутонізація | 60 | 1,25 | 0,02 | 34,9 | 5,5

120 | 1.84 | 0,04 | 34,0 | 12,0

Цвітіння | 60 | 2,87 | 0,04 | 50,0 | 47,9

120 | 3,43 | 0,13 | 48,0 | 114,9

Утворення бобів | 60 | 6,18 | 0,13 | 58,0 | 47,5

120 | 7,62 | 0,27 | 57,2 | 44,9

Приведені дані показують, що при підвищенній інтенсивності освітлення значно посилюється ріст бульбочок при відсутній зміні питомої активності азотофіксації. Але загальна фіксація азоту на рослину збільшується.

Позитивну дію освітлення високої інтенсивності на ріст бульбочок пов'язують не тільки з підвищенням інтенсивності фотосинтезу, а також з посиленням відтоку органічних речовин в кореневу систему і бульбочки (S. Sheikholelam, K.Fishbeck, D.Phillips, 1980).

За даними F.Minchin, J.Pate (1973), тільки 26% вуглецю, засвоєного в процесі фотосинтезу, залишається в надземній частині, 42% - трансформується до коренів і 32% надходить безпосередньо в бульбочки.

Для вияснення залежності між фотосинтезом і азотним обміном у сої цікаві результати одержані Т.Ч. Нгуеном, Т.Ф. Андреевой, Л.Е. Строгановой (1983). Рослини, заражені Phizobint, вирощували при 0,5 і 1 мМ азоту (табл. №2). Протягом 20 днів рослини росли при інтенсивності освітлення 80 Вт/м2, потім їх перемістили на 15 днів на світло високої інтенсивності (200 Вт/м2)

Таблиця №6.

Вплив азоту та інтенсивності освітлення на фотосинтез та азотофіксацію сої

Фаза розвитку рослини | Інтенсив-ність світла, вт/м2 | Норма азоту, мМ | Суха маса, г | Площа листків, дм2/рослин | Потен-ціальний фотосин-тез, мг СО2/дм2 за 1 год | Активність азотофіксації 1 рослини,

Нмоль С2Н4/хв

росли-ни | бульбо-чок

Бутонізація | 80 | 0,5 | 1,04 | 0,04 | 1,75 | 9,8 | 49,5

1,0 | 1,38 | 0,02 | 2,30 | 12,0 | 23,9

Утворення бобів | 80 | 0,5 | 3,21 | 0,09 | 3,32 | 12,5 | 29,2

1,0 | 5,05 | 0,06 | 5.89 | 15,0 | 33,8

200 | 0,5 | 3,84 | 0,16 | 3,77 | 14,8 | 29,8

1,0 | 5,92 | 0,10 | 6,16 | 16,0 | 61,5

В даних умовах освітлення кількість фіксованого рослиною атмосферного азоту було недостатнім при такій забезпеченості мінеральним азотом, рослини відчували нестачу в азотному живленні. Це підтверджується незначним збільшенням сухої біомаси рослин, зниженням азоту в листках при вирощуванні при інтенсивному освітленні. Нестача мінерального азоту в грунті обмежує фотосинтетичну активність рослин. Фактори, які підвищують фотосинтез (світло, концентрація СО2, температура) в умовах азотного "голоду" не здійснюють позитивного впливу на інтенсивність фотосинтезу (L.Williams, D.Phillips, 1980). Разом з тим було доведено на рослинах сої, що фотосинтез в умовах нестачі азоту в грунті можна підвищувати шляхом інокуляції активним штамом Rhizobium (R. Maiet, W.Brill, 1978). В результаті підвищення фотосинтетичної діяльності рослин збільшується приріст їх біомаси, ріст бульбочок і фіксація азоту в розрахунку на одну рослину.

Таким чином, інтенсивність освітлення здійснює суттєвий вплив на формування бульбочок на рослинах сої. Різні умови освітлення не приводять до зміни питомої активності азотофіксації. Посилення росту бульбочок являється основною причиною збільшення азотофіксації рослин. У вегетативний період росту і розвитку сої, а також при утворенні бобів у умовах дефіциту азоту рослини формують неповноцінний фотосинтетичний апарат з низькою інтенсивністю фотосинтезу, яку не вдається підвищити за допомогою кращої освітленості. Стає очевидним, що поліпшення азотного живлення у вказані періоди поліпшує активність фотосинтетичного апарату і забезпечує більш