Про вплив бітумів та вітамінів на життєдіяльність вищих рослин

Головним завданням у галузі сільського господарства і надалі залишається підвищення врожайності всіх сільськогосподарських культур. Одним із факторів, що сприяють вирішенню цього завдання, є повне задоволення потреб рослин у поживних речовинах. Зазвичай, коли говорять про живлення рослин, мають на увазі лише мінеральні елементи живлення. Але таке поняття не зовсім правильне.

Мікробіологи багато зробили у вивченні симбіотрофізму у житті вищих рослин і твердо встановили факт взаємовпливу мікрофлори ґрунту на життєдіяльність рослин та, навпаки, рослин на мікрофлору. Питання про те, яким чином здійснюється цей взаємовплив, залишається досі відкритим.

Наші минулі роботи з гуматом калію привели нас до глибокого переконання, що цей найпоширеніший продукт життєдіяльності мікрофлори ґрунту може засвоюватись рослинами та виконувати в них певну фізіологічну функцію і тим самим сприятиме підвищенню врожаю. Але якщо якась речовина надходить у рослину, включається в обмін речовин і виконує якусь фізіологічну функцію, в результаті чого збільшується накопичення сухих речовин у рослин, то є всі підстави говорити, що вона (ця речовина) бере участь у харчуванні рослин.

Навряд чи можна думати, що гумінова кислота є винятком у цьому відносин. Найімовірніше, що інші органічні продукти життєдіяльності мікрофлори грунту як і використовуються рослинами.

Отже, для задоволення потреб рослини в поживних речовинах мало говорити про мінеральних елементах харчування, необхідно спробувати знайти хоча б найважливіше коло тих органічних речовин, які використовуються рослиною у процесі харчування і можуть бути залучені для підвищення врожайності всіх сільськогосподарських культур. Справжнє коротке повідомлення присвячене цьому питанню.

До складу ґрунтового гумусу, крім власне гумінових речовин, входять і бітуми. Величезні маси бітумів містяться в каустобіолітах - сапропелі, кутистих і горючих сланцях та у відпрацьованому гумбрині. Всі ці каустобіоліти могли б стати невичерпним джерелом добрив, якби вдалося довести позитивний вплив бітуму на зростання сільськогосподарських рослин. Тому було поставлено кілька дослідів щодо вивчення впливу бітуму на зростання сільськогосподарських культур.

При постановці цих дослідів ми виходили з таких міркувань. У минулих роботах нами було встановлено, що фізіологічна функція гумату в основному зводиться до покращення кисневого живлення рослин та у зв'язку з цим до активізації обміну речовин. Досягається це тим, що гумінова та фульва кислота, в силу своєї хімічної будови, виконує функцію оксигеназу та посилює фенолазну окислювальну систему. Але оксидативний обмін у рослинах здійснюється не лише фенолазною окислювальною системою. У рослинах функціонують цитохромна система, система флавінових ферментів та інші, мають різне відносне значення у загальному балансі оксидативного обміну залежно від виду рослин та від періоду розвитку.

Раніше було встановлено, що різноманітні сільськогосподарські культури по-різному реагують на гумат. Можна припустити, що з тих рослин, які реагують на гумат, переважна більшість дихального газообміну здійснюється з допомогою інших окислювальних систем. Слід гадати, що з цих культур можна досягти такого ж фізіологічного ефекту шляхом посилення тих окислювальних систем, які є їм провідними.

Наші минулі роботи показали, що олійні культури реагують на гумат. У цих культур основним видом запасних речовин є жири. Оскільки ферментативні системи завжди орієнтовані на той тип обміну речовин, який притаманний тільки даній групі рослин, можна думати, що у цієї групи рослин кисневе харчування здійснюється за більшої участі ліпооксидази, і, отже, функцію оксигеназу повинні виконувати ненасичені жирні сполуки. Логічно міркуючи, можна припустити, що для посилення цієї ферментативної системи може бути використаний бітум, оскільки містить ці сполуки.

Щоб перевірити це припущення, нами було проведено досліди з вивчення поглинання кисню рослинними тканинами проростків у присутності бітуму гумбрину.

Бітум для досвіду готували так: навішування гумбрину екстрагували спиртом в апараті Сакслета. Потім малий обсяг отриманої таким чином спиртової витяжки змішували з більшим обсягом води.

