Фотосинтез и корневое питание растений

К 50-м годам в составе растений было обнаружено около 40 микро- и ультрамикроэлементов. Центральной проблемой физиологии растений, как и в XIX в., оставался фотосинтез. Одновременно развернулась успешная работа по использованию фотосинтеза растений в точно контролируемых и автоматически управляемых замкнутых системах. Для развития мировой физиологии растений первых десятилетий XX в. характерно усиление биохимического подхода к решению многих проблем, особенно дыхания и фотосинтеза.

Анализ элемвитарного состава растений показывает, что опи в среднем содержат С — 45%, О — 42%, Н — 6,5%, N — 1,5%. В процессе сжигания эти элементы окисляются и улетучиваются. Питание растений азотом и другими необходимыми 8ле-ментами привлекало издавна внимание. Из всего периода полуторавекового существования науки физиологии растений XX в.- время ее наиболее бурного и многостороннего развития.

Изучение фотосинтеза и хлорофилла

Одной из характерных черт развития современной физиологии растений является широкое проникновение эволюционного подхода в решение все большего числа физиологических и биохимических проблем. Многочисленные исследования были направлены на выяснение характера превращений веществ и энергии на обоих этапах фотосинтеза. Более обстоятельно гипотеза окисления воды в ходе фотохимического этапа фотосинтеза была развита К. Б. Ван-Нилем (1931-1935) и Г. Гаффроном (1939 — 1944), открывшим явление фоторедукции.

Образующийся при фотофосфорилировании АТФ используется в первую очередь в реакциях восстановления углекислого газа и только частично для вторичных синтезов. В 1957 г. Г. Л. Корнберг и Г. А. Кребс открыли новый дыхательный цикл глиоксалевой кислоты. В 50-х годах было начато изучение у растений еще одного цикла окисления углеводов, апотомического, или гексозомонофосфатного, открытого в 30-х годах у дрожжей и в тканях животных.

Имеются основания предполагать, что в ходе онтогенеза процесс дыхания может изменяться не только количественно, но и качественно. Получены интересные данные о связи дыхания с фотосинтезом, минеральным и водным питанием, биосинтетической функцией клеток и ростом растения. Современные представления о взаимосвязи дыхания и потребления растением воды подробно освещены в работе Д. П. Хаккетта (1959). Вегетационные опыты проводились в водных и песчаных или гравийных культурах.

Физиолого-биохимические основы питания растений

Предметом пристального внимания исследователей стала в XX в. проблема внекорневого питания растений, название которой предложили в 1903 г. русские энтомологи И. Я. Шевырев и С. А. Мокржецкий.

Кинетика и химизм фотосинтеза

Под этим понятием в практику вошли не столько инъекции в ствол, сколько опрыскивание растворами минеральных веществ листьев и других наземных органов как древесных, так и травянистых растений. Исследования процесса усвоения минеральных веществ корнями всегда стояли в тесной связи с изучением механизма поступления, передвижения и превращения этих веществ в ходе обмена.

Поступление веществ в растение

Остается зола. Растения черпают углерод из СОг воздуха, кислород в водород из воды. Кислород также вовлекается в обмен в процессе дыхания. Азот в элеменга, входящие в состав золы, поступают в растения через корневую систему из почвы в основном в виде минеральных соединений.

В странах Западной Европы развитие физиологии растений шло преимущественно в биохимическом направлении. За последние два десятилетия фитофизиология заняла ведущее место в ботанике. Физиологический подход глубоко проник в такие ботанические дисциплины, как анатомия, цитология, фитоценология, фитопатология, микология, альгология и ряд областей прикладной ботаники. Даже морфология и систематика растений, всегда служившие классическим примером описательных наук, теперь по характеру и уровню экспериментов почти не отличаются от физиологии растений.

Световая фаза фотосинтеза

В настоящее время биохимия столь тесно сблизилась с физиологией растений, что разграничить эти области знаний иногда не представляется возможным. Начало века ознаменовалось рядом замечательных исследований в этой области.

Рост и ростовые процессы

Пользуясь спектроскопическим методом, немецкий биохимик Р. Вильштеттер подтвердил существование двух форм зеленого пигмента, которые назвал хлорофиллом а и b (аналогичны хлорофиллинам α и β Цвета). Он впервые установил точный химический состав этих форм хлорофилла, каротина и ксантофилла, а также изучил состав более 40 производных хлорофилла.

В 30 — 40-е годы была окончательно доказана необходимость для растений марганца, цинка, меди, бора и молибдена. Однако характер связи между дыханием и фотосинтезом выяснен еще не полностью. В 30-х годах исследования по внекорневому питанию растений развернулись также в лаборатории Д. Н. Прянишникова, а позднее и в полевых условиях. В особую группу были объединены галлий, кремний и алюминий, необходимость которых доказана пока лишь в отношении некоторых растений.

Читайте также: