Интенсивность процессов обмена веществ (часть 4)
Эти факты свидетельствуют, какое большое значение для наиболее эффективного использования минеральных удобрений имеют уровень и соотношение между основными элементами питания. Многочисленными исследованиями установлено, что уровень и соотношение минеральных элементов питания сильно влияют на урожай и качество сельскохозяйственных культур. Это связано с изменениями направленности процессов обмена веществ, протекаемых в органах растения по отдельным периодам роста и развития.
Обмен веществ тесно связан с дыханием растений, которое является одним из поставщиков энергии, выделяющейся в процессе окисления различных соединений клетки и запасающейся в виде макроэргических фосфатных связей АТФ. Однако роль дыхания не сводится только к энергоснабжению клеток. Реакции дегидрогенирования, дезаминирования и другие окислительные процессы участвуют во взаимопревращении метаболитов, образовании строительного материала для биосинтеза, получении активных соединений из химически инертных веществ. Поэтому нас интересовало, какое влияние могут оказать различные уровни и соотношения основных элементов минерального питания на энергетическую эффективность дыхания и на интенсивность отдельных окислительных процессов. В частности, большой интерес представляет изучение влияния уровня и соотношения азотно-фосфорного питания на количественное соотношение пентозо-фосфатного и гликолитического расщепления глюкозы в дыхании, так как биологическая роль их различна.
Основное значение гликолиза состоит в том, что он является подготовительным этапом аэробного дыхания. В результате окисления глюкозы по этому пути образуется пировиноградная кислота, являющаяся исходным продуктом в цикле Кребса. Так как в цикле Кребса образуется основная часть молекул АТФ, то схематически гликолитический путь дыхания можно рассматривать как основной источник АТФ в дыхании (Плешков, 1975). Биологическое значение пентозофосфатного цикла заключается в образовании НАДФ*Н2, необходимого для восстановительного биосинтеза. Кроме того, он может служить источником пентозы для синтеза нуклеиновых кислот, а также эритрозы для синтеза ароматических соединений (Кулаева и др., 1957).
Данные о влиянии минерального питания на соотношение гликолитического и пентозофосфатного путей окисления глюкозы очень немногочисленны. Имеются сведения, что при фосфорном голодании гликолиз подавляется (Кулаева, 1957). По данным П. А. Власюка (1967), фосфорные удобрения увеличивают активность таких ферментов гликолиза, как фосфоглюкомутаза и альдолаза. Рядом работ отмечается увеличение доли пентозофосфатного пути в процессе онтогенеза растений (Семихатова, 1969).
Процессы дегидрирования (отнятие водорода), осуществляющиеся многочисленной группой ферментов — дегидрогеназами, играют большую роль в обмене веществ. Дегидрогеназы участвуют и в окислении самых разнообразных веществ: углеводов, жиров, органических кислот, аминокислот, спиртов, фенолов, пуринов и т. д. Различные дегидрогеназы принимают участие в реакциях гликолиза цикла Кребса, пентозофосфатного пути расщепления глюкозы и в других процессах. Биосинтез различных соединений также осуществляется с помощью дегидрогеназных ферментов. Таким образом, определение общей дегидрогеназной активности дает возможность судить об интенсивности обмена веществ. Влияние минерального питания на дегидрогеназную активность еще практически не изучено. Известна лишь работа Т. В. Лихолата и А. С. Левина, изучавших активность сукцинат-глютаматдегидрогеназы и малатдегидрогеназы при выращивании растений на разных фонах минерального питания. Эти авторы пришли к выводу, что азотные удобрения способствуют увеличению активности дегидрогеназ в большей степени, чем фосфорные.
С целью изучения влияния уровня и. соотношения основных элементов питания на энергетическую эффективность дыхания, дегидрогеназную активность и соотношение гликолитического и пентозофосфатного путей расщепления глюкозы был заложен вегетационный опыт с ячменем сорта Винер. Для опыта использовали почву с опытного участка ЦОС ВИУА. Почву смешивали с песком в соотношении 1:1. В течение вегетационного периода в сосудах поддерживали влажность на уровне 60% полной влагоемкости. Эффективность окислительного фосфорилирования P: О прослеживали на изолированных митохондриях. Окислительную активность определяли монометрически в аппарате Варбурга, убыль неорганического фосфора — по Труогу, общую дегидрогеназную активность — по окислению феназинметасульфата в присутствии цианида гомогенатами листьев манометрически. Активность определяли в пробе листьев, взятых со всего растения, и выражали в мкл O2 на 1 г сырой массы ткани. Для определения соотношения гликолитического и пентозофосфатного путей окисления глюкозы использовали ингибиторный метод, для подавления гликолиза — фтористый натрий и монойодацетат. Ингибиторы вводили вакуум-инфильтрацией. В контрольные образцы вводили бидистиллированную воду. Определение дыхания проводили манометрические. Так как ранее нами было установлено изменение чувствительности к фтористому натрию с возрастом листьев, то для анализа брали среднюю пробу из самых молодых сформировавшихся листьев (второй лист сверху). Концентрация фтористого натрия была увеличена в 2,5 раза в связи с тем, что в предыдущем опыте концентрация 0,02 M фтористого натрия оказалась недостаточной.
