Влияние комплекса аминокислот и микроэлементов на физиолого-биохимические процессы в растениях

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

3.1. Влияние комплекса  аминокислот с микроэлементами на биометрические показатели озимой пшеницы сорта «Вершина»

 

Для проведения исследований отбирались образцы озимой пшеницы. На опытном поле было посажен вариант на двух фонах (повышенном и пониженном). С каждого фона было отобрано по десять растений в фазе колошения. Отобранные образцы исследовались по следующим показателям: высота растения, общая кустистость, продуктивная кустистость, число листьев на растении, длина и ширина каждого листа. Результаты исследований были обработаны, были высчитаны  средние значения по каждому показателю.

Была проведена биометрия каждого растения. Мы посчитали сколько стебельков в каждом растении. Измерили высоту каждого растения от основания корня до самого высокого колоска. Посчитали число листьев. Измерили по линейке длину листа и ширину. Высчитали аналитическим методом площадь листа. Взвесили сначала массу сырую, высушили в сушильном шкафу при температуре 105 градусов. Затем взвесили сухую массу. Полученные результаты отображены в таблице 1 .

 

Таблица 1. Влияние комплекса аминокислот с микроэлементами на биометрические показатели озимой пшеницы.

Вариант	Кустистость		Высота куста, см	Число листьев, шт	Длина листа, см	Ширина листа, см	масса		Площадь листьев, см2
	общая	прод					сыр.	сух.
14.1	4.6	4.2	97.6	12.5	26.7	1.5	40.84	4.4	26.8
14.2	4.3	4.1	92.4	8.3	23.8	1.2	35.13	3.7	19.1

 

 

Из таблицы мы видим, что варианты на разных фонах отличаются друг от друга по всем биометрическим показателям. Кустистость общая и продуктивная на вариантах 14.1 и 14.2 отличались на 0.3 и 0.1 единицу соответственно. Высота куста различалась на 4.8%, причем ниже были кусты с варианта 14.2. Число листьев у варианта 14.2 было меньше на 0.8 раза, листы короче на 3 см, а уже на 0.3 см. Сырая масса надземных органов у варианта 14.2 была легче на 11.6%. Площадь листьев меньше на 7.7 единиц измерения. В целом вариант 14.2 (N50 P50 K50) уступает варианту 14.1 (N100 P100 K100) по всем показателям.

 

Рисунок 1 - Влияние комплекса аминокислот с микроэлементами на биометрические показатели озимой пшеницы.

 

 

 

 

 

 

3.2. Влияние комплекса аминокислот с микроэлементами на интенсивность дыхания озимой пшеницы сорта «Вершина».

 

Основателем учения о дыхании считают Н.Т. Соссюра, который в 1797-1804 гг. впервые используя количественный анализ, установил, что в темноте растения поглощают столько же кислорода, сколько выделяют СО2, при этом выделяется и Н2О. Высказал мнение, что описанный им газообмен у растений является процессом дыхания и что он обеспечивает растение энергией. Это положение долгое время не признавалось. Считали, что ночью выделяется СО2, который не был использован при фотосинтезе.

А.Л. Лавуазье (1783-1783 г.г.) заложил научные основы учения о роли кислорода в дыхании. Считал, что дыхание имеет сходство с горением. Каким образом может протекать горение при обычной температуре да еще в водной среде?

Х.Ф. Шейнбайн (1845 г.) разработал теорию окислительных процессов (наблюдая потемнение тканей яблока, картофеля, плодов), согласно которой в живых клетках имеются соединения, способные окисляться в присутствии О2, и таким образом активировать молекулярный кислород. Ошибочно полагал, что в результате активации кислорода образуется озон.

А.Н Бах (1897 г.) разработал перекисную теорию биологического окисления, приложив ее к процессам дыхания. По Баху активация кислорода - это образование пероксида:

Эта теория была ошибочной, но при этом были заложены основы современного понимания механизма активации кислорода.

Кроме того Бах выдвинул и вторую гипотезу, согласно которой биологическое окисление связано с отнятием от субстрата электронов и протонов. При этом роль кислорода заключалось в регенерации окисленного состояния первичного акцептора водорода.

