Одна
из возможностей увеличения фотосинтетической активности связана с
реализацией успехов молекулярной и субклеточной биологии.
До сих пор биологи не могли посягнуть на то, чтобы улучшить сами
фотосинтезирующие машины зеленых растений – хлоропласты. Хотя
с помощью различного рода веществ, изменяющих наследственность,
удавалось изменить их структуру, но каждый раз изменение не улучшало, а
ухудшало свойства этих внутриклеточных частиц. Нужно же было улучшить
их фотосинтетическую активность. И вот намечаются перспективы
использования с этой целью некоторых достижений новой научной
дисциплины – субклеточной биологии. Благодаря им удалось
по-новому подойти к решению важнейшей проблемы – усилить
биологическую продуктивность сельскохозяйственных растений, и прежде
всего их способность синтезировать сахара и полисахариды в процессе
фотосинтеза.
Вернемся еще раз к рассказу о фотосинтезе. Помните цепочку событий:
солнечный луч падает на поверхность зеленого листа и, проходя через
него, поглощается зернами хлоропластов. Под влиянием энергии света в
последних начинается цепь реакций по переработке углекислого газа и
воды в сахара. При прочих равных условиях (интенсивность света
постоянна, число листьев на растении и их площадь постоянны, угол
падения света на лист постоянен, число доступных для растений молекул
углекислого газа и воды постоянно) определяющими продуктивность
фотосинтеза будут свойства хлоропластов, их способность выдавать больше
сахара в единицу времени. Отсюда ясно, что улучшение свойств этой
маленькой внутриклеточной машины, перерабатывающей одни молекулы (СО2 и
Н2О) в другие (сахара), играет важнейшую роль.
Один из путей интенсификации фотосинтеза вырисовывается благодаря
исследованиям культуры растительных клеток. Известно, что в
определенных условиях хлоропласты злостных сорняков (например, пырея)
осуществляют фотосинтез лучше, чем хлоропласты культурных растений. До
последнего времени казалось, что пересадка хлоропластов от одних
растений к другим абсолютно нереальна: ведь протащить хлоропласты через
мощную целлюлозную оболочку клеток растений не представлялось
возможным. Однако после разработки метода получения и культивирования
«голых» растительных клеток, лишенных оболочки
(протопластов), западногерманскому биологу И. Потрикусу впервые удалось
перенести хлоропласты из одних клеток в другие. Пересадку хлоропластов
на другой экспериментальной модели – табаке –
осуществил биолог П. Карлсон. Вместе со своими коллегами С. Вильдманом
и Дж. Греем Карлсон показал, что часть из проникших хлоропластов
способна осуществлять свою биосинтетическую деятельность в новых
клетках, хотя ученым не удалось еще окончательно доказать, что их
результат не был следствием загрязнения препарата хлоропластов
«налипшими» посторонними ядрами клеток. Поэтому с
таким большим интересом были восприняты результаты опытов
новозеландских исследователей во главе с К. Джайлсом, которые выделили
хлоропласты из зеленых клеток шпината, сумели обеспечить их
проникновение в «бесцветные» клетки гриба
нейроспоры, зарегистрировали фотосинтетическую активность этих
чужеродных органелл в новых для них условиях и показали, что
одновременно с этим клетки нейроспоры не теряют своей жизнеспособности.
Тем самым, благодаря усилиям ученых различных стран, удалось
первоначально установить, что перенесенные из клеток в клетки
хлоропласты сохраняют свою целостность и работоспособность, а затем
разобраться в том, каковы условия для создания стабильного
существования «квартирантов» в домах новых хозяев.
В целом следует сказать, что принципиальное затруднение, казавшееся
непреодолимым, осталось позади, и теперь предстоит развивать усилия в
данном направлении.