Значение серы в жизнедеятельности растений (часть 7)
В зависимости от условий фосфорного и нитратно-аммиачного питания методом распределительной хроматографии на бумаге изучалось участие серы в синтезе серусодержащих аминокислот в листьях яровой пшеницы, листьях и корнях сахарной свеклы. Как известно, корневая система снабжает растения не только водой и минеральными веществами, но и более сложными продуктами, в частности аминокислотами, образующимися в процессе обмена веществ непосредственно в корнях. Свободные аминокислоты извлекали 70%-ным спиртовым раствором с последующим выпариванием его досуха и растворением сухого остатка в минимальном объеме воды; в качестве растворителя использовали н-бутанол, уксусную кислоту и воду в соотношении 5:1:2. Проявителем служил 0,1%-ный раствор нингидрина в насыщенном водой бутаноле. Хроматографирование проводили нисходящим потоком.
В зависимости от условий нитратно-аммиачного питания изучался аминокислотный состав молодых листьев и корней сахарной свеклы (фаза образования четырех пар листочков) (рис. 64, 65). В листьях обнаружили пять, а в корнях — семь аминокислот, что свидетельствует о большой синтетической роли корневой системы уже с самого начала вегетации. Из аминокислот в листьях в этот период найдены цистин, глутаминовая кислота, треонин, бета-аланин, метионин, а в корнях — цистин, лизин, серин, глутаминовая кислота, бета-аланин, метионин, триптофан.
Через месяц после первого срока взятия проб в корнях были обнаружены девять аминокислот (цистин, лизин, серин, глутаминовая кислота, треонин, бета-аланнн, гамма-аминомасляная кислота, триптофан и фенилаланин), в листьях — семь (цистин, лизин, серин, глутаминовая и гамма-аминомасляная кислоты, триптофан и фенилаланин).
Поскольку методом одномерных хроматограмм (см. рис. 64, 65) в аминокислотном составе при нитратном и аммиачном питании каких-либо различий не установлено, можно предполагать, что физиологическое значение этих форм азота для синтеза аминокислот в растениях одинаково.
Следует отметить, что при недостаточном уровне питания в корнях обнаруживали гораздо меньше аминокислот, чем при внесении азотных, фосфорных и калийных удобрений. При недостаточном питании найдены цистин, лизин, серин, треонин, бета-аланин, а при нормальном (0,15 г азота, 0,15 г фосфора, 0,10 г калия на 1 кг почвы) — цистин, лизин, серин, глутаминовая кислота, треонин, бета-аланин, метионин, триптофан. Следует отметить, что все это имеет важное значение для улучшения питания населения, так как только такие аминокислоты, как лизин, валин, триптофан и метионин, способствуют повышению качества кормов и мяса в животноводстве. Наряду с этим наличие микроэлементов в виде металлоорганических комплексов в составе продуктов питания человека резко улучшает их качество за счет витаминов, гормонов и ферментативных систем.
Цистин и метионин также играют большую роль в промежуточном обмене веществ в растениях, в формировании качества сельскохозяйственной продукции. В связи с этим мы изучали скорость включения серы из сернокислого натрия в молекулы цистина и метионина в зависимости от уровня фосфорного питания (одинарные и двойные дозы фосфора). Приведенные в табл. 163 данные подтверждают предыдущие выводы о том, что из минеральных соединений, поступающих в листья и корни сахарной свеклы, больше серы включалось в цистин и меньше в метионин, в связи с чем максимальное количество ее использовалось для синтеза цистина.
Из всего вышеизложенного можно сделать такие выводы:
1. Сера активно вовлекается растениями в биологический круговорот, вследствие чего значительное количество ее выносится с урожаем, особенно это касается корне- и клубнеплодов (свекла, картофель, редис), бобовых культур и кукурузы. По мере интенсивного применения различных удобрений (в частности, новых концентрированных твердых и жидких минеральных) значение внесения серы в почву для питания растений возрастет.
2. В запасных белках сахарной свеклы и яровой пшеницы обнаружено значительно больше серы, чем в конституционных белках; методом распределительной радиохроматографии на бумаге показано, что сера быстрее включается в синтез молекул цистина, чем метионина.
Внедрение серы в молекулы цистина находится в прямой зависимости от поступления ее в растения клевера; сера из внесенных в почву сернокислого натрия и гипса довольно активно участвовала в синтезе серусодержащих аминокислот и белков в различных органах клевера.
3. Больше всего серы при использовании сернокислых соединений, внесенных в почву, обнаружено в корнях, меньше — в стеблях и листьях. В биосинтезе цистина и метионина у клевера радиоактивная сера сульфатов участвует на третий день после внесения их в почву.
Участие радиоактивной серы в биосинтезе цистина в корнях растений клевера значительно больше, чем в стеблях и листьях.
4. Проведенные исследования позволяют предполагать, что превращение сульфатов в тканях растений происходит по следующей схеме: SO4 → цистин (цистеин) → метионин → белок.
Клевер весьма активно поглощает серу из сернокислых удобрений, которые и следует рекомендовать для применения на практике.
5. Сера из минеральных (сернокислый натрий) и органических (метионин и витамин B1) соединений в процессе биосинтеза более интенсивно включалась в запасные белки растений (более подвижную фракцию), чем в конституционные.
Сера метионина и витамина B1 при инъекцировании последних в корень интенсивно передвигалась в надземную часть сахарной свеклы. В молодые листья она включалась быстрее, чем в более старые. При этом из метионина серы поглощалось примерно в три раза больше, чем из витамина B1.
6. При использовании растениями серы метионина и витамина B1 максимальное ее количество найдено во фракции органических соединений и гораздо меньшее — во фракции минеральных. Скорость обмена серы, поступившей из метионина во всех исследованных нами серусодержащих фракциях (минеральных, органических, трудно- и легкоотщепляемых соединениях), была значительно выше, чем скорость обмена серы, поступившей из витамина B1.
7. Нитратное питание в сравнении с аммиачным способствовало увеличению скорости обмена серы. Под влиянием марганца скорость обмена неорганической формы соединений серы как на фоне нитратного, так и на фоне аммиачного питания мало изменялась. Скорость обмена органической и трудноотщепляемой форм серы под влиянием марганца при нитратном питании значительно уменьшалась. Менее заметным снижение скорости обмена оказалось при аммиачном питании.
8. Методом одномерной распределительной хроматографии на бумаге показано, что в более молодых по возрасту корнях сахарной свеклы аминокислотный состав богаче, чем в листьях, что свидетельствует о высокой синтетической деятельности корневой системы. Аминокислотный состав листьев и корней сахарной свеклы при нитратном и аммиачном питании не изменялся, что подтверждает равноценное значение нитратной и аммиачной форм азотного питания для синтеза аминокислот в растениях.
9. Методом хроматографии на бумаге показано, что сера быстрее включается в синтез молекул цистина, чем метионина. Внедрение серы в молекулы цистина находится в прямой зависимости от поступления ее в растение, в связи с чем необходимо регулировать снабжение ею растений, внося удобрения, содержащие серу.
