حول طبيعة النشاط الفسيولوجي للهيومات

يمكن اعتبار تأثير الأشكال الفسيولوجية النشطة لأحماض الهيوميك والمركبات القريبة منها، مثل البوليفينولات، على التمثيل المؤكسد حقيقة مثبتة. يقدم الباحثون تفسيرات مختلفة لهذه الظاهرة. نحن نؤيد منذ سنوات الرأي القائل بأن المفتاح هنا يكمن في أن مجموعات الكينون في هذه المركبات، كونها ناقلة للهيدروجين من الجسم المؤكسد إلى الأكسجين، تعزز نظام النقل الحيوي للإلكترونات، وبالتالي تقلل من نقص الأكسجين في الخلايا، والذي تظهر الملاحظات أنه يحدث أكثر مما يعتقد. كل هذا يؤدي إلى تعزيز الطاقة الكامنة للنباتات، وهو ما تؤكده قياسات الجهد الكهربائي الحيوي (BEP)، ومؤشرات الحالة الديناميكية الحرارية للنباتات، ويؤثر إيجابًا على التمثيل الغذائي في الكائن الحي.

أحد أكثر علماء الكيمياء الحيوية جرأة، سينت-جورجدي، طرح فكرة أن جميع العمليات الكيميائية الحيوية هي انحدار تدريجي للإلكترون الذي ارتفع إلى مستوى أعلى نتيجة امتصاص كمية الضوء أثناء التمثيل الضوئي. من ناحية أخرى، قال برنارد وألبرتا بولمان: "تتناغم ديناميكية الحياة مع ديناميكية سحابة الإلكترونات في الجزيئات المقترنة...". اعتبروا أن السمة الرئيسية لهذه الجزيئات هي وجود إلكترونات غير متمركزة تمنح الجزيء استقرارًا إضافيًا، ومقاومة للإشعاع، وإمكانية نقل الإثارة الإلكترونية لمسافات طويلة، ونقل الإلكترونات والطاقة، وغير ذلك.

اكتسبت الإلكترونات غير المتمركزة أو غير المزدوجة أهمية لأنها تثار بسهولة أكبر من الإلكترونات المزدوجة. يتم تحديد إثارة الإلكترون، أي نقله من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى أعلى، بامتصاص كمية من الضوء المرئي أو فوق البنفسجي. ترافق العملية العكسية انبعاث كمية ضوء وتوهج، أي تلألؤ. مثل هذا النقل للإلكترون يتوافق مع مستوى الأكسدة والاختزال داخل الجزيء. يرتبط النقل الجزيئي للإلكترون غير المتمركز بعمليات الأكسدة والاختزال على المستوى الجزيئي، أي بالتنفس. من الواضح أن هاتين العمليتين مترابطتان، وبما أن تأثير أحماض الهيوميك والفولفيك على عمليات التنفس حقيقة مثبتة، يمكن افتراض أنها تؤثر أيضًا على إثارة الإلكترون.

هناك سبب للاعتقاد بأن الأشكال الفسيولوجية النشطة لأحماض الهيوميك والفولفيك، بعد دخولها النباتات، تؤثر على ضبط مستويات الطاقة للإلكترونات غير المتمركزة في الجزيئات المقترنة، وبالتالي تؤثر على أهم العمليات الحيوية. إذا كان هذا الافتراض صحيحًا، فإنه، أولاً، يجب أن تعزز الهيومات الفسيولوجية النشطة امتصاص طاقة الشمس بشكل أفضل، مع اختلاف فعاليتها في أجزاء مختلفة من الطيف؛ ثانيًا، يجب أن تؤثر على الخصائص المغناطيسية لأنسجة النبات؛ ثالثًا، يجب أن تعزز خصائصها المتألقة تحت تأثير الهيومات. دون الخوض في الجانب الكمي لهذه العمليات أو الكشف عن آليتها، قمنا بهذا البحث فقط للتحقق من هذا الافتراض تجريبيًا.

