История биологии с начала XX века до наших дней - [69]
Получены интересные данные о связи дыхания с фотосинтезом, минеральным и водным питанием, биосинтетической функцией клеток и ростом растения. В течение многих десятков лет было принято противопоставлять дыхание фотосинтезу: их рассматривали как два прямо противоположных по своему биологическому значению процесса ассимиляцию и диссимиляцию. Теперь, когда между ними установлена тесная связь, фотосинтез и дыхание могут служить яркой иллюстрацией кардинального положения материалистической диалектики о единстве противоположностей. Однако характер связи между дыханием и фотосинтезом выяснен еще не полностью. Это относится в первую очередь к взаимосвязи ферментативных механизмов обоих процессов.
>Изучению зависимости поглощения ионов корнями растений от аэробного дыхания тканей посвящена серия работ шведского исследователя Г. Люндегорда, сформулировавшего анионную теорию дыхания (1955), которая до сих пор дискутируется. Начаты исследования механизма использования энергии АТФ в процессах солевого питания, а также вопроса о природе первичных акцепторов поглощаемых клеткой ионов.
>Современные представления о взаимосвязи дыхания и потребления растением воды подробно освещены в работе Д.П. Хаккетта (1959). Автор разделяет точку зрения об активности процесса поглощения воды растительными тканями, который через посредство ауксинов сопряжен с дыханием, поставляющим для него энергию. Согласно данным Г. Вурстрема (1953), поглощение воды связано с процессами дыхания не менее сложной зависимостью, нежели поглощение минеральных солей.
Проблема минерального питания растений в XX в. почти целиком стала достоянием агрохимии, составив основу учения об удобрениях. Существенный вклад в это учение внесли отечественные физиологи растений и прежде всего Д.Н. Прянишников (Ленинская премия, 1926) и его школа. Ниже будут затронуты лишь специальные, физиологические вопросы минерального питания растений.
Успешное развитие проблемы стало возможным благодаря совершенствованию методов исследования и прежде всего техники и организации вегетационных опытов. Для постановки таких опытов еще в конце прошлого века стали сооружать не только отдельные вегетационные домики, но и целые павильоны.
В 1900 г. французский агроном П. Мазэ начал выращивать растения в стерильных условиях, удаляя микроорганизмы, способные изменять состав питательной среды. Методика таких «стерильных культур» в дальнейшем получила широкое распространение. Кроме того, для сохранения постоянства состава питательных растворов на всем протяжении культивирования стали практиковать так называемые «текучие растворы» (П.С. Коссович, 1902). Изучение ионной концентрации питательных растворов позволило создать и поддерживать постоянным их оптимальный состав, что имело, в частности, важное теоретическое и практическое значение для производственного выращивания растений в теплицах гидропонным способом. Вегетационные опыты проводились в водных и песчаных или гравийных культурах.
К началу XX в. было твердо установлено, что питательные растворы должны включать в себя семь необходимых элементов: азот, фосфор, серу, калий, кальций, магний и железо (углерод, водород и кислород растение получает в основном из воздуха и воды). Однако для создания научных основ учения о минеральном удобрении нужно было знать, в каких соединениях растения способны усваивать эти элементы. В отношении азотного питания растений эта задача была решена в работах Д.Н. Прянишникова, итог которых подведен в книге «Азот в жизни растений и в земледелии СССР» (1945).
Дмитрий Николаевич Прянишников. 1865–1948.
С изучением азотного питания растений были тесно связаны исследования способности клубеньковых бактерий фиксировать азот воздуха (М.В. Бейеринк, 1901; Л. Гильтнер, К. Штермер, 1903; Ф. Ленис, Р. Ганзен, 1921; М. Экхард с сотрудниками, 1931; и др.). Они позволили установить существование на корнях бобовых растений около 20 рас клубеньковых бактерий. Было обнаружено, что эффект азотфиксации зависит от подбора симбиотических пар: с одной стороны, бобового растения, а с другой — того или иного штамма бактерий. На этой основе еще до 30-х годов был выполнен большой объем работ по изучению применения культуры азотобактера для повышения урожая различных культурных растений. Обнаружение клубеньков на корнях ольхи и лоха позволило предположить, что симбиоз такого рода — явление, в той или иной мере присущее всему растительному миру.
С рассматриваемым периодом связана постановка и частичное решение вопроса о роли микроэлементов в жизни растений. До 20-х годов опыты в данном направлении носили случайный характер, но уже и в них было обнаружено стимулирующее действие на рост растений марганца, цинка, кобальта, никеля, бора, мышьяка и меди. Считавшиеся до того токсичными, эти элементы в малых дозах улучшали развитие растений, почему в дальнейшем они стали использоваться в качестве добавок к удобрениям. В 30-40-е годы была окончательно доказана необходимость для растений марганца, цинка, меди, бора и молибдена. Их выделили в группу основных микроэлементов. В особую группу были объединены галлий, кремний и алюминий, необходимость которых доказана пока лишь в отношении некоторых растений. К 50-м годам в составе растений было обнаружено около 40 микро- и ультрамикроэлементов. Но их необходимость для жизни растений была установлена не для всех микроэлементов.
