Всесоюзная академия сельскохозяйственных наук - О положении в биологической науке

Таким образом, здесь нашло подтверждение известное положение Дарвина, который, рассматривая ритмические движения у растений как признак наследственный, в то же время подчеркивал возможность нарушения этой периодичности путем применения определенных воздействий.

Дальнейшие наши работы были направлены на изучение внутреннего механизма адаптации растения к происходящим в период вегетации закономерным изменениям температуры.

Изучение этого вопроса начато нами, совместно с В.Е. Соколовой, в 1945 г. Основным объектом наблюдения служил картофель, развитие которого, согласно работам академика Т.Д. Лысенко, находится в исключительно тесной зависимости от температурного фактора.

В качестве биохимического показателя избраны процессы крахмалообразования, наиболее полно характеризующие специфическую направленность обмена в картофельном растении. Работа состояла в изучении температурных кривых процессов ферментативного образования и распада крахмала в листьях и клубнях на различных этапах онтогенеза картофеля.

Основной вывод из этих исследований тот, что температурные оптимумы действия ферментов не остаются постоянными. По мере развития растения эти оптимумы смещаются, причем направление изменений хорошо гармонирует с ходом изменений температуры окружающей растение среды. Вначале, примерно в течение двух третей вегетационного периода, температурный оптимум образования крахмала в листьях картофеля смещается в сторону более высоких температур, а в последующий период – в сторону пониженных температур. В клубнях оптимумы образования крахмала смещаются в сторону менее высоких температур, повидимому, вследствие того, что развитие клубней приурочено ко второй половине лета.

Следовательно, температурные оптимумы действия одного и того же фермента в различных органах растения неодинаковы, и, кроме того, их изменения в период вегетации также различны.

Несмотря на то, что опыты проводились в различные, значительно отличавшиеся по метеорологическим условиям годы, направление смещения температурных оптимумов действия ферментов оставалось, как правило, одним и тем же.

Таким образом, температурные кривые действия ферментов, как и суточный ритм, нельзя считать непосредственным отражением условий существования растительного организма. Данный признак выработался в процессе длительного эволюционного приспособления растения, под воздействием того ритма изменений температуры, при котором шло его формирование.

Эти данные согласуются с разработанной академиком Т.Д. Лысенко теорией стадийного развития растений, по которой требования, предъявляемые растением к среде, полностью зависят от его предшествующей эволюционной истории, от того, в какой среде формировалось растение.

Полученные нами материалы способствовали также уяснению вопроса о механизме, с помощью которого в растении достигается взаимное согласование функций отдельных органов. Опыты показали, что в процессе развития картофельного растения происходят не только смещения температурных оптимумов, но и изменения температурных зон синтеза и распада крахмала. Смещение оптимума в сторону более высоких температур сопровождается, как правило, сужением зоны синтеза крахмала и значительным расширением зоны его распада. Например, в начале июля синтез крахмала в листьях происходил уже при температуре 15°, тогда как в конце августа этот процесс наблюдался лишь начиная с 28°.

Преобладание в условиях сравнительно высокой температуры процессов распада над процессами синтеза крахмала должно способствовать освобождению листьев от известной части накопленных еще в дневные часы в их тканях ассимилятов. Эти данные хорошо объясняют результаты прежних наблюдений Чеснокова и Базыриной, обнаруживших, что в первой половине вегетации картофеля кривая оттока ассимилятов из листьев имеет двухвершинный характер, причем один из максимумов приходится на первую половину дня.

Расширение зоны синтеза крахмала в процессе развития картофеля наблюдалось также в опытах с клубнями. Так, в тканях молодых клубней, отобранных в начале августа, синтез крахмала происходил лишь в интервале высоких температур, вне которых преобладали процессы распада крахмала.

Таким образом, в ранний период развития клубней, когда в них доминируют функции роста и отложение запасов крахмала не является ведущим процессом, крахмалообразование приурочено к весьма ограниченному интервалу температуры, вне которого преобладают процессы распада крахмала. Биологическое значение этой закономерности состоит, повидимому, в том, что при превалировании в тканях растворимых, легко мобилизуемых форм углеводов процесс роста этих тканей происходит более успешно. В более поздний период, когда рост клубней ослабляется и преобладающими становятся процессы отложения запасов крахмала, наблюдается значительное расширение температурной зоны его синтеза.

Дальнейшие исследования позволили установить, что оптимумы действия крахмалообразующих ферментов у одного и того же органа растения не остаются постоянными не только на протяжении вегетационного, периода, но и в течение суток.

Из полученных нами данных для клубней следует, что уровень синтеза крахмала в их тканях является более высоким в ночные часы, причем процесс этот приурочен к пониженным температурам, в особенности на более поздних этапах развития картофеля.

Обратная картина установлена в опытах с листьями, в которых процессы синтеза крахмала приурочены к более высоким температурам, причем как общая интенсивность этого процесса, так и его приуроченность к высоким интервалам температуры не оставляют сомнений в том, что крахмалообразование в листьях, в отличие от клубней, является процессом дневным. Отсюда следует, что фотопериодические реакции растения пи в коем случае не могут рассматриваться в отрыве от реакций термопериодических, с которыми они, повидимому, теснейшим образом связаны.

Наши данные показывают также, что температуры, благоприятствующие процессам синтеза крахмала в клубнях, одновременно стимулируют процессы распада крахмала в листьях.

Уместно подчеркнуть, что в основе столь ярко выраженной согласованности функций надземного и подземного органов растения лежит регулирующее действие ферментов, специфически адаптированных к определенному состоянию температурного фактора.

Таким образом, наблюдающаяся в биохимической деятельности растения периодичность представляет результат развития наследственного основания организма под воздействием определенных внешних условий.

Приведенные данные – лишь часть имеющихся в нашем распоряжении материалов. Эти данные отнюдь не претендуют на сколько-нибудь полное освещение обсуждаемой проблемы. Они лишь показывают, что специфические особенности обмена столь же тесно связаны с условиями существования организма, как и форма и строение этого организма.