Обмін речовин в рослині

| [Бібліотека «Віхи»]

Обмін речовин в рослині

- Цим виразом (представляє переклад німецького терміна Stoffwechsel - англійські фізіологи замінюють його терміном метаболізм) позначають сукупність перетворень речовини, які обумовлюють життєву діяльність організму. Слід, перш за все, розрізняти процеси освіти і процеси руйнування. У перших речовина утилізується як таке, т. Е. В кінцевому результаті служить для освіти істотних частин рослини - протоплазми, твердого остова і т. Д. У процесах другого роду речовина не утилізується, як речовина; воно руйнується, причому звільняється прихований в ньому запас енергії, необхідної для підтримки життєвих процесів. Далі слід розрізняти два фізіологічних типу рослин: зелені (містять хлорофіл) і рослини, позбавлені цього кольору - великий клас грибів (куди з фізіологічної точки зору необхідно віднести і бактерії [І невелике число вищих рослин, позбавлених зеленого кольору - див. Нижче.]. перші здатні творити органічні речовини з простих неорганічних окислів - води, вуглекислоти - речовин, що не містять запасу енергії. Представники другої групи потребують речовинах, що містять готовий запас хімічної енергії, і в цьому з думці подібні з тваринами.

I. Процеси синтезу органічних сполук.

А) У зелених рослинах. Вся сукупність відносяться сюди процесів обіймає надходження речовин, їх засвоєння і подальша зміна в висхідному (в сенсі ускладнення, синтезу) і низхідному порядку (в сенсі розкладання, спрощення складу). Процес надходження речовин ззовні в рослинний організм обумовлюється фізичними властивостями цих речовин. Їжа рослин даної категорії складається з газів і кристалоїдів - речовин, частинки яких мають рухливість (здатність до дифузії), і в силу цієї особливості самі проникають в морфологічні елементи рослини (клітини). Цим пояснюється корінна відмінність рослин від тварин: рослина може бути нерухомо, так як його їжа рухлива; тварина, в разі потреби, рухливо, так як його їжа нерухома (складається з колоїдів).

1) Засвоєння і синтез речовин. Під засвоєнням речовин слід розуміти перехід всіх хімічних елементів з тих з'єднань, у вигляді яких вони надходять ззовні, в ту форму їх з'єднань, в якій вони зустрічаються в рослині; тому абсолютно невірно застосовувати термін асиміляція або засвоєння виключно тільки до вуглецю, як це роблять німецькі фізіологи. З численних хімічних елементів, знайдених в рослині (близько 35), істотними, т. Е. Такими, відсутність яких є несумісним з нормальним ходом рослинного життя, має вважати наступні 10 [Значення одинадцятого - хлору - ще не цілком з'ясовано.]. Так звані органогени: вуглець, водень, кисень, азот, що представляють основу органічної речовини; потім сірку і фосфор, що входять головним чином до складу білкових речовин, і, нарешті, калій, магній, кальцій і залізо, що зустрічаються в золі, але найближчим ставлення яких до органічній речовині рослини можна вважати з'ясованим. Висловлене положення - про необхідність цих десяти елементів для живлення рослини доводиться за допомогою так званих штучних культур, основна думка яких полягає в заміні складної природного середовища штучної - строго певного складу - і видаленні з неї, по одному, кожного з елементів окремо, причому нормальне або ненормальний розвиток рослини вказує, який з віддалених елементів слід визнати істотним, який - несуттєвим. Найбільш повною інформацією ми володіємо по відношенню засвоєння вуглецю і частково азоту. Засвоєння вуглецю. Елемент цей надходить в рослину з повітря, через листя, в формі вугільного ангідриду - СО 2. За участю хлорофілу листа і сонячного світла, вугільний ангідрид розкладається з виділенням О 2, а в рослині (в хлорофіловий зерні) одночасно утворюється вуглевод (крохмаль або цукор ). Припускають, що одночасно з СО 2 розкладається і вода, або, що все одно, розкладати ангідрид, а вуглекислота за наступною схемою: СО.О + Н 2 О = СОН 2 + О 2 або СН 2 О 3 = СH 2 O + Про 2. Стислість проміжку часу між розкладанням вуглекислоти і появою крохмалю (іноді 5 хвилин), говорить на користь припущення, що першим продуктом цьогосинтезу буде крохмаль, але це не можна вважати доведеним. Так як дисоціація вугільного ангідриду реакція ендотермічна, то вона може відбуватися не інакше, як за участю зовнішнього джерела енергії. Цим джерелом є промениста енергія сонця. Звідси випливає, що процес засвоєння вуглецю являє собою не тільки процес хімічного синтезу - перетворення неорганічної сполуки вуглецю в органічне, але, в той же час, і процес засвоєння, складання в запас, перетворення в потенційну форму, кінетичної енергії сонячного променя. Цим запасом енергії користується частково сама рослина, але в ще більшій мірі тваринний світ. Таким чином, в цьому процесі, совершающемся в хлорофіловий зерні, можна сказати, виражається космічна роль рослини, як посередника між неорганічним і органічним світом, між сонцем і життям на землі. Роль хлорофілу, безсумнівно, фізична - він поглинає відомі промені світла, за рахунок яких і відбувається розкладання вуглекислоти; але дуже ймовірно, що речовина хлорофілу бере участь в цій реакції і хімічно. Засвоєння азоту. Азот надходить в рослини через коріння, головним чином у формі азотнокислим, але може бути і аміачних солей; понад те, дослідження останнього десятиліття показали, що деякі рослини (головним чином бобові), забезпечені особливого роду желвачков на своє коріння, здатні засвоювати і вільний азот. Освіта цих желвачков і пов'язана з їх присутністю здатність засвоювати вільний азот залежить від зараження коренів відомим бактеріальним організмом (Bacterium radicicola), але де і як відбувається сам процес засвоєння - ще не з'ясовано; достовірно тільки те, що при готівки грунту, яка не містить сполук азоту, бактерій і зараженого ними рослини, це останнє розвивається нормально, не маючи іншого джерела азоту крім вільного азоту атмосфери [В самий недавній час вдалося довести засвоєння атмосферного азоту чистими культурами Bact. radicicola, т. е. без участі бобової рослини.]. Невідомо також, де і як утворюються найскладніші азотисті речовини - білкові; достовірно тільки те, що в незліченних досвідах штучних культур початковим матеріалом для них служать вуглеці, що утворюються в хлорофіловий зерні, і азотна кислота, яка надходить через коріння в формі селітри. Інші елементи надходять в рослину в формі солей з грунту, але де і як відбувається їх засвоєння - достеменно невідомо.

2) Розпад речовин. Вищим продуктом синтезу є білкові речовини, що утворюють основну засаду протоплазми. Назад, все найпростіші сполуки, ймовірно, можуть бути продуктами розпаду, деградації білкових речовин. Такі вуглеводи, жири, аміди, органічні кислоти та ін. Припускають, що найближчі продукти такого розпаду (вуглеводи і аміди) можуть знову відтворювати (регенерувати) білки. Велика частина процесів розпаду, (самих білків і найближчих продуктів їх розпаду - вуглеводів і жирів) представляють явища так званого гідролізу, т. Е. Розкладання, обуславливаемого фіксуванням елементів води, і відбувається під впливом ферментів (розчинних, неформене), які самі повинні бути визнані за білкові речовини або їхні найближчі похідні. Розглядається з такою загальною точки зору, білкова речовина протоплазми представляється не тільки основним матеріалом, але є і головною причиною подальшого диференціювання хімічного складу рослини. Явища розпаду, що викликаються ферментом, можуть бути відтворені і поза рослини. Як відбуваються явища зворотного порядку - невідомо, і та роль, яка іноді приписується в цьому відношенні клітинного ядра, не доведена. Ці процеси розпаду особливо ясно виступають в той період життя, коли рослина існує за рахунок готового запасу органічної речовини, в періоді проростання, де вони і найкраще вивчені. До числа видатних особливостей, що відрізняють зелені рослини від тварин, має віднести майже повна відсутність освіти покидьків (екськретов), що особливо характерно виступає по відношенню до загального балансу азоту. Тим часом як тваринний організм викидає значні кількості азоту, в формі складових почав сечі, в зеленій рослині, навіть в той період, коли процеси розпаду найбільш енергійні, абсолютний вміст азоту майже не зменшується.

В) У рослин не зелених.

1) Засвоєння і синтез. Головна особливість процесу утворення речовини, що характеризує рослини цієї групи, полягає в тому, що процес цей не виходить з синтезу за рахунок кисневих неорганічних сполук, як в зелених рослинах, а організм отримує яку-небудь речовину, яка укладає готовий запас потенційної енергії. Цим пояснюється незалежність цих рослин від світла - як зовнішнього джерела енергії. Сюди відносяться організми, що розвиваються у сприятливому органічному середовищі (укладає готові білки, вуглеводи, кислоти та інші органічні речовини) - які гриби з включенням бактерій і невелике число вищих, що не зелених рослин. Окремий випадок цього явища представляють мікроорганізми, а так само і деякі позбавлені хлорофілу вищі рослини, що розвиваються на інших живих організмах (паразити). Але життя організм не зелених може супроводжуватися і безсумнівними синтетичними процесами. Так, наприклад, дріжджовий грибок синтезує білкова речовина своєї протоплазми з доставляються йому вуглеводу і аміаку; відомі бактеріальні організми, які синтезують своє органічну речовину з аміаку і вуглекислоти [Цей випадок нерідко помилково ототожнюють з синтезом органічної речовини в зеленій рослині. Корінне відмінність полягає в тому, що тут не відбувається розкладання СО з виділенням О 2 і що утилізується потенційна енергія речовини (аміаку), а не жива сила сонячного променя] та інші, здатні засвоювати вільний азот.

2) Розпад речовин. У рослинах цієї категорії постійно відбуваються і реакції зворотного порядку, спадні, т. Е. Освіти із з'єднань складних з'єднань простіших, що виявляється навіть в більш важкого ступеня при харчуванні, наприклад, за рахунок білкових речовин, коли з них, очевидно, утворюються всі інші речовини: клітковина, жири і т. д. Цей процес розпаду відбувається у деяких рослин цієї групи в розмірах, що не існують у зелених рослин; продуктами його є вже тіла, які не беруть участі більш в життєвому круговороті і, в щодо величезних кількостях, що виділяються в зовнішнє середовище, чого, як зазначено вище, не зустрічається у рослин зелених. Але ці явища повинні бути віднесені вже до процесів наступній категорії.

II. Процеси руйнування.

А). У зелених pacmeній. Частина засвоєного цими рослинами речовини не споживається як речовина, а руйнується, окислюється киснем повітря, перетворюючись в вуглекислоту і воду. Це процес дихання, однаковий з процесом дихання тварин. В результаті цього процесу є, отже, витрата речовини; утилізується же звільняється при цьому енергія, необхідна для підтримки діяльності організму - його зростання, руху і т. д. Частина цієї енергії виявляється у формі тепла, особливо різко проявляється при розпусканні нирок, цвітінні і проростанні - взагалі кажучи в органах, багатих білковими речовинами ( протоплазми). Матеріалом, що піддаються окисленню, служать, по-видимому, вуглеводи і жири. Новітні дослідження роблять досить імовірним, що цей окислювальний процес залежить від присутності особливого розчинної ферменту - лакказу або оксидаза [Щойно з'явилося дослідження Бухнера показує, що і процес спиртового бродіння, аналогічний диханню (див. Нижче), залежить від неорганізованого ферменту].

В) У расmеній ні Зелений. У рослин цієї категорії спостерігається і нині дихання, але, поряд з ним, у найпростіших грибів, наприклад з дріжджових, мукорових і особливо у бактерій, зустрічаються інші процеси, які повинні бути визнані тільки равнозначащіе диханню, так як в результаті їх є трата речовини і звільнення енергії. Типовим представником таких процесів є спиртове бродіння, що полягає в розпаді глюкози на спирт і вуглекислоту. Від процесу дихання він відрізняється виділенням вуглекислоти без поглинання кисню. Подібний же процес зустрічається і у зелених рослин при ненормальних умовах (без кисню). Так як при цьому процесі звільнення вуглекислоти і тепла відбувається в силу переміщення кисню в самій частці речовини, внаслідок чого один з продуктів виявляється більш окисленим, а інший менш окисленим, ніж первісна речовина, то деякі німецькі фізіологи пропонують називати цей процес диханням всередині частинки - інтрамолекулярних диханням. Цей процес бродіння менш вигідний для організму, ніж дихання: продукти його вивергаються (як у дріжджів) і, отже, не приносять користі, або не даремно (як у зелених рослин) і тоді навіть отруюють організм; кількість же звільняється енергії менше ніж при диханні, а, отже, витрата речовини менш продуктивна. Так як значення цих обох процесів полягає в утилізації рослиною прихованої в речовині потенційної енергії, то ми маємо право далі уподібнити цим процесам дихання і бродіння і все, що відбуваються в організмі, процеси, що мають результатом звільнення енергії (всякий екзотермічний процес) - які окислення сірководню, аміаку (при нітрифікації) і солей закису заліза, які спостерігаються в відповідних бактеріях. Таким чином, діяльність нижчих організмів характеризується руйнуванням в значних розмірах одержуваного ззовні речовини і виділенням продуктів цього руйнування в явищах бродіння, гниття, нітрифікації, заразних хвороб вищих організмів (тварин і в меншій мірі рослинних). Цим пояснюється факт, що явища перетворення речовини, що позначаються цими термінами, були відомі людині, утилізували їм або становили предмет його побоювань задовго до того часу, коли було виявлено саме існування цих мікроорганізмів.

К. Тімірязєв.

| [Бібліотека «Віхи»]