Чудеса и тайны мира растений - Эта удивительная кукуруза
Чудеса и тайны мира растений
"Эта удивительная кукуруза"
Итак, М. Кальвин установил, что углекислый газ вовлекается в сеть реакций, носящих циклический характер: он присоединяется к рибулезодифосфату, а в конце превращений вновь образуется это же вещество, готовое к присоединению новых молекул углекислого газа. Совокупность темновых реакций фотосинтеза получила название цикл Кальвина.
Изучая зеленые растения, ученые убеждались в том, что во всех случаях путь фотосинтетических превращений одинаков. И только в 1966 году австралийские ученые Хетч и Слэк установили, что в некоторых растениях, в частности в кукурузе, эти превращения протекают по-иному, с отклонением от схемы Кальвина.
У кукурузы углекислый газ присоединяется не к рибулезодифосфату, а к трехуглеродному соединению — фосфоенолпировиноградной кислоте, что приводит к образованию четырехуглеродного соединения щавелево-уксусной кислоты.
После выдерживания растений в атмосфере с меченым углекислым газом это вещество первым выявляется на хроматограммах. По этой причине путь фотосинтетических превращений у кукурузы получил название С4-пути. А вот цикл превращений по Кальвину обозначили как С3-путь, поскольку на хроматограммх первым выявляется трехуглеродное соединение ФГК — фосфоглицериновая кислота.
Образовавшись в клетках мезофилла листа, щавелево-уксусная кислота перемещается затем в особые клетки, окружающие сосуды. Это так называемые клетки обкладки. В них также есть хлоропласты, только они значительно крупнее находящихся в клетках мезофилла.
Напомню, что мезофилл — это та часть листа, которая в школьном учебнике ботаники названа мякотью. Здесь обкладки щавелево-уксусная кислота отщепляет углекислый газ, который вовлекается в цикл фотосинтетических превращений уже по знакомой нам схеме Кальвина.
Наряду с углекислым газом из щавелево-уксусной кислоты образуется фосфоенолпировиноградная, которая, возвратившись в клетки мезофилла листа, вновь может присоединять молекулы углекислого газа.
Помимо кукурузы, С4-путь фотосинтеза обнаружен у некоторых других злаков, преимущественно тропических и субтропических растений (сахарный тростник, сорго).
Зачем же растениям потребовалось так усложнять процесс фотосинтеза? Оказалось, что С4-путь имеет ряд преимуществ по сравнению с С3-путем. Одно из них заключается в том, что кукуруза может осуществлять усвоение углекислого газа с образованием органических кислот ночью.
Едва взойдет солнце, как растения сразу же начинают использовать запасенный в органических кислотах углекислый газ для синтеза различных веществ. Неудивительно, что кукуруза относится к числу быстрорастущих травянистых растений, впрочем, как и сахарный тростник.
Второе преимущество — высокая устойчивость растений, осуществляющих фотосинтез по С4-пути, к некоторым неблагоприятным воздействиям. Представьте себе такую картину. В самое жаркое время суток, особенно в засушливой зоне, многие растения закрывают устьица, чтобы предохранить себя от обезвоживания. Но ведь через закрытые устьица углекислый газ не поступает внутрь листа. Вследствие этого фотосинтез прекращается.
С4-растения прекрасно фотосинтезируют и при закрытых устьицах, используя углекислый газ, запасенный в виде органических кислот в ночное время, когда они были открыты.
Такой тип обмена веществ наблюдается у кактусов, которые, как известно, произрастают в чрезвычайно засушливых условиях. Наибольшего разнообразия они достигают в Мексике, в пустыне Сонора, где количество осадков составляет менее 100 мм в год. И, если бы не эти обитатели, Сонора превратилась бы в безжизненную пустыню, поскольку без них здесь не смогли бы существовать другие организмы. Выжить в столь суровых условиях кактусам
помогает С4-фотосинтез.
"Интересные факты"
Королева полей - так иногда называют кукурузу. И вполне заслуженно. И вид у нее величественный — высокая, стройная, с золотым венцом на макушке. А кроме всего прочего, культура эта и кормит, и лечит, и защищает.
Лечебными свойствами обладают длинные столбики и рыльца женских цветков. Их употребляют как желчегонное средство. А в кукурузном масле содержится витамин Е, которого здесь больше, чем в других маслах. Этот витамин препятствует старению организма — то есть своеобразное лекарство против старости. К тому же вкус у масла как у оливкового.
А что же защищает кукуруза? Растения, которые боятся холодов и ветров. За ее надежной и высокой стеной нежные теплолюбивые культуры чувствуют себя безопасно. С древнейших времен кукуруза, или маис,— так зовут растение в странах Центральной и Южной Америки — главная продовольственная культура народов этих стран.
В Мексике, например, маис можно встретить не только в поле и на огороде, но и возле домов и на газонах. И если вдруг на поле среди других посевов появится стебель маиса, он так и будет расти, хотя мешает изрядно соседям. Маис — это хлеб, и отношение к нему особое.
В Европе кукуруза стала известна в конце XV века, после путешествий Колумба. Сначала выращивалась как редкое садовое растение, потом ее оценили как продовольственную, а затем и кормовую культуру.
Ростом кукуруза выше всех известных злаков: пшеницы, ржи, овса, риса. От 60 до 300 сантиметров, но может вырасти и до шести метров. Стебли прямые, листья широкие, по краям волнистые.
Мужские соцветия собраны в крупных верхушечных метелках, женские соцветия — початки — сидят в пазухах листьев и заключены в листовые обертки.
Кукуруза любит тепло и солнце. Хорошо переносит засуху. Но если во время цветения влаги недостаточно, урожай может снизиться.
Сортов кукурузы много, но ученые пришли к выводу, что лучше выращивать эту культуру гибридными семенами. Растения, выращенные из таких семян, обладают особой гибридной силой — гетерозисом (урожай резко возрастает), но только в первом поколении. Так что селекционерам предстоит еще много работы с кукурузой.