Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Физиолого-биохголические изменения растений в условиях засоления 9
1. Современные представления о роли хлорофиллазы в метаболизме хлорофилла и ее локализации в хлоропласте 34
ГЛАВА II. Объект и методы исследования 48
ГЛАВА III .Характеристика состояния объекта в условиях засоления 59
ГЛАВА ІV. Влияние засоления на содержание, состояние и фотохимическую активность хлорофилла 73
1. Современные представления об организации хлорофилла в хлоропластах 73
2. Динамика содержания хлорофилла в листьях сахарной свеклы в условиях засоления 75
3. Влияние засоления на состояние и фотохимическую активность хлорофилла 87
4. Продуктивность растений в условиях эксперимен-
ГЛАВА V. Влияние засоления на хлорофиллазу 95
1. Активность хлорофиллазы в гомогенате листьев 95
2. Состояние хлорофиллазы in vivonpn засолении 100
3. Влияние солей на десорбцию хлорофиллазы in vitro 113
4. Влияние солей на активность хлорофиллазы in vitro 120
ГЛАВА VІ . Влияние засоления на структурные компоненты листьев сахарной свеклы 156
1. Влияние засоления на белковые компоненты листьев 156
2. Влияние засоления на липиды листьев сахарной свеклы 169
Заключение 184.
Выводы 189
Список основной использованной литературы 191
- Современные представления о роли хлорофиллазы в метаболизме хлорофилла и ее локализации в хлоропласте
- Динамика содержания хлорофилла в листьях сахарной свеклы в условиях засоления
- Влияние солей на десорбцию хлорофиллазы in vitro
- Влияние засоления на липиды листьев сахарной свеклы
Введение к работе
Солеустойчивость растений продолжает оставаться одной из актуальных проблем растениеводства. Это объясняется широким распространением засоленных почв во многих странах мира, необходимостью их освоения и повышения урожайности выращиваемых на них растений. Так, известно, что засоленные почвы занимают около 25$ поверхности суши (Торн, Патерсон, 1952). В нашей стране площадь таких земель составляет 10 $, а в отдельных районах Средней Азии достигает 89 % орошаемой территории (Строгонов, 1962).
Основное средство борьбы с засолением - мелиоративные работы. Это требует дополнительных затрат труда и средств, что повышает себестоимость получаемой продукции. Кроме того, пока не удается предотвратить вторичное засоление. Высокая концентрация токсичных для растений ионов может создаваться также при внесении в почву некоторых минеральных удобрений. Поэтому, наряду с мелиоративными и агротехническими мероприятиями, одним из важнейших средств борьбы с засолением является повышение солеустойчивости растений, выведение новых солеустойчивых сортов. Совершенно очевидно, что для того, чтобы эти работы велись успешно, необходимы знания характера реакции растений на засоление, механизма токсического действия солей.
К настоящему времени работы многих исследователей позволили понять возможные пути приспособления растений к засолению. Достигнуты значительные успехи в изучении механизма действия солей и природы солеустойчивости, разработаны различные методы диагностики и способы повышения солеустойчивости растений.
Однако, несмотря на имеющиеся достижения, проблема соле-устойчивости растений все же остается не решенной окончательна. Основная задача сейчас заключается в углублении представлений о механизме действия солей на растения. Большое значение при этом должно принадлежать конкретным биохимическим исследованиям, которые в последние годы интенсивно проводятся при изучении этой проблемы. Однако таких работ еще явно недостаточно.
До настоящего времени остается нерешенным вопрос о механизме токсического действия засоления на пигментный аппарат растений. Это очень важно выяснить, потому что пигменты определяют функционирование фотосинтетического аппарата, от деятельности которого,в первую очередь,зависит продуктивность растений.
Во многих случаях причиной засоления почв являются хлористые соли. Ионы хлора - наиболее ядовитые ионы почвенного раствора. Для растений, развивающихся на засоленных хлоридами почвах, характерен специфический хлороз. Листья теряют зеленую окраску и приобретают светложелтый цвет, засыхают и опадают. Изменения в окраске листьев растений при засолении почвы свидетельствуют о глубоком влиянии ионов хлора на хлорофиллеодержащий аппарат.
