В статье «Об особенностях выращивания высококачественных саженцев» («УС» №5/2009 г.) я писал, что готовлю статью о физиологической разнокачественности разных частей кроны и корневой системы плодового растения и возможности более доказательно использования этой разнокачественности с пользой для дела в практическом садоводстве. И вот ниже я предлагаю эту статью читателям. Хочу сказать, что для написания данной статьи пришлось использовать большое число разных литературных источников, в большинстве своем малоизвестных или неизвестных рядовому читателю.
В каждом растительном организме непрерывно происходит обмен веществ, слагающийся из огромного числа разнообразных химических реакций и представляющий собой проявление взаимодействия организма с внешней средой. Образование стабильных молекул в результате соединения атомов при реакциях требует наличия внешнего источника энергии. Наиболее ярким примером этого положения служит использование лучистой энергии солнца фотосинтезирующими тканями растений для фиксации атмосферного углекислого газа и превращения его в сложные углеродосодержащие соединения, из которых состоят живые растения. Напротив, при расщеплении специфических связей в процессе химических реакций происходит высвобождение энергии. Отдельные химические реакции осуществляются в растительном организме с чрезвычайной легкостью и с малыми затратами энергии, в то время как то же самое вещество вне этого организма изменяется с большим трудом. Так, например, для осуществления вне растительного организма постоянно происходящего в нем при дыхании превращения сахара в воду и углекислый газ необходимо сжечь этот сахар, то есть подвергнуть его воздействию высокой температуры. Таким образом, превращения веществ вне растительного организма происходят с очень малой скоростью и требуют высоких температур, действия кислот и других химических факторов и больших затрат энергии. Однако, несмотря на то, что в растительном организме отсутствуют высокие температуры, крепкие кислоты и щелочи, скорость химических реакций, происходящих в протоплазме, в миллионы раз больше, чем вне ее. Это объясняется тем, что в растительном организме имеются катализаторы белковой природы – ферменты, которые ускоряют течение отдельных химических реакций, а следовательно, и всего обмена веществ. Таким образом, ферменты играют важнейшую роль в обмене веществ.
От ферментов зависит скорость и направление биохимических процессов. Они обуславливают различные физиологические и хозяйственные признаки растений: зимостойкость и морозостойкость, засухоустойчивость, урожайность и качество плодов. В чем заключается сущность действия катализаторов? В том, что катализаторы снижают энергию активации, необходимую для осуществления данной химической реакции, направляя ее обходным путем – через промежуточные реакции, которые требуют значительно меньшей энергии активации. В настоящее время известно свыше 2000 различных катализаторов – ферментов растений, обладающих специфичностью действия. Изменения в обмене веществ, происходящие под влиянием различных факторов внешней среды, обусловлены изменением скорости отдельных ферментативных реакций, лежащих в основе обмена веществ. Важнейший фактор, от которого зависит действие ферментов, - температура. Вторым важным фактором, оказывающим очень большое влияние на каталическую активность ферментов, является активная кислотность среды, ее рН. Кроме того, действие ферментов очень сильно зависит также от специфических активаторов и ингибиторов (тормозителей).
Активность обмена веществ в растительном организме связана с наличием свободной энергии, которая может быть выделена в процессе дыхания при окислении субстрата и использована для различных процессов, протекающих в клетках и требующих затрат энергии. Таким образом, фундаментальным процессом здесь является перенос электронов к кислороду. Изменения свободной энергии, связанные с такими процессами, могут быть определены из окислительно-восстановительных потенциалов двух компонентов – субстрата и кислорода. Окислительно-восстановительный потенциал, или редокс-потенциал (Eh) соединения, – это количественная мера его способности присоединять или терять электроны. На практике окислительно-восстановительный потенциал Eh представляет собой электрическое напряжение, которое испытывает электрод из благородного металла (золота, платины), погруженный в раствор, содержащий смесь соединений окислителя и восстановителя, по сравнению с нормальным (стандартным) водородным электродом. Величина Eh зависит от температуры, рН и соотношения активностей окисленных и восстановленных форм биологических сред. При высоком соотношении Eh окислительно-восстановительных систем они функционируют как окислительные, то есть как акцепторы электронов, при низком соотношении Eh функционируют как восстановительные, то есть доноры электронов. Величина Eh определяется потенциометрически посредством измерения электродвижущей силы в цепи между указанными электродами.
Оценка активности обмена веществ в разных частях древесных растений, включая и плодовые растения, по величине активности окислительных ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы при окислении полифенолов (пирокатехина), проводилась в ряде научных учреждений, в частности в Кишиневе и Мичуринске. Поскольку эти ферменты относятся к наиболее изученным ферментам, что обусловлено не только их широким распространением в растениях, но и участием во многих важных процессах их жизнедеятельности, особенно в процессах дыхания. Кроме определения величины активности указанных ферментов, определялась и связанная с ними величина окислительно-восстановительного потенциала Eh, показывающая также на величину активности обмена веществ. Данные исследования проводились в лабораторных условиях при использовании разных методов при взятии образцов растительной ткани из разных мест растения по мере продвижения от его корневой системы к его вершине.
Помимо указанных аналитических лабораторных методов оценки энергетики обменных процессов в растениях, в настоящее время широко распространились и методы, связанные с замером их биоэлектрических потенциалов. Эти методы более надежные, универсальные и точные, позволяющие их использование на живых растениях в полевых условиях. К таким биоэлектрическим потенциалам относятся потенциал покоя (ПП) и потенциал течения (ПТ). Съем данных потенциалов производится с помощью неполяризующихся электродов, а замер с помощью специальных приборов. Исследования электрических потенциалов разных древесных растений проводились также в ряде научных учреждений. При этом электрические потенциалы по аналогии с отмеченными аналитическими методами снимались в разных точках растения, начиная с его корневой системы и заканчивая его верхушкой.
Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить, что активность окисления полифенолов при совместном действии полифенолоксидазной и пероксидазной окислительных систем по величине активности этих ферментов и по величине окислительно-восстановительного потенциала Eh по мере перемещения от корневой системы растения к его верхушке изменяется: наиболее низкая она в корневой системе, несколько выше - в зоне корневой шейки, самая высокая - в верхушке надземной части растения. То есть уровень энергического обмена в тканях растения по мере продвижения от корневой системы к его верхушке последовательно увеличивается.
В.Н. Шаламов