Zmiany procesów biochemicznych w roślinach pod wpływem humatu

Omówione powyżej badania wykazały, że aktywność fizjologiczna substancji humusowych ujawnia się również wtedy, gdy roślina otrzyma część cząsteczki kwasu humusowego, będącej częścią jej rdzenia. Jednocześnie samo stwierdzenie tego faktu nie mówi nic o zmianach w procesach metabolicznych rośliny, które prowadzą do pozytywnego efektu agrotechnicznego i w istocie nie wyjaśnia natury fizjologicznego działania kwasów huminowych.

Aby ustalić, w jakim kierunku przejawia się fizjologiczne działanie kwasów huminowych, postawiliśmy sobie za cel prześledzenie zmian w metabolizmie roślin pod wpływem tych związków. Jest to szczególnie wygodne do obserwacji w okresie rozwoju siewek, gdyż w początkowych stadiach rozwoju rośliny najaktywniej reagują na fizjologiczne działanie kwasów huminowych.

Metodologia eksperymentalna

Pierwszą rzeczą, którą należało sprawdzić, było to, czy kiełkujące rośliny wykorzystują substancje próchnicze ze środowiska do realizacji swoich funkcji życiowych i jaki jest charakter ich wpływu na organizm. Najwygodniej było zbadać to zagadnienie na przykładzie ziemniaków, ponieważ kiełki tej rośliny przez długi czas żywią się gotowymi substancjami organicznymi bulwy i, jak się wydaje, potrzeba ich dopływu z zewnątrz do kiełkującego oczka jest wykluczona.

W tym celu przeprowadzono eksperyment laboratoryjny w kulturze wodnej z ziemniakami. Aby uniknąć procesów syntezy wtórnej podczas wchłaniania substancji mineralnych przez korzenie, w doświadczeniu wykorzystano wodę destylowaną. Zatem wszelkie odstępstwa od rozwoju roślin kontrolnych można przypisać wyłącznie substancjom organicznym wprowadzonym do środowiska wodnego.

W tym eksperymencie przetestowano huminian potasowy, uzyskany z torfu przy użyciu ogólnie przyjętej metody. Bulwy kiełkowano na świetle od 29 kwietnia do 3 czerwca. W tym czasie z oczek wierzchołkowych wyrosły dobrze uformowane pędy o długości 2-2,5 cm. Dalsze kiełkowanie prowadzono w naczyniach na wodzie i 0,001% roztworze humusu potasowego. W tym celu część bulw umieszczono na płycie w kształcie plastra miodu, która stykała się z powierzchnią wody w naczyniu. Od nasady oczek przez komórki wprowadzano knoty z bibuły filtracyjnej, którymi woda przepływała do szczątkowych guzków korzeniowych. Gdy korzenie dotarły do ​​wody, knoty zostały usunięte. To samo uczyniono z drugą częścią bulw, jednak zamiast wody do kiełkowania użyto roztworu humusu potasowego. W obu wariantach bulwy przez cały czas były wystawione na działanie powietrza.

Wyniki eksperymentu

Rysunek 2 przedstawia rośliny doświadczalne w piętnastym dniu kiełkowania. Na uwagę zasługuje silniejszy wzrost pąków i szczególnie korzeni w przypadku odmiany z humatem potasowym. Średnia waga oczka i korzeni na bulwę wynosiła tutaj 6,66 i 1,52 g, podczas gdy w próbie kontrolnej wynosiła ona odpowiednio 4,88 i 0,86 g.

Szczególnie interesująca jest różnica w długości życia roślin eksperymentalnych. W wariancie kontrolnym wzrost korzeni i pąków zatrzymał się przedwcześnie i już 18 czerwca, tj. 15 dni po przygotowaniu do kiełkowania, eksperyment musiał zostać przerwany ze względu na wyraźną martwicę roślin. W przypadku wariantu z humatem potasowym takie objawy pojawiły się dopiero 28 czerwca, czyli dziewięć dni później.

Zmiany biochemiczne

Badania biochemiczne wykazały, że w porównaniu z danymi początkowymi (tabela 4) w okresie kiełkowania w bulwach obu wariantów dominują procesy hydrolityczne. Towarzyszy im przemieszczanie się substancji odżywczych do rozwijających się organów.

Dzięki temu pod koniec eksperymentu ilość popiołu i suchej masy w bulwach zmniejszyła się średnio o 20%. Zawartość substancji optycznie czynnych – produktów hydrolizy węglowodanów – wzrosła gwałtownie (o 23%). W rozwijających się organach aktywność peroksydazy wzrastała bardzo szybko. W szczególności w oku bulwy oryginalnej aktywność peroksydazy wynosiła 39 mg Co na 1 g substancji; tydzień po kiełkowaniu wynosiła już 86,6 mg Co, a po kolejnym tygodniu osiągnęła 106 mg Co. Jednocześnie aktywność enzymów w bulwie pozostała prawie niezmieniona i wyniosła zaledwie 2,1 mg Co.

Dystrybucja azotu i fosforu

Bardziej szczegółowo zbadano zagadnienie mobilizacji azotu i fosforu w bulwach pod wpływem humusu potasowego (tab. 5, 6, 7, 8). Dane analityczne przedstawiają rozmieszczenie pierwiastków w organach rośliny w miarę jej rozwoju pod koniec eksperymentu (15 dni po kiełkowaniu). Z danych tych wynika, że ​​w okresie kiełkowania system korzeniowy ziemniaka zostaje znacznie wzbogacony w fosfor, a zwłaszcza w substancje azotowe, dzięki napływowi substancji plastycznych z bulwy matecznej.

Wpływ humatu na dystrybucję pierwiastków

Wpływ humatu potasowego na rozmieszczenie typowych form azotu i fosforu jest wyraźnie widoczny jedynie na kiełku. Jednocześnie pod jego wpływem zwiększa się przepływ substancji zawierających azot z bulwy do kiełka, natomiast fosfor, przeciwnie, nieco maleje. Należy jednak pamiętać, że niższa zawartość fosforu w kiełkach w przeliczeniu na huminian potasu wynika z formy związanej z białkiem. Zawartość fizjologicznie czynnych form fosforu nie zmniejsza się, ale w korzeniach wręcz gwałtownie wzrasta. Widać to wyraźnie, jeśli obliczymy stosunek formy rozpuszczalnej w kwasie trichlorooctowym do fosforu białkowego (Tabela 9).

Aktywność peroksydazy

Duża ruchliwość kwasu fosforowego w korzeniach wiąże się w oczywisty sposób z biologicznym znaczeniem tego organu dla całego organizmu i wskazuje na intensywność zachodzących tam procesów utleniania-redukcji. Rzeczywiście, w specjalnym badaniu (tabela 10) zaobserwowano bezpośredni związek pomiędzy aktywnością peroksydazy a zawartością ruchomego fosforu w organach roślinnych.

Wnioski

Uzyskany materiał pozwala zatem sądzić, że substancje próchnicze torfu są pobierane przez ziemniaki już we wczesnym okresie. Biorąc pod uwagę ich bliskie podobieństwo chemiczne i genetyczne do materii organicznej gleby, można uznać, że spożywanie substancji próchnicznych jest tą samą naturalną koniecznością, którą roślina rozwinęła w procesie ewolucji, co percepcja soli mineralnych.