Таинственный пигмент, или влияние длины дня на
цветение растения
Солнечный свет оказывает сильное влияние на
внешнее строение растений, прорастание
семян, образование корневищ,
клубней, формирование цветков,
на листопад и другие физиологические
процессы в жизни растений.
Семена большинства растений прорастают в темноте, и стебель быстро
выходит через слой почвы на поверхность. Проростки стремительно тянутся
к свету, вынося листья наверх, где они смогут получить необходимые им
для фотосинтеза солнце и
воздух. Но растение может быстро расти
некоторое время и без света. Однако оно станет бледно-желтым: в темноте
хлорофилл не образуется. Стебель будет вытянутым, листья - мелкими с
желтоватым оттенком. Такие растения называются этиолированными. Они
обречены на гибель, если вовремя не увидят свет. Свет же дает сигнал к
новой жизни: прекращается резкое удлинение стебля, листья оживают,
развертываются, подставляя солнцу свои листовые пластинки, и принимают
обычную форму. Растение чувствительно к свету даже больше, чем обычная
фотопленка. Движение к свету - одно из важнейших приспособлений
растения, завоеванное им в эволюционной борьбе за жизнь на суше.
Изучение влияния спектров действия света показало, что эффект
максимального торможения роста стебля у проростков вызывается
длинноволновой (красной) областью света с длиной волны 660 нанометров,
а устраняется эффект при освещении растений светом с длиной волны около
730 нанометров, называемой дальним красным светом.
Поиски американских ученых С. Хендрикса, В. Батлера и Г. Бортсвика
привели к открытию еще одного пигмента растений - фитохрома. Фитохром
существует в двух формах: поглощающей красный свет при 660 нанометрах
(Фк) и поглощающей дальний красный свет при 730
нанометрах (Фдк). В
химическом отношении фитохром - это нерастворимые в воде хромопротеиды.
Часть молекулы (сам пигмент) близка по составу к пигменту красных
водорослей и соединена с белком. Форма Фк имеет
синий цвет, а Фдк -
зелено-желтый. Солнечный свет содержит равные доли красного и дальнего
красного света, благодаря чему уравновешиваются формы Фк
и Фдк. Под
воздействием красного света неактивная форма Фк активизируется и
переходит в форму Фдк. Дальний красный свет
вызывает обратный эффект.
красный свет
Фк ---------------------------> Фдк -------->
биологический
<----------------------------
эффект
дальний красный свет
Любопытно, что реакция растения зависит от природы света, которым его
освещали в последний раз. Несколько минут дальнего красного света
достаточно, чтобы снять эффект предшествующего красного света, а
освещение красными лучами устраняет действие дальних красных лучей. Это
наглядно видно в опытах с прорастанием семян салата-латука.
--------------------------------------------------------------------------------------- Влияние
света на прорастание семян салата-латука
Световые воздействия
Прорастание (%)
1. Темнота
……………………………..…........….
0
2. Красный свет
……………………….......…..…
45
З. Красный свет + дальний красный свет
… 0
4. Красный свет + дальний красный свет
(7 циклов) + красный свет
………….....…….
48
5. Красный свет + дальний красный свет
(7 циклов) + красный свет
+ дальний красный свет
……………….....….
0
-------------------------------------------------------------------------------------
Таким образом, было доказано наличие очень важной регуляторной системы
- фитохромной системы растений. Эта система регулирует многие процессы:
подавление роста стебля, развертывание листьев, ориентацию
хлоропластов, прорастание семян, цветение.
С загадкой цветения связана одна любопытная история. В 1920 году
американские ученые У. Гарнер и Х. Аллард обнаружили, что табак сорта
Мэриленд Мамонт в окрестностях Вашингтона на грядке почему-то не цвел,
хотя в теплице великолепно цвел осенью и зимой. Цветки Мэриленд Мамонт
были нужны ученым для скрещивания с другими сортами табака. Тогда
исследователи стали ежедневно держать растения определенное время в
темноте, то есть искусственно сократили длину дня. Скоро у растений
неожиданно образовалось много цветков. Это позволило завершить
эксперимент. Успех побудил ученых испытать новый метод и на других
растениях, которые не цвели летом. Дальнейшие результаты показали, что
растениям необходим короткий день. Так было открыто общее для всех
растений явление - фотопериодизм.
Советские физиологи В. Н. Любименко, Б. С. Мошков обнаружили, что у
многих растений переход от быстрого роста к цветению приспособлен к
длине летнего дня на их родине. Есть растения длинного и короткого дня.
Первые не будут цвести, если день короче 12 часов, а вторые, наоборот,
не зацветут, если длиннее. Продолжительность дня соответственно влияет
на разные растения. Так, большинство длиннодневных растений при
коротком дне имеют розеточную форму или короткий стебель. У
короткодневных растений при длинном дне происходит интенсивный
вегетативный рост.
Наши обыкновенные хлебные злаки - пшеница,
рожь, ячмень - относятся к
растениям длинного дня. А конопля, просо, соя, некоторые сорта табака,
многие тропические растения принадлежат к короткодневным растениям: они
цветут либо весной, либо осенью. Поэтому садовые астры и георгины под
Москвой начинают цвести осенью, а соя и желтый табак не созревают даже
до наступления морозов.
Рис.1. Влияние длины дня на цветение
фотопериодически чувствительных
сортов табака.
Однако, помимо растений короткого и длинного дня, существует группа
фотопериодически нейтральных растений, цветение которых не зависит от
длины дня. Это фасоль, томат, одуванчик.
Необходим ли свет всему растению? Советские ученые М. Х. Чайлахян и Б.
С. Мошков в опытах с прививками установили, что нет необходимости
освещать все растение. Достаточно воздействовать лишь на лист, чтобы
оно зацвело. Если лист короткодневного растения табака сорта Мамонт
подвергнуть фотопериодической индукции и привить на табак сорта
Сильвестрис - растение длинного дня, то оно зацветет при коротком дне.
И наоборот: если лист длиннодневного растения привить на короткодневное
растение, то оно тоже зацветет только при коротком дне.
Результаты опытов с прививками позволили предположить, что в листьях
под действием необходимого для растения фотопериода образуется
определенное вещество (гормон), которое затем перемещается в точки
роста и ускоряет цветение. Академик М. Х. Чайлахян назвал это
гипотетическое вещество флоригеном, что означает по-французки
"вызывающий цветение". Дальнейшие эксперименты подтвердили
предположения ученых, однако пока выделить гормон цветения не удалось.
Исследования показали, что для цветения как длиннодневных, так и
короткодневных растений важна не столько светлая часть суток, сколько
темнота, то есть цветение зависит от ночного сна. Если в середине ночи
дать хотя бы слабый свет, то растение короткого дня уже не будет цвести
даже в благоприятных условиях. Для длиннодневных растений прерывание
сна окажет обратное действие - они зацветут при коротком дне.
Красный свет наиболее эффективно прерывает темновой период, но его
влияние снимается с помощью дальнего красного света. Это подтверждает
тот факт, что в явлениях фотопериодизма участвует фитохромная система.
Не исключается возможность того, что действие фитохрома связано с
активацией генов в наследственном аппарате растительной клетки.