منهجية البحث

لحل المهام المطروحة، أجرينا تجارب نباتية قصيرة الأجل تحت ظروف طيفية مختلفة. كانت منهجية التجارب كما يلي: وضعنا بذور الذرة والماش في أجهزة إنبات، ونقعناها في محاليل وفقًا لخطة التجربة، ووضعناها في حاضنة مظلمة. ثم نقلنا الشتلات البيضاء التي تتراوح أعمارها بين 5-7 أيام إلى أكواب سعة 500 مل (5 نباتات في كل منها)، على وسط وفقًا لخطة التجربة، ووضعناها تحت مصابيح ضوئية في أقسام ذات شاشات ملونة مختلفة. تمت الإضاءة بمصابيح ضوء النهار 3500 لكس/م². تم تحضير الشاشات بوضع أفلام ملونة، تم الحصول عليها بطريقة غرودزينسكي، على زجاج مقاس 36 × 48 سم. تم تحديد خصائصها الطيفية باستخدام SF-4A.

تضمنت خطة التجربة هومات البوتاسيوم، الذي تم اختباره بتركيزات 3.1⋅10⁻⁵ مول/لتر و ATP - 1.4⋅10⁻⁵ مول/لتر (الأخير كعنصر تحكم إضافي كمركب غني بالطاقة). كان الوسط إما خليطًا فقيرًا من بريانيشنيكوف، حيث تم إعطاء الفوسفور في شكل ملح عازل لسيرينسن، أو ماء مقطر. تم إجراء التجربة بثلاثة تكرارات. استمرت التجربة لمدة 7 أيام، ثم قمنا بقياس النباتات ووزنها وتحليلها وفقًا للمؤشرات التالية: الكلوروفيل حسب جيتري، المواد النووية حسب طريقة نيتوبسكايا وكورامشين. تم إجراء 27 تجربة من هذا النوع.

لتوضيح ما إذا كانت الهيومات القابلة للذوبان تؤثر على الخصائص المغناطيسية لأنسجة النبات، استخدمنا طريقة الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR). كما هو معروف، فإن جوهر طريقة EPR يكمن في الامتصاص الرنيني للطاقة الكهرومغناطيسية عالية التردد بواسطة العينة عند نسب محددة تمامًا لشدة المجال المغناطيسي والتردد. تعتمد طريقة EPR على تأثير زيمان المعروف، والذي يتمثل في أنه عند إدخال جسيم مغناطيسي، يتميز بوجود إلكترون غير مزدوج وعدد كمي مغزلي S، فإن المجال المغناطيسي الثابت يقسم مستوى طاقته الأساسي إلى 2S+1 مستويات فرعية، تفصل بينها فجوات طاقة:

ΔE=hν=gbH، حيث H هي شدة المجال المغناطيسي، ν هي التردد.

عند تطبيق مجال مغناطيسي عالي التردد (HF أو MW) على عينة مغناطيسية موضوعة في مجال مغناطيسي ثابت "H"، مع اتجاه متجه مغناطيسي عمودي على H، عند التردد:

ν=hΔE​=hgbH​

يتم تحفيز الانتقالات بين مستويين متجاورين باحتمالية متساوية، حيث:

• g - عامل الانقسام الطيفي؛
• b - مغنطون بور؛
• h - ثابت بلانك.

عندها يحدث إعادة توزيع لمستويات الطاقة نحو تعادلها، وتمتص العينة جزءًا من طاقة المجال MW وتستخدمه في التسخين. مهمة التجربة عند ملاحظة ظاهرة EPR هي التسجيل الدقيق للطاقة عالية التردد الممتصة بواسطة العينة. درس العديد من العلماء ظاهرة الرنين المغناطيسي الإلكتروني في عدد من المركبات النشطة بيولوجيًا وفي الأنسجة الحية وأظهروا فعاليتها لهذا الغرض.