В.И. Палладин (1903-1916 гг.) развил гипотезу Баха в стройную теорию химизма дыхания. На примере метиленовой сини и прорастающих зародышей пшеницы показал, краситель восстанавливается за счет присоединения электронов и протонов. В 1912 г. он в статье «Значение дыхательных пигментов в окислительных процессах растений и животных» представил общую теорию химизма дыхания, разделив основное уравнение дыхания на две части - анаэробную (1) и аэробную (2).

1. С6Н12О6+6Н2О +12R(пигмент) -- 6СО2+ 12RH2(хромоген).
2. 12RH2 + 6O2 -- 12R + 12H2О.

где R- окрашенный дыхательный пигмент, способный отнимать водород от субстрата, аRН2- бесцветный дыхательный хромоген.

Глюкоза окисляется за счет отнятия водорода ферментом, который передается на дыхательный пигмент R(активация водорода). Кислород воздуха необходим не для включения в дыхательный субстрат, а для отнятия электронов и протонов отRH2(дыхательного хромогена), в результате образуется вода.

Теория Палладина о двух фазах (анаэробная и аэробная) дыхания и роли воды полностью подтвердилась.

Таким образом, было показано, что биологическое окисление основывается в одинаковой мере на процессах активирования кислорода, так и водорода. Начальный этап биологического окисления заключается в ферментативном отщеплении и переносе водорода на акцептор.

О.Г Варбург (1921 г.), нем. уч. обнаружил, что активация кислорода связана с Fe-содержащим веществом порфириновой природы (цитохромокидаза).

Д. Кейлин (1925 г.), англ. биохим., доказал присутствие в клетках цитохромоксидазы и открыл другие цитохромы. Позже было показано, что у всех аэробов на завершающем этапе дыхания осуществляется перенос электронов и протонов на кислород, в результате чего образуется вода или перекись водорода.

Существенный вклад в изучения сути окислительных процессов и химизма дыхания внесли такие отечественные ученые, как О. Варбург ?, В.А. Энгельгардт, И.П. Бородин, С.П. Костычев и зарубежные - Г. Виланд, Г. Кребс и др.

К середине 30-х годов ХХ в. была выявлена полная цепь реакции гликолиза (Л.А. Иванов, Костычев, Лебедев, Г. Эмблен, Я.О. Парнас, О. Мейергоф).

В 1937 г. англ. биохим., Г.А. Кребс, учитывая данные Турнберга и Сэнт-Дьердьи и исходя из собственных экспериментов по изучению взаимопревращения различных органических кислот и их влияния на дыхание летательной мышцы голубя предложил схему последовательности окисления ди- и трикарбоновых кислот до СО2и Н2О (цикл лимонной кислоты или цикл ди- и трикарбоновых кислот), который был назван его именем.

2. Современное представление о процессе дыхания. Значение дыхания

Дыхание - это сложный ступенчатый ферментативный окислительный распад органических веществ, в результате которого образуются химически активные метаболиты и освобождается энергия, используемая клетками для процессов жизнедеятельности.

Значение дыхания:

1. Является источником энергии для выполнения следующих видов работы - движения цитоплазмы и органоидов, передвижения ассимилятов, движения органов, передвижения веществ через мембраны, работу ионных насосов, создания мембранного потенциала, а также повышения температуры растений.
2. Является источником химически активных метаболитов (промежуточных продуктов окисления), которые используются для биосинтеза других сложных веществ в клетке (АК, белков, ЖК, фенольных соединений и т.д.).

Общая схема дыхания.

Дыхание осуществляется в две фазы:

Анаэробная (гликолиз), протекающая в цитозоле клетки и в результате которой из гексозы (глюкозы) образуются две молекулы ПВК. ПВК в аэробных условиях полностью окисляется до СО2и Н2О. В анаэробных условиях происходит брожение (спиртовое, маслянокислое, молочнокислое и др.).

Аэробная фаза включает окислительное декарбоксилирование ПВК, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование и протекает в матриксе митохондрий.

На основании современных представлений общую схему дыхания можно представить в следующем виде:

Процесс дыхания состоит из двух этапов. Первый - анаэробный (гликолиз), в результате которого углеводы распадаются до ПВК.

Второй этап может протекать двумя путями: при аэробных условиях - до СО2и Н2О и при анаэробных условиях до спирта или др. соединений.

1. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз), его регуляция и энергетика.

Гликолиз - процесс анаэробного распада глюкозы, идущий с освобождением энергии, конечным продуктом является ПВК. Гликолиз - общий начальный этап аэробного типа дыхания и всех видов брожений. Реакции гликолиза протекают в растворимой части цитоплазмы и хлоропластах.