Одной из предполагаемых причин хлороза при засолении может быть гидролиз хлорофилла хлорофиллазой. Как показали исследования, проведенные в нашей лаборатории, хлорофиллаза локализована в хлорофиллоодержащих липопротеидных комплексах. В здоровых растениях хлорофилл защищен от гидролитического действия хлорофил-лазы благодаря взаимодействию с белковыми и липидными компонентами комплекса. Многими исследователями установлено, что в растениях, произрастающих на засоленных почвах, наблюдается нарушение структуры хлоропластов, нарушение состояния хлорофилла. - б -
Это может привести к доступности хлорофилла гидролитическому действию хлорофиллазы. По-видимому, одновременно засоление может влиять на взаимодействие хлорофиллазы с липопротеидным комплексом. Наши исследования показали, что активность хлорофиллазы зависит от ее связи с нерастворимыми компонентами комплекса. С переходом в растворимое состояние она повышает свою активность. Кроме того, засоление может вызвать конформационные изменения молекулы фермента, изменяя тем самым его активность. Все это наводит на мысль о сложной зависимости между хлорофиллазной активностью, структурной организацией хлоропластов и хлоридным хлорозом растений.
Цель настоящей работы - выяснить роль хлорофиллазы в хло-ридном хлорозе и механизм ее активации. Наши предыдущие исследования дают возможность наметить пути изучения этого вопроса. Исходным положением является альтернативное допущение того, что ионы хлора,накапливаясь в листьях растений, могут изменять активность хлорофиллазы, вызывая непосредственно конформационные изменения молекулы фермента, или изменять ее состояние в хлорофилл - липо-протеидном комплексе посредством нарушения содержания и организации других компонентов - белков и липидов. Изменение структурных компонентов может также нарушить состояние хлорофилла. В совокупности это, очевидно, оказывает влияние на взаимодействие фермента и субстрата, ибо гидролитическая направленность действия и его активность зависят от взаимной доступности хлорофилла и хлорофиллазы.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие основные задачи:
1. Изучить влияние N&CI на активность и состояние хлорофиллазы, на организацию молекулы фермента. Исследования прово- дились на уровне организма, гомогената и растворенного фермента.
Изучить изменение содержания хлорофилла в листьях и его взаимодействия со структурными компонентами хлорофилл-липо-про-теидного комплекса в условиях засоления.
Установить особенности взаимосвязи хлорофилла и хлорофиллазы в условиях засоления.
Исследовать влияние МгСІ на структурные компоненты пигментного аппарата - белки и липиды, определяя их количественное содержание и фракционный состав.
Научная новизна и практическая ценность работы
Настоящая работа дает новое представление о механизме разрушения хлорофилла при хлоридном хлорозе. Впервые проведено детальное изучение влияния Ыа.С1 на активность и состояние хлорофиллазы. В результате проведенных исследований впервые установлено, что активация хлорофиллазы определяется нарушением состояния фермента под действием ЫаЛ . При этом происходит значительная стабилизация и переход хлорофиллазы в растворимую, более активную форму. Выяснены механизмы, определяющие изменение состояния и активности фермента в условиях засоления. Впервые показано, что ослабление связи хлорофиллазы и хлорофилла со структурными компонентами пигментного комплекса происходит из-за нарушения состава белков и липидов. Изучена динамика электрофо-ретического спектра белков листьев, состава липидов и их количественного содержания в условиях развивающегося хлоридного хлороза. На основании проведенных исследований сделан вывод, что разложение хлорофилла хлорофиллазой при хлорозе является след- ствием предварительной деструкции липидных и белковых компонентов хлорофилл- и хлорофиллазу содержащих комплексов. Поэтому разработка методов предотвращения хлороза и лечения хлорозных растений должна быть направлена не непосредственно на инактивацию хлорофиллазы, а, в первую очередь, на нормализацию липидного обмена.
Настоящая работа имеет в основном теоретическое значение, приближая к пониманию биохимических процессов, происходящих при хлорозе растений. Полученные нами данные о регуляторной роли структурной организации хлоропластов, о роли микроокружения для проявления ферментативной активности и направленности действия хлорофиллазы имеют также большое общебиологическое значение, так как активность многих ферментов может регулироваться изменением их состояния, т.е. взаимодействием со структурными компонентами мембран. Необходимо отметить, что вопрос о регуляторной роли состояния еще не решен окончательно и исследования в этом направлении весьма актуальны.
Активность и состояние хлорофиллазы могут служить диагностическим признаком при распознавании ранних стадий хлороза.
Полученные сведения могут быть использованы в дальнейшем развитии исследований механизма хлороза в научных учреждениях, они должны учитываться как теоретическая основа при селекции со-леустойчивых сортов, при диагностике солестойкооти сортов на селекционных и опытных станциях.
Современные представления о роли хлорофиллазы в метаболизме хлорофилла и ее локализации в хлоропласте
Хлорофиллаза (хлорофилл-хлорофиллид-гидролаза 3.1 .1.14) была открыта Р.Вильштеттером и A.BlTOMeM(wiiista.tter, stoii 1911). Эти исследователи показали, что в определенных условиях in vitro из хлорофиллида и фитола в присутствии сухого порошка из листьев гераклеума образуется хлорофилл. Фермент обладал способностью к обратимому действию in vitro, т.е. мог катализировать гидролиз эфирной связи между фитолом и С-7 группой пропио-новой кислоты хлорофиллов а и ъ с образованием соответствующих хлорофиллидов. Позже Р.Вилыптеттер и А.Штоль установили (Willsatter, stoii,1913),что под действием фермента в водных спиртовых растворителях (метиловый, этиловый спирты) фитол в хлорофилле замещается на другую спиртовую группу. Продукт реакции зависит от спирта, в котором находится фермент и субстрат.
Дальнейшие детальные исследования фермента и влияние на него различных токсических и минеральных элементов провел Г.Майер (Mayer, 1930). Первые исследователи хлорофиллазы (Вильштеттер, Штоль, Май-ер) выявили хлорофиллазу во всех изучавшихся растениях, проследили ее сезонную и возрастную изменчивость, разработали методы определения активности фермента.
Исследования, проведенные позже, были направлены на изучение динамики активности хлорофиллазы у различных растений, на установление некоторых свойств фермента, его локализацию, совершенствование методов определения (Fischer, Lambrecht, Mittenzwei, 1938; Weast, Mackinney, 194-0; Krossing, 194-0; Sironval, 1954). ЭТИ исследователи также показали, что активация хлорофиллазы в определенные периоды вегетации растений может быть связана как с синтезом, так и с гидролизом хлорофилла.
Длительное время оставался неясным вопрос о месте хлорофил-лазной реакции в процессе биосинтеза хлорофилла. Согласно гипотезе В.Н.Любименко (Любименко, Гюббенет, 1930; Любименко, Гор-тикова, 1936) заключительным этапом биосинтеза хлорофилла являлось восстановление протохлорофилла, в состав которого уже входил фитол. В дальнейшем рядом исследователей (Wolff,Price,1956, 1957; Судьина, 1957, а,б; Годнев, 1957, 1958, 1959; Судьїна, 1958; Судьїна, Довбиш, 1962; Sudyina, 1961,1963) было показано, что заключительный этап биосинтеза хлорофилла проходит в следующей последовательности: восстановление монометилового эфира Mg-винилфеопорфирина (протохлорофиллида) до хлорофиллида и затем его этерификация фитолом при участии хлорофиллазы с образованием хлорофилла. Изучение динамики накопления хлорофилла и активности хлорофиллазы на ряде объектов показало активацию фермента в период интенсивного биосинтеза хлорофилла (Судьина, 1957 а,б, 1959, 1961; Судьїна, Романенко, 1961; Shimizu, Tamaki,i962; Лозовая, 1964; Довбиш, 1965 а,б; 1967; Boger,i965; Chiha et.al.,l967;Sto-bart, Thomas, 1968). Это позволило сделать вывод о том, что хлорофиллаза является непременным участником заключительного этапа биосинтеза хлорофилла. В этом, по-видимому, и состоит основная функциональная роль хлорофиллазы.
Однако в экспериментальных условиях осуществить реакцию эте-рификации хлорофиллида фитолом не просто. Ряд исследователей не смогли это сделать (Klein, Vishniak, 1961; Holden, 1965; Chlba et.al, 1967; 1968; №е11Ъигп,1970)Лишь С.Шимизу и Е.Тамаки (Shimizu, Tamaki, 19 3) сообщили, что им удалось этерифицировать хлорофиллид фитолом in vitro в присутствии хлорофиллазы из листьев табака. Была показана возможность трансэтерификации ме-тилхлорофиллида а фитолом in vitro в присутствии хлорофиллазы с образованием хлорофилла (Chlba et al, 19671 1968; Hines, Ellsworth, 1969; Bacon, Holden, 1970; Wellhurn, 1970; Ichinose, Sasa, 1973). Установлено также наличие метилхлорофиллида а в листьях пшеницы, характеризующихся высокой интенсивностью биог_ синтеза хлорофилла (Hines, Ellsworth, 1969). Это дало основание авторам предположить, что метилхлорофиллид а является предшественником хлорофилла а .
В литературе приводятся интересные данные о существовании в листьях растений хлорофилла этерифицированного геранил-геранио-лом с последующим его восстановлением в фитол (biljenberg, 1974; Ogawa,Bovey, Shibata , 1973; Wellburn,i976). Вероятно, это также один из путей образования хлорофилла in vivo с участием хлорофиллазы.
Р.Элсворс (Ellsworth,1971;1972 а,ъ) высказал предположение, которое затем было поддержано некоторыми другими исследователями (Рудой, Везицкий, Шлык, 1972; Ichinose, Sasa,1973 И Др.), что гидролиз, этерификация и трансэтерификация осуществляются различными ферментами, либо различными формами одного фермента. Это заключение было сделано на основании данных об изменении соотношения субстратной специфичности действия ферментов в процессе развития растений и в выделенных ферментных препаратах.
Динамика содержания хлорофилла в листьях сахарной свеклы в условиях засоления
О правильности такого предположения могут свидетельствовать также наши опыты по термической обработке листьев сахарной свеклы с объекта с высокой активностью хлорофиллазы). При комнатной температуре во время растирания листьев (механическое разрушение структуры) и извлечения пигментов за короткий промежуток времени почти весь хлорофилл превращается в хлорофиллид (Судьїна, Бабен-ко, Фомішина, 1968).
При термической обработке листьев также происходит нарушение структурной организации клеточных структур (обезвоживание материала) и почти полное превращение хлорофилла в хлорофиллид. Такие же результаты дали опыты, проведенные и с хлореллой (Судьїна, Добрянська, 1969). Ряд других исследователей также обнаружили, что гидролитическое действие хлорофиллазы зависит от состояния пигмента в хлоропластах(кіеіп, Vishngak,i96i; Holden, 1970; Wakamatsu et al., 1971; Сивцев, ДОНДО, 1977 ; Цонева, 1982), что гидролизу хлорофилла хлорофиллазой может способствовать предварительное нарушение структуры листа под дейст-вием различных факторов (Воробьева, Красновский, 1966 а,б; Вла-сенок, Врубель, Акулович, I970f Walter, Pester,1976; Terpstra, 1977)-Аналогичнов явление, очевидно, может иметь место при технологической обработке растительного материала (консервация, замораживание, засолка, томление). Так, например, было показано (Jones et ai, 1962; 1963; White et al., 1963) быстрое разрушение хлорофилла, накопление хлорофиллида и феофорбида с одновременной активацией хло-рофиллазы в продуктах при их технологической обработке. Такое нарушение пигментного состава продуктов (пожелтение, побурение), считают авторы, является результатом действия хлорофиллазы.
Специально проведенные в нашей лаборатории опыты с листьями табака (Судьина и др., 1977) показали, что при томлении и автолизе листьев табака гидролиз пигментов связан с активацией хлорофиллазы. Однако этому предшествует деструкция липопротеидных пигменте о держащих комплексов, что обеспечивает активацию фермента, нарушение организации хлорофилла в комплексе и увеличение его доступности для гидролитического действия фермента.
Наконец, в нашей лаборатории проведена серия опытов по изучению влияния различных экстремальных факторов, которые вызывают нарушение структуры хлоропластов (промораживание, промораживание ± оттаивание, высушивание, нагревание во влажной камере) на организацию пигментсодержащих комплексов, на состояние и активность хлорофиллазы. Показано, что под действием этих факторов происходят определенные структурные перестройки надмолекулярной организации пигментсодержащих комплексов (уменьшается количество фракций структурных и растворимых белковых комплексов; нарушается структурная организация Ю. П. изменяется содержание галактоли-пидов; изменяется состояние хлорофилла; уменьшается прочность его связи со структурными компонентами комплекса; падает содержание пигментов)(Лозова, Львівська, 1978). Одновременно (было показано в этих же опытах) происходит изменение состояния хлорофиллазы. Отмечена значительная лабилизация и активация фермента в результате деструктивных процессов, которые происходят под влиянием экстремальных факторов (Судьїна та ін., 1978).
Таким образом, нарушение структурной организации пластид и связанные с этим структурные изменения пигментсодержащих комплексов изменяют состояние хлорофилла и хлорофиллазы; способствуют ослаблению связи хлорофилла и увеличению в результате этого его доступности для действия хлорофиллазы, активность которой повышается. Исчезает структурный барьер, который отделяет субстрат от фермента, благодаря этому возникают условия для их взаимодействия, в результате чего происходит гидролиз хлорофилла. Очевидно, такое же явление может иметь место и при различных функциональных заболеваниях, связанных с хлорозом растений и, в частности, хлорозом, вызванным избытком в почве хлористых солей.
Необходимо отметить, что действие засоления на хлорофиллазу in vivo недостаточно изучено. Известны противоречивые данные. Так, проявление внешних признаков хлороза с пожелтение листьев, некротические пятна) некоторые авторы связывают с возрастанием гидролитической активности хлорофиллазы (.Благонравова, 1968; Сивцев и др., 1970; Пономарева, 1971; Сивцев, Пономарева, 1973; Сивцев и др., 1973; Мининберг, Ле Зу, 1973). Л.Н.Благонравова (Благонравова, 1968; Нилов, Благонравова, 1968) констатировала, что обработка плодовых деревьев хлорорганическими пестицидами способствовала активации хлорофиллазы, что она считает основной причиной распада хлорофилла, приводившей к хлорозу и отмиранию листьев, С.А.Пономарева (1971) наблюдала повышение хлорофиллаз-ной активности в листьях томатов при хлорозе на засоленных почвах. При этом в контроле она отмечает прямую зависимость между содержанием хлорофилла и активностью хлорофиллазы. Максимум указанных параметров совпадает и приходится на период активной репродукции. Во всех вариантах с засолением в начальный период развития отмечено падение активности хлорофиллазы. Затем активность фермента резко возрастает, а содержание хлорофилла при этом падает. Отмечено, что распад хлорофилла и активация хлорофиллазы происходят на фоне деструкции хлоропластов.
Влияние солей на десорбцию хлорофиллазы in vitro
Данные о площади листьев, представленные в табл.1, показывают, что в первый срок определения у растений контрольного варианта площадь листьев наибольшая. Растения, которые растут в условиях засоления, уступают по этому показателю контролю и тем больше, чем выше степень засоления почвы, так как соли не только задерживают прорастание семян, но и отрицательно влияют на рост проростков.
Задержка прорастания семян и торможение роста на начальных фазах развития являются морфологически наиболее типичным симптомом солевого отравления растений (Абуталибов, 1940; Новиков,1942, 1948; Ковальская, 1958; I960; Бузанов, I960; Nieman, 1965; Weim-Ъед?б, 1970; Durrant et al., 1974-).
Отличались растения также по количеству листьев в этот период. В то время как в контроле наблюдалось 6-7 пар настоящих листьев, в вариантах с засолением их было 2-6 пар. В дальнейшем, в ходе вегетации площадь листьев, изучавшихся вариантов, увеличивалась неравномерно. Варианты с 0,1 % и 0,2 % хлора постепенно почти сравнялись с контролем, а вариант с 0,3 % до конца вегетации значительно отставал.
Через 50 дней после внесения последней дозы соли на листьях растений вариантов с 0,1 % и 0,2 % хлора проявились признаки хло-ридного хлороза С появление светлых пятен). Осенью к этому процессу присоединилось естественное пожелтение и отмирание листьев.Эти варианты отличались от контроля также тем, что их листья были более сочными, с утолщенной листовой пластинкой.
Необходимо подробней остановиться на характеристике растений варианта с 0,3 % хлора. Растения этого варианта в течение всей вегетации имели темнозеленые листья и лишь на некоторых из них наблюдались яркие желтые пятна. Осенью, когда в листьях контроля началась деструкция пигментного аппарата, эти растения были еще достаточно зелеными, с небольшими, утолщенными, сочными листьями. То, что при засолении задерживается развитие сахарной свеклы, отмечают и другие авторы (Бузанов, I960). Появление у растений при хлоридном засолении признаков галосуккулентности также неоднократно наблюдалось (Покровская, 1958; Коверга, 1959; 1962; Иваницкая, I96I;I970; Строганов, 1962; Сивцев, Пономарева, 1973; Poljjakoff-МауЪег, Gale,1975) и, в частности, сахарной свеклы (Гончарик,1968; Ганчарык, Мікульская, 1970; Hennings, 1976).
Можно думать, что у растений варианта с 0,3% засоления произошло увеличение солестойкости, в результате закаливания при контакте прорастающих семян с относительно высокой концентрацией NaCL . Для увеличения солестойкости даже разработан метод предпосевного закаливания, который заключается в обработке набухших семян определенным раствором NaCL . Растения после этого могут выдерживать более значительные концентрации хлора в почве (Генкель, I954-; Азизбекова, 1964).
Повышение солестойкости растений также, очевидно, связано с последующим постепенным внесением NaCL в течение довольно продолжительного времени. В литературе сообщается, что при постепенном внесении соли растения приспосабливаются к засолению, происходит глубокая перестройка организма (Ковальская, I960). Необходимо принимать во внимание также относительную солеустойчи-вость сахарной свеклы.
Таким образом, проведенные нами опыты показали, что наличие в почве определенных количеств хлористого натрия задерживало рост и развитие растений, вызывало хлороз. Однако при выбранном нами способе засоления влияние соли оказалось недостаточно сильным. Учитывая эти обстоятельства, на следующий год схема опытов была изменена.
Во П-й серии опытов засоление почвы провели более высокими концентрациями KIQCL (0,2 fo; 0,4 %; 0,6 % по хлору). Кроме того, во избежание адаптации растений к засолению, NciCL не вносили при посеве и засоление провели в более короткие сроки. При внесении соли растения сахарной свеклы находились в фазе 3-х пар настоящих листьев (7x7 см2). В течение нескольких дней, сразу после окончания засоления, несмотря на нормальное поддержание влажности почвы, растения потеряли тургор, листья поникли. Это, очевидно, связано с нарушением водного обмена растений в результате действия Ыо01 . Соли вызвали водный стресс растений. Затем, через некоторое время, водный обмен засоленных вариантов нормализовался. Растения приобрели тургор и находились в хорошем состоянии. В дальнейшем растения засоленных вариантов постепенно отставали в росте от контроля. Опытные растения отличались по таким параметрам, как высота, размеры и количество листьев, их площадь (табл.2). Особенно угнетенными были растения варианта 0,6 % засоления (Фото 1,2,3, 4 - через 28 дней после окончания засоления).
Характерной особенностью растений этих вариантов было также наличие сочных утолщенных листьев, что можно считать результатом разрастания клеток паренхимы и мезофилла (Коверга, 1962; Пономарева, 1971). Листья сверху покрыты плотным слоем эпидермиса. Содержание сухих веществ по сравнению с контролем пониженное (табл.2). Таким образом, признаки галосуккулентности в этой серии опытов проявились очень хорошо.
Через 52 дня после внесения последней дозы соли на листьях растений засоленных вариантов обозначились яркие желтые пятна, затем желтел весь лист.
Влияние засоления на липиды листьев сахарной свеклы
Таким образом, нами подтверждена зависимоть фотохимической активности хлорофилла от его состояния в комплексе. Однако в наших опытах ослабление прочности связи хлорофилла с компонентами комплекса сопровождалось снижением фотохимической активности хлорофилла. Это не согласуется с установленной ранее в нашей лаборатории закономерностью. Такое несоответствие можно объяснить спецификой деструктивных процессов при хлорозе и быстрым разрушением лабильной формы хлорофилла как под действием света /фотоокисление/, так и другими факторами и, в частности, действием хлорофиллазы. Необходимо отметить, что снижение фотохимической активности хлорофилла в листьях растений засоленных вариантов соответствовало понижению содержания зеленых пигментов.
Полученные нами данные соответствуют результатам,других исследователей. В частности, С.А. Пономарева /Пономарева,1971; Сивцев, Проценко, Пономарева, 1973/ установила, что ослабление прочности связи хлорофилла с белком в условиях хлорйдного засоления коррелировало со снижением фотохимической активности хлорофилла в гомогенате из листьев томатов.
На снижение фотохимической активности хлорофилла у ряда растений /зерновые, бобовые, овощные и др. культуры/ указывают и другие исследователи /Лапина,Бикмухметова,1969; Лапина, Попов, 1970; Удовенко,Семушина,Петроченко,1971, Сивцев,1973, Удовенко и др., 1974; 1976/. При этом предполагается, что падение фотохимической активности при засолении обусловлено нарушением структурной организации хлоропластов, изменением их топографии. Но основная причина, по-видимому, заключается в изменении структурного состояния хлорофилл-липо-протеидного комплекса, что приводит к нарушению естественного состояния хлорофилла, его лабилизации. При этом снижается устойчивость хлорофилла к фотовыцветанию и как следствие фотохимическая активность. Кроме того, возможен также частичный переход хлорофилла в мономерную неагрегированную и фотохимически менее активную форму.
Вероятно, наблюдаемая нами лабилизация хлорофилла также обусловлена нарушением структурной организации хлорофиллеодержаного липо-протеидного комплекса.
Как известно, продуктивность растений, в первую очередь, зависит от активности пигментного аппарата, определяющего связывание световой энергии для синтеза органических веществ. Показанные нами изменения содержания и состояния хлорофилла, а также снижение его фотохимической активности не могли не сказаться на продуктивности растений в условиях хлороза. Действительно, в проведенных нами экспериментах имело место снижение урожая сахарной свеклы при повышенном содержании NflCL в почве. Так, в I серии опытов наименьший вес корнеплодов (260 г) был в варианте с 0,3 /о хлора - почти вдвое меньше контроля (445 г). В этом варианте общая ассимиляционная поверхность растений также была наименьшей: растения имели небольшое число маленьких листьев. Варианты с 0,1 $ , 0,2 % хлора меньше отличались от контроля по этим показателям.
Еще больше снизился урожай сахарной свеклы при дальнейшем повышении концентрации соли в почве (П серия опытов). Сократилась ассимиляционная поверхность растений, резко снизился вес корнеплодов. Только в варианте с 0,2 % хлора урожай корнеплодов был почти такой же, как и в контроле (табл.11).
В этой серии опытов определялась также сахаристость корнеплодов. Оказалось, что содержание сахара в корнеплодах с повыше нием концентрации соли в среде выращивания изменяется мало по сравнению с контролем (табл.11). Однако, если учесть низкий вес корнеплодов в вариантах с 0,4 %; 0,6 % хлора, то выход сахара из них будет значительно ниже контрольного варианта. Таким образом, полученные нами экспериментальные данные свидетельствуют об отрицательном действии засоления на пигментный аппарат сахарной свеклы: 1) снижается содержание хлорофилла в листьях солеотравленных растений; 2) происходит изменение состояния хлорофилла, в результате чего увеличивается скорость его деструктивного фотоокисления; 3) следствием нарушения состояния хлорофилла является уменьшение фотохимической активности единицы хлорофилла; 4) соответственно углублению степени хлороза из-за нарушения состояния и функциональной активности пигментного аппарата снижается продуктивность растений.