كموضوع لبحثنا، أخذنا أوراقًا وجذور شتلات الماش التي تتراوح أعمارها بين 5-6 أيام، المزروعة في ظروف محددة، وقمنا بتجفيفها بالتجميد بعد التجميد إلى درجة حرارة -70°. جففناها لمدة 24 ساعة حتى ضغط متبقي قدره 10⁻³ مم زئبق. لبحث EPR، وضعنا عينات من الأوراق والجذور المجففة بوزن 3-5 ملغ في أنابيب كوارتز رقيقة الجدران بقطر 4-5 سم، والتي تم تلدينها في لهب الأسيتيلين-الأكسجين. سجلنا أطياف EPR على شكل المشتق الأول لمنحنى الامتصاص الرنيني. تم تحديد محتوى الجذور الحرة في العينة بمقارنة العينة القياسية والمساحات تحت المنحنيات التكاملية للامتصاص الرنيني للمادة قيد الدراسة، والتي بنيناها من المنحنيات التفاضلية I′=f(H) عند ν=const. حسبنا المساحات بطريقة التكامل المزدوج البياني. كمعيار لقياس عرض الخطوط للأطياف المدروسة، استخدمنا ألانين المعرض لأشعة γ، ولتحديد المساحات - سكروز معرض لأشعة γ. لتحديد عامل g، استخدمنا أنابيب مفرغة مع معيار Mn++ في MgO، والتي تكون قيم عامل g معروفة بدقة. للحسابات التقريبية للمساحات تحت المنحنيات التكاملية، استخدمنا صيغ سيمبسون.

للتأكد من تأثير حمض الهيوميك على تلألؤ النباتات المزروعة في ظروف طيفية مختلفة، تصرفنا على النحو التالي: طحننا عينة من أنسجة الأوراق مع الماء بنسبة 2:100 وتركناها لفترة. ثم أضفنا إلى حجم معين من المستخلص المفلتر 1 مل من فلوروسين 10⁻³ مول/لتر، وعرضناها للضوء فوق البنفسجي (زجاج وود) لمدة 5 دقائق، ثم حددنا شدة التلألؤ النسبية.

نتائج البحث

بادئ ذي بدء، لنحلل البيانات الأكثر تميزًا التي تظهر تأثير أحماض الهيوميك و ATP على تراكم الكتلة الرطبة في أجزاء مختلفة من الطيف. تظهر أن تراكم الكتلة الرطبة في شتلات الذرة كان الحد الأقصى في الجزء الأحمر-البرتقالي والأزرق-البنفسجي من الطيف، والحد الأدنى في الجزء الأخضر. كان رد فعل النباتات على الأشكال الفسيولوجية النشطة لأحماض الهيوميك و ATP مشابهًا.

من السهل ملاحظة أن رد فعل شتلات الذرة على المواد الفسيولوجية النشطة من حيث تكوين الكتلة الرطبة يكرر منحنى امتصاص الضوء بواسطة الكلوروفيل، مما يعطي سببًا للاعتقاد بأن المواد الفسيولوجية النشطة تؤثر على التفاعلات الكيميائية الضوئية للتمثيل الضوئي وتعزز امتصاص طاقة الشمس بشكل أفضل. كررنا هذه التجربة عدة مرات وحصلنا على نتائج متشابهة مع بعض الانزياح في الحد الأقصى لتراكم الكتلة داخل الجزء البنفسجي من الطيف. كان الماش أقل استجابة في هذا الصدد.

لا يؤثر تأثير المواد الفسيولوجية النشطة على تكوين الكتلة الرطبة فحسب، بل أيضًا على تشكل النباتات، ويختلف عن التأثير على الوزن. اتضح أن الجذور تستجيب نسبيًا بشكل أفضل للهيومات في الجزء الأزرق-البنفسجي من الطيف، بينما تستجيب الأوراق في الجزء الأحمر-البرتقالي.

أظهرت الملاحظات حول تأثير العوامل المدروسة على محتوى الكلوروفيل أن الحد الأقصى لرد الفعل في الذرة ينتقل من الجزء قصير الموجة من الطيف إلى الجزء طويل الموجة. في بعض الحالات، تكون القمة في الجزء الأصفر-الأخضر من الطيف. رد فعل النباتات على التغير في التركيب الطيفي من حيث كمية الكلوروفيل ثابت إلى حد كبير ويرتبط أكثر بشدة الضوء. تظهر الملاحظات حول محتوى الأحماض النووية أن تأثير المواد الفسيولوجية النشطة تحت تأثير أضواء مختلفة يؤثر بلا شك على هذا الجهاز في الخلية النباتية. ومع ذلك، فإن تناقض البيانات في التجارب المختلفة لا يسمح لنا بعد بتحديد اتجاه هذه العملية.

تم عرض بيانات قياسات EPR والحسابات المقابلة في الجدولين 1 و 2. تظهر هذه البيانات أن EPR لأنسجة الماش المجففة بالتجميد ممثلة بخطوط فردية مع عامل g قريب من عامل الإلكترون الحر (للأوراق g_متوسط يساوي 2.00388±0.0005 و ΔH_متوسط−18.1±0.2 إلكترون فولت؛ للجذور g_متوسط−2.00349±0.0005 و ΔH_متوسط−13.5±0.2 إلكترون فولت).

الجدول 1. EPR في أوراق الماش اعتمادًا على وسط النمو (عند معامل التضخيم K=7، شدة المجال (H)=65 إلكترون فولت)

المؤشرات	تم إنبات البذور على
	الماء	هومات البوتاسيوم	ATP	2,4-DNF
تم نقل الشتلات إلى	الماء	هومات البوتاسيوم	ATP	2,4-DNF
ΔН إلكترون فولت	15,9	18,2	16,4	19,0
عامل g	2,00441	2,00279	2,00489	2,00438
S-تكامل (مم²)	150	220	120	175
ملاحظة. بالنسبة للمعيار γ-سكروز، الذي يحتوي على 10¹⁷ سبين/جرام، S-تكامل يساوي 455 مم².

الجدول 2. EPR في جذور الماش اعتمادًا على وسط النمو (عند معامل التضخيم K=7، شدة المجال (H)=65 إلكترون فولت)

المؤشرات	تم إنبات البذور على
	الماء	هومات البوتاسيوم	ATP	2,4-DNF
تم نقل الشتلات إلى	الماء	هومات البوتاسيوم	ATP	2,4-DNF
ΔН إلكترون فولت	11,2	14,5	16,3	9,6
عامل g	2,00461	2,00440	2,00473	2,00380
S-تكامل (مم²)	20	40	60	12

من مقارنة المنحنيات التفاضلية، يتبين أن هومات البوتاسيوم و ATP يزيدان من سعة إشارة EPR، بينما يخفضها 2,4-ثنائي نيتروفينول. من المهم جدًا أن النقل الإضافي للنباتات من هذا المثبط إلى المواد الفسيولوجية النشطة يعيد إشارة EPR إلى حد ما، وهو ما يرتبط برد الفعل الفسيولوجي للنباتات على هذه المواد. كان تأثيرها على المنحنى التكاملي مماثلًا، مما يسمح لنا بالقول إن كمية الجذور الحرة تزداد تحت تأثير المواد الفسيولوجية النشطة. من المهم أيضًا ملاحظة أن كمية الجذور الحرة في الأوراق كانت أكبر بكثير منها في الجذور.

يجب ربط التأثير الفسيولوجي لأحماض الهيوميك بوجود جذور حرة فيها. تم إثبات وجود جذور حرة في أحماض الهيوميك للتربة باستخدام طريقة EPR لاحقًا في أعمال مختبرنا.

تختلف درجة تلألؤ المستخلصات من النباتات المزروعة في أجزاء مختلفة من الطيف والتي تلقت أو لم تتلق مواد فسيولوجية نشطة. ظهر اتجاه لزيادة التأثير في هذا الصدد من هومات البوتاسيوم في الجزء الأحمر-البرتقالي من الطيف. بقي تأثير ATP غير واضح.

الاستنتاجات

1. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها أولاً أن رد فعل النباتات على الأشكال الفسيولوجية النشطة للهيومات في أجزاء مختلفة من الطيف ليس متطابقًا: فهو أكبر في الجزء الأحمر-البرتقالي والأزرق-البنفسجي من الطيف، أي في الجزء الذي يمتصه الكلوروفيل بشكل أفضل.
2. أظهر تحديد إشارة EPR في أنسجة الماش أن كمية المراكز المغناطيسية تزداد تحت تأثير المواد الفسيولوجية النشطة.
3. تسمح لنا الحقائق المذكورة أعلاه، وكذلك التغير في شدة تلألؤ المستخلصات من النباتات في وجود فلوروسين، بافتراض أن الهيومات الفسيولوجية النشطة تعزز امتصاص كميات الضوء وتؤثر على ضبط مستوى طاقة الإلكترونات غير المتمركزة في الجزيئات المقترنة التي تدخل في تركيب أنسجة النباتات.