Изменение содержания белков, углеводов, липидов, органических кислот, витаминов и минеральных веществ в вегетативной массе бобовых и злаковых трав в процессе их роста и развития

Рост и развитие растений проявляются в интегрировании всех физиолого-биохимических процессов, обусловливающих взаимодействие растительного организма со средой. При этом рост растений сопровождается новообразованием цитоплазмы и клеточных структур, что приводит к увеличению числа и размеров клеток, тканей, органов и всего организма. Развитие сопровождается качественными изменениями в структуре и функциях растений и его отдельных частей. Причем процессы роста и развития тесно взаимосвязаны и запрограммированы, информация об их реализации заложена в структуре нуклеиновых кислот.

Рост и развитие растений начинается с прорастания семян, для которых необходимы влага, определенная температура и наличие кислорода. В процессе роста растительный организм поглощает воду, накапливает макро- и микроэлементы и аккумулирует энергию.

Состав биогенных соединений кормовых растений в процессе вегетации может очень сильно изменяться. Активный рост растений сопровождается возрастанием дыхания, повышением активности анаболических ферментативных систем. В этот период происходит активное деление клеток, что обусловливает повышенный расход АТФ. Последний используется в процессе синтеза белков, инициирует протекание анаболических и катаболических процессов в клетках растений. Рост и развитие растений сопровождается увеличением его вегетативной массы.

В клетках растений протекают ферментативные реакции, которые являются составной частью метаболических процессов, обеспечивающих синтез необходимых для их жизнедеятельности биогенных молекул. Процессы синтеза нуклеиновых кислот, белков, липидов и других молекул обусловливают протекание процессов деления клеток. В результате растение растет и развивается. Причем процессы роста и развития находятся во взаимной зависимости и являются условием последовательного формирования как вегетативных, так и генеративных органов растения. При этом их рост сопровождается увеличением размеров, объема, массы организма и новообразованием элементов его структуры. Эти изменения в параметрах растений возможны при активном делении клеток, в которых происходит синтез нуклеиновых кислот, а также соответствующих белков, в том числе и ферментов, участвующих в репликации.

Возрастание числа и размеров клеток обусловливает увеличение протяженности мембран, основу которых составляют липиды. В состав мембран растений входят жирные кислоты, фосфо- и гликолипиды, сте- рины и др.

Существенное влияние на формирование листьев и стебля растения оказывают биохимические процессы, обусловливающие баланс углеводов, среди которых приоритетное значение имеют процессы синтеза клетчатки и лигнина, определяющие механическую прочность надземных вегетативных частей растения.

В более поздние фазы развития растений происходит формирование генеративных органов, поэтому часть синтезированных соединений расходуется на их образование. При этом в вегетативных органах растений наблюдается снижение содержания азотистых и минеральных веществ, но увеличение количества клетчатки и лигнина.

По мере роста стеблей у них быстрее накапливается клетчатка, а в период налива синтезированные в листьях углеводы начинают поступать в формирующиеся семена. Кроме углеводов, в семена транспортируются органические кислоты, витамины, макро- и микроэлементы. При этом витамины и микроэлементы служат составными частями ферментов и других функциональных белков. Низкомолекулярные углеводы и органические кислоты используются в метаболических процессах формирующихся семян. При этом органические кислоты, которые являются метаболитами дыхания, могут быть использованы в процессах синтеза аминокислот и других соединений формирующихся семян. Поэтому возрастание доли полезного продукта в урожае может быть достигнуто за счет изменения направления оттока ассимилятов из листьев в отдельные органы, обеспечивая их рост.

Кроме того, если на начальных стадиях роста растений в тканях накапливаются легкоусвояемые фракции углеводов (сахароза, крахмал), то после цветения повышается количество гемицеллюлоз и фруктозанов. Метаболизм углеводов в этот период зависит от обеспеченности растений азотом, фосфорными и калийными удобрениями, которые способствуют возрастанию активности процессов синтеза клетчатки и лигнина. Обилие азота вызывает бурный рост листьев, обусловливая увеличение вегетативной массы растения. Содержание зольных элементов в процессе вегетации растений понижается в 1,5...2,0 раза, в особенности калия и фосфора. В процессе вегетации понижается и содержание в растениях витаминов.

Синтез органических соединений, необходимых для роста и развития растений, происходит в процессе фотосинтеза. Причем темпы роста и развития определяют интенсивность использования продуктов фотосинтеза, оказывая влияние на скорость этого процесса. Накопление в хлоропластах продуктов фотосинтеза может приводить к торможению работы ферментов. Так, накопление фруктозодифосфата тормозит работу рибулозодифосфаткарбоксилазы, а яблочная кислота — фосфоенолпиру- ваткарбоксилазы. Растения в процессе фотосинтеза накапливают крахмал, который откладывается в хлоропластах. Количество крахмала может составлять от 20 до 52% сухой массы хлоропластов. Избыток крахмала может ингибировать активность рибулозодифосфаткарбоксилазы.

Таким образом, при накоплении ассимилятов процесс фотосинтеза тормозится, тогда как их отток и метаболизация зависят от ростовой функции растений. Следовательно, между фотосинтезом и ростовыми процессами существует не только прямая, но и обратная связь. В регулировании этих процессов принимают участие фитогормоны. При этом фитогормоны способны воздействовать на фотосинтез как путем ускорения роста растений, так и непосредственно активируя реакции фотосинтеза.

В хлоропластах растений присутствуют пигменты желтого, оранжевого и красного цвета, называемые каротиноидами. Они участвуют в процессе фотосинтеза и обеспечивают защиту молекул хлорофиллов от необратимого фотоокисления. Основными каротиноидами пластид растений являются каротины, лютеины, виолаксантин и неоксантин. Синтез каротиноидов начинается с ацетил-КоА через мевалоновую кислоту, гера- нилгеранилпирофосфат до ликопина, который является предшественником всех каротиноидов. Синтез каротиноидов происходит в темноте, но ускоряется при действии света. Накопление каротиноидов происходит в период высокой фотосинтетической активности хлоропластов и коррелирует с содержанием хлорофиллов.

Процессы роста и развития растений находятся под контролем сложной регуляторной системы, в составе которой фитогормоны, витамины и микроэлементы; присутствие их усиливает рост клеток. Необходимость микроэлементов обусловлено тем, что в этот период возрастает потребность в повышении фотосинтетической активности хлоропластов. Последние содержат хлорофилл, в составе которого присутствует магний.

Значение фосфора определяется тем, что он входит в состав нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов, витаминов и других биогенных соединений. Многие витамины входят в состав коферментов, участвуя в каталитическом действии ферментов, ускоряющих протекание процессов фотосинтеза, окислительного фосфорилирования и других. Фосфор является составной частью многих молекул, участвующих в энергетических процессах.

Ионы К" в клетках растений присутствуют в свободной форме. Калий активирует работу' ферментативных систем. Так, в присутствии калия возрастает активность гексокиназы, а также ферментов, участвующих в образовании АТФ. Кроме того, калий участвует в регуляции осмотического потенциала клетки, а также регулирует работу устьиц. При недостатке калия замедляется транспорт сахарозы по флоэме, нарушаются процессы деления и растяжения клеток, развитие сосудистых тканей, уменьшается толщина клеточной стенки эпидермиса. При дефиците калия снижается продуктивность фотосинтеза за счет уменьшения оттока ассимилятов из листьев. Все эти нарушения в целом могут способствовать снижению вегетативной массы растений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >