Секция «Биологические науки»

п/секция «Структурная ботаника и биохимия растений»

¹Христова Т.Е., ²Казакова С.М., ³Пюрко О.Е., ³Казаков Е.А.

¹Киевский национальный университет им. Т.Г. Шевченко

²Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

³Мелитопольский государственный педагогический университет

Фотосинтез – одна из ключевых проблем человечества

ХХІ век называют «Золотым периодом» биологии. Несмотря на приоритетность генной инженерии, трансгенеза и биотехнологии, эта оценка относится и к фотосинтезу – процессу синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии Солнца. Синтезируемые ежегодно 173 млн. тонн органических веществ в дальнейшем являются движущей силой всех процессов жизнедеятельности живых организмов, в том числе и человека (рис. 1).

Рис. 1. Круговорот веществ и взаимосвязь энергетических ресурсов.

Значение этой проблемы особенно возрастает в связи с прогнозируемым ростом народонаселения (до 10-11 млн. человек к 2050 году), аридизацией климата, увеличением антропогенного давления на природу и, как следствие, ухудшением условий жизни человека [2,8,9]. Мы значительное внимание уделили идентификации типам ассимиляции СО₂, методам их изучения и зависимости от основных лимитирующих факторов роста и развития растений в Приазовье, для которого характерен континентальный климат [10].

В многочисленных опытах на авторском Учебно-научном комплексе по физиологии растений [6] нами установлено, что ферментативная активность каталазы в фотосинтезирующих органах растений может служить надежным диагностическим параметром для определения типа фиксации СО₂, потому что у растений с С₃-типом фотосинтеза она в 2,5-3,5 раза выше [3,7].

Разработанные и изготовленные нами установки для автоматического полива растений, приспособление для количественного учета воды, долитой в каждый сосуд, многоканальная установка для определения газообмена у растений [1,4] позволили установить зависимость появления очередного листа от водного дефицита и описывается математическим выражением , где: DТ – время появления очередного листа (сутки/лист); ВД – среднечасовой суточный водный дефицит листка среднего яруса (%); к – коэффициент регрессии, рассчитанный методом наименьших квадратов, который для свеклы равняется 0,139, а для кукурузы – 0,45 [5]. Одновременно в контролируемых условиях водообеспеченности установлены: зависимость интенсивности фотосинтеза от водного дефицита листа (при ВД>27% фотосинтез снижается до 1-2 мг СО₂/дм^2.час у С₄ и совсем прекращается у С₃ растений); уменьшение габитуса растений на 12-40% и размеров ассимиляционной поверхности на 20-45% за счет активно растущих органов в период действия стресса; степень снижения продуктивности сахарной свеклы по математическому выражению: , где: М_о и М_к – сырая масса корнеплода и контроля (г); ВД_о, ВД_к – среднечасовой водный дефицит соответственно (%); m, n – длительность вегетации и действия засухи (сутки), а также кукурузы в виде уравнения регрессии п-ой степени , где: у – относительная зерновая продуктивность при действии стресса: масса зерна в опыте/масса зерна в контроле; х – номер этапа органогенеза кукурузы; a,b,c,d,e – постоянные коэффициенты уравнения регрессии, которые соответственно= -4,36 ´10⁴; 1,12´10²; -8,35´10²; 0,16 и 0,83.

Разработаны компьютерные программы для расчетов фотосинтеза и формирования продуктивности ряда растений в связи с динамическими изменениями некоторых факторов (водообеспеченность, засоление) внешней среды. На галофитах изучены особенности ассимиляционных процессов у растений с С₃, С₄ и КМТ (кислотный метаболизм толстянковых) типами фотосинтеза, доказана на эвгалофитах возможность переключения с С₃ типа фиксации СО₂ на более водоэкономный, но менее продуктивный, КМТ тип фотосинтеза [10].

Таким образом, можно заключить, что фотосинтез является определяющим в продукционном процессе растительных организмов и с одной стороны сильно зависит от факторов среды, а с другой – сам активно влияет на среду, являясь основным продуцентом органических веществ и биогенным продуцентом кислорода на Земле, благодаря чему играет ключевую роль для человечества.

Литература

1. А.С. 952167, МКН³ А01G 27/00. Устройство для полива растений /Е.А. Казаков, Б.И. Гуляев, С.М. Казакова, А.С. Оканенко. – Оп. 21.04.82. Бюл. №31.

2. Гуляев Б.И. Фотосинтетическая продуктивность агроэкосистем //Физиол. и биохим. Культур. растений. – 2003. - Т. 35, №5. – С. 371-381.

3. Казаков Є.О. Специфічність каталазної активності у рослин з різним типом фотосинтезу //Наукові записи ТДПУ. – 1999. – Серія: Біологія, №2. – С.37-41.

4. Казаков Є.О. Методологічні основи постановки експерименту з фізіології рослин. – К. Фітосоціоцентр, 2000. – 272 с.

5. Казаков Е.А., Казакова С.М. Особенности формирования и функциониро-вания ассимиляционного аппарата у свеклы и кукурузы при недостаточной водообеспеченности /Фотосинтез и продуктивность растений. – Саратов: Б.и., 1990. – С. 76-80.

6. Казаков Є.О., Казакова С.М. Навчально-науковий комплекс з фізіології рослин //Тези доп. 2^го з’їзду УТФР. – К.: Б.в., 1993. – С. 83-84.

7. Казаков Є.О., Пюрко О.Є., Христова Т.Є. Методичні аспекти фізіологічного моніторингу рослин Приазов’я //Питання біоіндикації та екології. – Запоріжжя: Б.в., 2002. – Вип. 7, №2-3. – С. 141-152.

8. Моргун В.В., Курчий Б.А. Продовольствие ХХІ века: нерешенные проблемы, неотложные задачи //Физиология и биохимия культурных растений. – 2003. – Т. 35, №4. – С. 281-284.

9. Пьянков В.И., Мокроносов А.Т. Основные тенденции изменения растительности Земли в связи с глобальным потеплением климата //Там же. – 1993. – Т.4, №4. – С. 515-531.

10. Пюрко О.Є. Структурно-функціональні особливості галофітів в умовах Приазов’я України. – Автореф. дис. ... канд. біол. наук: 03.00.12. – К.: Б.в., 2003. – 20 с.