Після цього спирт відганяли та отриману емульсію доводили до початкового обсягу. Шляхом наступних розведень отримували необхідну концентрацію бітуму (початковий титр знаходили за втратою у вазі навішування гумбрину після екстракції).

У контрольну дистильовану воду спирт не вводили, тому що при тих розведеннях, якими ми користувалися, навіть якби спирт не відганяли, його кількість в одному мілілітрі вимірювалося б величиною близько стотисячних та мільйонних часток грама.

Поглинання кисню визначали у газометричному апараті Варбурга. Досліди проводилися з розтертими тканинами проростків ячменю та льону. Наважка розтертої тканини – 0,5 г. Кількість рідини, якою змивалася розтерта тканина – 5 мл.

Результати досвіду наведено у таблиці 1.

Таблиця 1

Кількість О2 мм3, поглиненого одним грамом рослинної тканини за 10 хвилин

В процентах (%)

З таблиці видно, що присутність бітуму гумбрину посилює поглинання кисню рослинними тканинами, причому тканини коренів під впливом бітуму поглинають кисень набагато активніше, ніж тканини

листа. Цей факт говорить про посилення оксидативного обміну в рослинних тканинах під впливом бітуму, але не дозволяє сказати, за рахунок посилення якоїсь ферментативної системи це відбувається. Це питання

має стати предметом подальшого вивчення.

Для з'ясування фізіологічної дії бітуму гумбрину на рослини було закладено досвід із проростками різних культур. У цьому досвіді водна емульсія бітуму вносилася в дистильовану воду, на яку потім висаджувалися проростки різних сільськогосподарських культур. Результати досвіду враховувалися шляхом вимірювання росту коріння та надземної частини рослин на 15-й день після закладки.

Зі зменшенням концентрації бітуму його ефективність збільшується. Фізіологічний ефект, який викликається бітумом у різних рослин, різний. У ячменю бітум гумбрину сприяє розвитку вторинного коріння, подовжує їх, але не призводить до розгалуження, як це має місце при застосуванні гуматів. Біля льону він посилює зростання надземних частин рослини, подовжує і опушує первинне коріння корінням другого порядку.

Надзвичайно важливо відзначити, що якщо бітум гумбрину окислити, його фізіологічний ефект пропадає. У ґрунтовому перегною, крім гуматів та бітумів, містяться й інші фізіологічні активні органічні речовини, серед яких на перше місце потрібно поставити вітаміни. Вони накопичуються у ґрунті також у результаті життєдіяльності мікрофлори. Залежність між кількістю вітамінів та бактеріальним населенням ґрунту можна ілюструвати даними наведеними в таблиці 3.

Таблиця 3

Кількість вітамінів (у мікрограмах) у 100 г та бактерій у 1 г ґрунту

Ці дані говорять, що в різних ґрунтах може бути різний запас вітамінів, отже, є підстави припускати, що на ґрунтах, бідних мікрофлорою, рослина відчуває нестачу в них.

Розглянемо питання: як же рослина справляється із синтезом вітамінів? Різні рослини справляються із синтезом вітамінів по-різному. Листя зелених рослин самі синтезують молекули вітамінів, але коріння, як правило, потребують їх припливу ззовні. Коріння деяких культур, як гороху, можуть синтезувати вітамін В1 з його двох складових частин — піримідину і тіазолу. Коріння томатів для синтезу вітаміну B1 відчуває потребу тільки в тіазолі.

Разом з тим є такі рослинні організми, які зовсім не можуть синтезувати цей вітамін і потребують своєї життєдіяльності в готовій його молекулі. Коріння тютюну не можуть синтезувати вітамін В2 - рибофлавін, коріння конюшини, моркви, томатів, соняшнику не синтезують вітамін В6 - піридоксин - і для нормального свого зростання вимагають присутності вітамінів С і В1. Вітамін Р-Р — ніацин — потребує коріння гороху, люцерни, конюшини, соняшника та інших культур. Крім того, на різних етапах розвитку рослини не однаково інтенсивно синтезують вітаміни.

Наші роботи з гуматами та з бітумом показали, що одним із найбільш перспективних шляхів впливу на обмін речовин у рослині та отримання певного фізіологічного ефекту є шлях посилення системи окисно-відновних феритів. Тому ми поставили досліди з тими вітамінами, які йдуть на побудову цих ферментативних систем, а саме з вітамінами B1, В2, С, Р-Р, А і D.

Перш ніж перевірити, як впливають ці вітаміни на зростання рослин, було поставлено досвід в апараті Варбурга для з'ясування питання, чи впливають вони на поглинання кисню.

Досвід був поставлений із розтертою тканиною 2-тижневих проростків ячменю. Методика досвіду та ж, що у досвіді з бітумами (концентрація вітамінів— 10 мг на 100 мл води).

Вітаміни посилюють оксидативний обмін у рослинних тканинах, причому коріння набагато активніше реагують на додавання вітамінів. Це підтверджує думку, що корінь, як орган гетеротрофний, набагато більше потребує подачі ззовні таких життєво важливих речовин, якими є вітаміни. Посилення газообміну в листі рослин під впливом вітамінів спостерігалося нами і надалі.

Так, у досвіді при інфільтрації розчинами вітамінів неушкодженого листя картоплі було встановлено, що поглинання вуглекислоти після цілодобового витримування цього листя в темряві збільшилося наступним чином: при інфільтрації вітаміном B1 - на 32%, вітаміном Р-Р - на 5,5%, інфільтрація ж вітаміном В2 не вплинула на поглинання вуглекислоти.

Досліди з впливом вітамінів на зростання рослин ставилися із проростками різних рослин на дистильованій воді без додавання мінеральних речовин. Вимірювання проводилися на 15 день досвіду.

Розчини жиророзчинних вітамінів готувалися за тим самим принципом, що й бітум, тобто жиророзчинні вітаміни розчинялися у спирті, потім спирт змішувався з водою, після чого відганявся. Водні емульсії вітамінів, що утворилися, доводилися водою до певного обсягу, з ними і ставилися досліди.

З цих даних видно, що збільшення дозувань вітамінів, як правило, знижує їх ефективність і всі вітаміни в оптимальних дозах, сприяли розвитку вторинних коренів у ячменю. Усі випробувані вітаміни значно слабше впливали в розвитку надземних органів. Для того щоб виявити вплив різних вітамінів на розвиток окремих видів та сортів зернових культур, у травні місяці нами було закладено досвід із проростками різних рослин. Цей досвід був повторений у червні. Вітаміни вносилися до оптимальних дозування. Водорозчинні – з розрахунку 2 мг на 1л води, а жиророзчинні – 2 людино-дози на ту саму кількість води.

Таблиця 5

Вплив різних дозувань жиророзчинних вітамінів на ріст ячменю

Примітка. Концентрація жиророзчинних вітамінів показана в людино-дозах тому, що вони випускаються заводами із зазначенням такого дозування.

Результати цих дослідів показали, що різні види та сорти пшениці по-різному реагують на вітаміни і що найважливішим фактором, що визначає реакцію рослин на вітаміни, є температура навколишнього середовища.

Досвід, закладений у травні, протікав при середній температурі повітря 16,6 ° (максимальна температура досягала 29 °, мінімальна 5 °), а досвід, закладений у червні, проходив при середній температурі повітря 26,1 ° (максимальна температура досягала 38 °, мінімальна 16 °). Виявляється, яра пшениця за нижчої температури реагувала на вітаміни активніше, а озима пшениця — навпаки.

Очевидно, температура довкілля є дуже важливим фактором, що визначає здатність рослин виробляти такі складні органічні сполуки, як вітаміни, та реагування на отримання їх ззовні.

Вітаміни використовуються клітинами не тільки для посилення окисно-відновних ферментативних систем. Є група вітамінів, яка бере участь у побудові інших найважливіших ферментів.

Такими вітамінами є фолієва кислота, параамінобензойна кислота та ін. Ми хотіли перевірити, чи можна досягти впливу на зростання рослин шляхом додаткового введення вітамінів такого типу.

Найбільш зручним вітаміном для цієї мети є параамінобензойна кислота. Як джерело параамінобензойної кислоти ми взяли діетилпараамінбензальдегід.

Парадіетіламінобензальдегід.

Параамінобензойна кислота.

Ми розраховували, що під впливом ферментативних процесів у рослині відбудеться, з одного боку, відщеплення діетильної групи, і, з іншого боку, альдегідна група перейде в карбоксильну та утвориться вітамін – параамінобензойна кислота. Досвід було проведено у лютому – березні з ячменем сорту.

Результати цього досвіду показали, що довжина кореня першого порядку на дистильованій воді була 43 ± 0,9 мм, а діетилпараамінобензальдегіду при концентрації 0,0002% = 200 ± 1,8 мм; у ячменю, що зростав на дистильованій воді, коріння другого порядку не було зовсім, у ячменю, що зростав на препараті — діетилпарамінобензальдегіді, їх було 54. Ефект, як бачимо, вийшов безперечний, але у нас виник сумнів — чи можна його віднести за рахунок утворення кислоти або він пояснюється присутністю бензойного альдегіду, який може давати перекису.

Для перевірки цього питання у квітні — травні нами було закладено ще один досвід із проростками ячменю, в основу якого були покладені такі міркування.

Параамінобензойна кислота пригнічується сульфамідними препаратами. Якщо фізіологічний ефект, що спостерігається у першому досвіді, потрібно віднести за рахунок утворення параамінобензойної кислоти, то одночасне внесення під рослину сульфазолу має зняти цю дію (в досвіді застосували норсульфазол). Результати цього досвіду наведено у таблиці 6.

Таблиця 6

Вплив діетилпараамінобензойного альдегіду на ріст ячменю

Ці дані показують, що сульфазол не тільки не зняв дію діетилпараамінобензальдегіду, але, навпаки, посилив. Крім того, у цьому досвіді один діетилпараамінобензальдегід зовсім не вплинув на зростання коренів (в умовах постановки першого і другого дослідів відрізнялася температура зовнішнього середовища та сорт рослини).

Ці результати були настільки несподівані, що досвід повторено ще раз, причому результати отримані такі ж. Розгадку цього явища можна визначити, проаналізувавши формулу норсульфазола (див. формули). Виявляється, що тіазольна група сульфазолу майже повністю відповідає будові тіазольного частини вітаміну В1. Враховуючи те, що деякі рослини можуть будувати молекулу вітаміну В1 з її складових частин, можна припустити, що в клітинах кореня під впливом ферменту тіамінази від норсульфазолу відщеплювалася його тіазольна група і синтезувався тіамін.

Вітамін B1.

Норсульфазол.

Якщо це так, то ефект зростання коренів у цьому варіанті досвіду потрібно віднести за рахунок знову утвореного в рослині вітаміну В1. У тому випадку, якщо це припущення правильно, то внесення комбінації діетилпараамінобензальдегіду та сульфазолу на тлі тіаміну не повинно дати жодного фізіологічного ефекту.

Для з'ясування цього припущення було закладено досвід із проростками ячменю (результати його наведено у табл. 7).

Таблиця 7

Вплив діетилпараамінобензоїного альдегіду, сульфазолу та вітаміну B1 на ріст ячменю.

Результати цього досвіду значною мірою підтверджують думку, що рослини можуть синтезувати вітамін B1, якщо у їхньому розпорядженні є органічні сполуки близької молекулярної будови.

Отже, для подальших робіт можна прийняти як робочу гіпотезу думка про те, що для підживлення рослин вітамінами необов'язково вносити їх у чистому вигляді, а можна підібрати набагато простіші речовини, з яких рослина синтезуватиме потрібні йому на даному етапі розвитку вітаміни.

ВИСНОВКИ

1. Бітум гумбрину активізує кисневий обмін у тканинах вищих рослин. Збільшення поглинання кисню під впливом бітуму особливо помітно на коренях льону.

2. Бітум гумбрину при внесенні його в дистильовану воду під проростки різних рослин помітно посилює зростання кореневої системи, а в деяких рослин (соняшник) - і надземної частини. При окисненні бітуму перекисом водню його фізіологічний ефект зникає.

3. Посилення оксидативного обміну в тканинах вищих рослин можна досягти шляхом застосування вітамінів A, D, B1, В2, С та Р-Р . Вплив цих вітамінів на поглинання кисню помітніше на коренях, ніж на листі.

4. Внесення вітамінів під проростки зернових культур у дистильовану воду за відсутності мінеральних речовин посилює зростання кореневої системи. Цей фізіологічний ефект залежить від виду та сорту рослин, стадії розвитку, температури зовнішнього середовища та дозувань вітамінів.

5. Питання про вплив бітумів і вітамінів на життєдіяльність вищих рослин заслуговує на подальше вивчення