История биологии с начала XX века до наших дней - [71]

Для современных исследований поглощения минеральных веществ корнями растений характерно вычленение двух качественно различных процессов этого явления — метаболического, или активного, и неметаболического, или пассивного. Для первого характерно включение в обмен веществ элементов уже в момент их поглощения. Движущей силой второго является диффузия и осмос. Об активности поглощения ряда ионов свидетельствуют многочисленные исследования, выполненные в 40-50-е годы. Вместе с тем некоторые авторы (А. Уоллес, 1966) приводят Достаточно убедительные данные о неметаболическом поглощении некоторых катионов.

Объяснить механизм неметаболического способа поглощения веществ помимо диффузии, не играющей существенной роли в поглощении веществ живой плазмой, позволяет пиноцитоз — прерывистое захватывание капелек жидкости из окружающего раствора, открытое В. Льюисом (1931) у животных клеток, и Р. Бюва, Г. Паладом и У. Джонсоном у клеток растений. Вместе с тем становится очевидным, что неметаболическое поглощение веществ — это не пассивный, а активный физиологический процесс, обусловленный интенсивностью движения протоплазмы и степенью деформации ее поверхности. В 50-е годы идея о зависимости поглощения и передвижения веществ от метаболизма в целом получила развитие в работах А.Л. Курсанова. За последние 10–15 лет основное внимание исследователей было обращено на изучение метаболического пути поглощения минеральных веществ и связь этого процесса с дыханием растений.

Для объяснения механизма активного поглощения минеральных элементов, непосредственно связанного с обменом веществ поглощающих клеток, в последнее время предложен ряд гипотез. Наибольшим признанием пользуется так называемая теория переносчиков, впервые сформулированная В. Остергаутом и У. Стенли (1932). В настоящее время многие ученые широко используют эту гипотезу для объяснения механизма поглощения и транспортировки не только катионов, но и анионов, и органических веществ.

Большой экспериментальный материал накоплен по вопросу о зависимости поглощения питательных веществ корневой системой растений от внешних условий. Глубокий интерес к выяснению зависимости поглощения питательных веществ от их природы, соотношения отдельных компонентов, влажности, аэрации, температуры и кислотности почвы обусловлен главным образом потребностями практики. Такие исследования необходимы для разработки и рационализации агротехнических приемов и создания эффективной системы удобрений.

В последние годы много внимания уделяется изучению роли микроэлементов в жизни растений. Интерес к этому вопросу связан не только с его большой значимостью для сельскохозяйственной практики, но и важностью для теоретической биологии. Обнаружение одних и тех же микроэлементов (Mg, Zn, Cu, Fe, Со и др.) у растений и животных свидетельствует об их единстве. В немалой степени этому способствовало обнаружение микроэлементов в составе большого числа ферментов обоих царств органического мира.

В 50-60-е годы учение о металлоферментах стало одной из центральных проблем биохимии и физиологии. Многочисленные исследования касаются механизма усиления микроэлементами каталитического действия присоединения металлов с протеином. Интересные данные получены также о связи микроэлементов со стимуляторами роста и витаминами.

Совсем недавно было выяснено, что в превращении материи и энергии в растительном организме принимают непосредственное участие не отдельные элементы, а все минеральные вещества. Их роль с несомненностью установлена в процессах фотосинтеза, дыхания, водообмена, роста и развития. Эти вещества являются или структурными компонентами функциональных систем (фотосинтетического аппарата, дыхательной цепи, центров синтеза белка и других важных соединений) или составной частью ферментных систем, ответственных за осуществление физиологических процессов, или, наконец, их кофакторами. Таким образом, с 50-х годов все более укрепляется убеждение в том, что фотосинтез, дыхание, рост, развитие и минеральное питание — это нераздельные и взаимообусловленные процессы образования и превращения живого вещества растительного организма.

Передвижение веществ и их обмен.

Для объяснения причин передвижения питательных веществ по растению в XX в. был выдвинут ряд теорий, из которых упомянем следующие. Немецкий физиолог Е. Мюнх (1930) утверждал, что движение органических веществ в проводящей системе флоэмы определяется наличием градиента тургорного давления, а американский исследователь О. Картис (1937) связывал это явление с круговым движением протоплазмы в клетках ситовидных трубок. Однако опыты не подтвердили этих теорий. Не выдержали экспериментальной проверки и представления о диффузной природе передвижения веществ. Недостаток всех подобных теорий заключался в том, что в их основу были положены чисто физические причины.

С иных позиций подошел к объяснению передвижения веществ Д.А. Сабинин (1949). Он видел причины существования в растении одностороннего тока воды и растворимых веществ в физиологической полярности клеток, обусловленной различиями в обмене веществ между разными участками протоплазмы.