Гликолиз расшифровали полностью в середине 30-х годов немецкие биохимики Г. Эмбден, О.Ф. Мейергоф и советский биохимик Я.О. Парнас (цикл Эмбдена-Мейергофа-Парнаса)- анаэробный этап дыхания, представлен во всех формах жизни, и предшествует всем типам дыхания, что свидетельствует о его раннем происхождении в процессе эволюции жизни. Гликолиз называют также дихотомическим окислением, так как происходит распад гексозы на две триоды.

Слово «гликолиз» означает расщепление сахара. Пул гексоз (гексозофосфатов) находится в цитозоле и представлен гл.-6-фос, гл.-1-фос, фр.-6-фос. Гексозы поступают в зону локализации «своего» фермента путем диффузии.

Анаэробный этап дыхания можно разделить на 3 фазы:

1. Подготовительная, в результате которой происходят фосфорилирование гексозы и ее активация с использованием энергии АТФ и при этом образуются 2 триозы (ФГА, ФДОА).
2. Окисление в результате которой происходит окисление триозы до ФГК и восстановление НАД-зависимой дегидрогеназы.
3. Первого и второго субстратного фосфорилирования в результате которого синтезируется АТФ.

Анаэробный этап включает 11 последовательно протекающих ферментативных реакций:

1. Глюкоза + АТФ - гексокиназа = Глюкозо-6-фосфат;
2. Глюкоза-6-фосфат - гексозофосфатизомераза = фруктоза-6-фосфат;
3. Фруктоза-6-фосфат + АТФ - фосфофруктокиназа = фруктозо-1,6-дифосфат;
4. Фруктозо-1,6-дифосфат - альдолаза = ФГА + ФДОА;
5. ФДОА - триозофосфатизомераза - 2ФГА;
6. 2 ФГА + 2 Н3РО4+ 2 Н2О + НАД+триозофосфатдегидрогеназа = 2 1,3-ФГК + 2 НАДН + Н+;
7. 2 1,3-ФГК + 2 АДФ - фосфогликолаткиназа = 2 3-ФГК + 2 АТФ (1-е субстратное фосфорилирование);
8. 2 3-ФГК - фосфоглицератмутаза = 2 2-ФГК;
9. 2 2-ФГК - Н2О - фосфопируватгидротаза = 2 ФЕПК;
10. 2 ФЕПК + 2 АДФ - пируваткиназа = 2 ЕПВК + 2 АТФ (2-е субстратное фосфорилирование);
11. 2 ЕПВК = 2 ПВК.

Энергетика гликолиза. На преобразование 1 молекулы глюкозы в 2 молекулы ПВК затрачивается 2 молекулы АТФ (подготовительная фаза). При окислении ФГА до ФГК восстанавливается 2 молекулы НАД (2 х 3 = 6 АТФ). При 1 и 2 субстратном фосфорилировании образуется 4 АТФ.

Итого 4 + 6 = 10 - 2 = 8 АТФ х 40 кДж (10 ккал) = 335 кДж/моль (80 ккал).

2. Аэробная фаза дыхания (цикл Кребса), его регуляция и энергетика

Аэробная фаза может быть разделена на три этапа: окислительное декарбоксилирование ПВК, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование.

1. Окислительное декарбоксилирование ПВК: в окислительном декарбоксилировании ПВК участвуют пируатдегидрогеназный мультиферментный комплекс в состав которого входят ферменты - дегидролипоилтрансацетилаза, пируватдекарбоксилаза, дегидролипаилдегидрогеназа, коэферментами которых являются ТПФ, липоевая кислота, ФАД, НАД и КоА. В результате образуется ацетил КоА, выделяется первая молекула СО2и восстанавливается НАД зависимая дегидрогеназа.
2. Цикл ди- и трикарбоновых кислот: цикл протекает в строме митахондрий, включает совокупность реакций в ходе которых происходят декарбоксилирование и дегидрирование ди- и трикарбоновых кислот. В цикле Кребса кислород воздуха участие не принимает. Однако в цикле принимает участие кислород воды (мокрое окисление).

1 реакция цикла - конденсация ацетилКоА с щавелевоуксусной кислотой с участием фермента цитрат-синтазы (4.1.3.7) и образование лимонной кислоты.