Высказанные положения приводят нас к рассмотрению одной из проблем роста, пользующихся в настоящее время особенно широким вниманием и научных работников, и практиков сельского хозяйства, — проблеме ростовых гормонов.
Правда, на протяжении нескольких лет их рассматривали только как вещества, обусловливающие рост в фазе растяжения, но сейчас не приходится сомневаться в том, что эти вещества являются гормонами и клеточных делений и роста в фазе растяжений. Каковы истоки этого учения о ростовых веществах растений, ставшего сейчас важным и крупным разделом физиологии развития?
Восстанавливая историю этого необыкновенно быстро развивающегося научного направления, мы можем в данном случае, как и при рассмотрении истории развития той или иной крупной научной проблемы, констатировать чрезвычайную неравномерность движения научной мысли. От установления фактов фундаментального значения, становящихся в дальнейшем основой новой отрасли исследований, до начала интенсивной разработки заключений, вытекающих из этих фактов, проходит иногда очень значительный период. Но когда он истекает, то некоторые из. установленных ранее фактов оказываются уже забытыми, в сферу внимания исследователей попадает только часть добытого ранее фактического материала, и продвижение вперед данного раздела науки придает ему известную односторонность. Так случилось и при развитии учения о гормонах роста растений.
Давние истоки этого научного направления обеспечивали возможность достаточно широкой трактовки вопроса о действии гормональных веществ на рост растений. Но исключительное внимание, уделявшееся на протяжении почти 25 лет действию этих веществ на рост колеоптилей злаков и гипокотилей некоторых растений, привело к весьма суженному представлению о роли ростовых веществ как факторов роста в фазе растяжения. Отправными фактами для развития именно этой стороны в исследовании действия гормонов роста на растения и установления самого понятия гормона роста, а также методики качественного и количественного определения гормонов роста послужили результаты классических исследований Чарлза Дарвина (1800) над движениями растений.
Чарлз Дарвин, изучая действие светового раздражения на ростовые движения колеоптилей злаков, установил что восприятие светового раздражения осуществляется верхушкой колеоптилей, а само движение, приводящее к изгибу колеоптиля, производится частью колеоптиля, удаленной от его верхнего конца. Следовательно, можно было заключить, что от верхушки колеоптиля исходит какое-то воздействие, распространяющееся по колеоптилю и приводящее к изменению скорости роста. Простота анатомического строения колеоптиля и отсутствие в нем специальной ткани или клеток, которые могли бы служить для проведения возбуждения, склоняли Дарвина к мысли, что при световом раздражении верхушки колеоптиля из нее распространяется вещество, перемещающееся по колеоптилю до зоны изгиба. Разносторонняя и многократная проверка этого предположения Дарвина была произведена почти через полвека после появления его работ. Она привела к подтверждению гипотезы Дарвина и послужила основой быстрого развития учения о ростовых веществах растений.
Вторым истоком этого учения надо считать упоминавшиеся выше опыты Габерландта, показавшие значение специфических, веществ, вызывающих клеточные деления в клетках растений на поверхностях поранений. Изучение так называемых раневых гормонов, проводившееся лишь силами Габерландта и его сотрудников, не привело к сколько-нибудь законченным результатам ни в отношении познания химических особенностей этих веществ, ни в отношении механизма их действия. Но работы в этом направлении несомненно сыграли полезную роль, расширяя представление о действии растительных гормонов как факторов не только роста в фазе растяжения, но и клеточных делений.
Большой интерес представляют наблюдения и опыты, проведенные немецким ботаником Фиттингом (Fitting, 1909, 1936) над действием экстрактов из поллиний орхидных на изменения в околоцветнике и завязи цветков орхидей. В свое время эти работы не привлекли к себе того внимания, которого они заслуживали. Но сейчас, в связи с широким применением ростовых веществ как средства вызвать искусственную партенокарпию, приходится очень высоко оценить значения упомянутых исследований Фиттинга и признать их одним из источников развития учения о фитогормонах.
Четвертым источником в развитии этого направления надо считать исследования, также долгое время не обращавшие на себя внимание ботаников, занимавшихся изучением гормонов роста. Этими исследованиями были работы русского ученого Д. Н. Нелюбова (1910, 1913, 1914), установившего чрезвычайно интересные факты действия небольших количеств светильного газа и этилена на геотропические изгибы. Труд Нелюбова впервые появился в 1910 г., его отделяет почти 25-летний период от времени, когда американские ученые, начавшие интенсивно и широко изучать действие этилена на рост растений, установили, что этилен образуется в небольших количествах почти во всех органах или растительных тканях. Действие этилена на рост растений оказалось сходным с действием гормона роста.
Таковы основы возникновения учения о фитогормонах и четыре направления исследований, слившиеся сейчас в одно крупное течение научной мысли. Это объединение различных направлений, долгое время развивавшихся изолированно, является большим успехом учения о фитогормонах, очень расширившим и круг теоретических вопросов и область практического применения исследований по фитогормонам. Но на всем характере этого раздела фитофизиологии, на формировании основных понятий и методов работы определяющим образом сказалось первое из названных нами направлений. Поэтому изложение современного состояния проблемы приходится строить прежде всего на рассмотрении материалов по действию гормонов роста на рост колеоптилей злаков и гипокотилей двудольных растений.
Сначала уточним само понятие «фитогормон». Условимся, что можно определенное вещество отнести к числу фитогормонов, если оно характеризуется следующими признаками. Во-первых, вещества этого рода должны обладать способностью в небольших количествах вызвать прохождение не только отдельных химических процессов, как это имеет место при действии ферментов, а физиологических процессов, протекающих на основе целой цепи физических и химических изменений. Во-вторых, фитогормоны, должны образовываться в растительном организме, будучи продуктом обмена веществ организма. В-третьих, они должны действовать и в иных частях организма, чем те, где они вырабатываются. Правда, обращаясь к научной литературе, мы видим, что при пользовании понятием «фитогормон» нередко допускается значительная свобода, и к числу фитогормонов относят вещества, не характеризующиеся всеми тремя перечисленными выше признаками. В дальнейшем изложении мы будем более строго пользоваться понятием фитогормон.
Если употреблять это понятие так, как указано выше, то число фитогормонов оказывается очень ограниченным. Но число веществ, характеризующихся таким же действием на рост, как фитогормоны, очень велико. Первое число определяется единицами, второе достигает примерно сотни. Все вещества, действующие на рост аналогично фитогормонам, мы будем называть ростовыми веществами; они не вырабатываются растением или вырабатываются им, но действуют лишь непосредственно в месте их образования.
Как уже говорилось выше, еще Дарвиным было установлено, что в колеоптиле злаков зона восприятия светового раздражения и зона изгиба разграничены пространственно. Это и послужило основанием для предположения Дарвина о перемещении из верхушки колеоптиля в зону роста вещества, действующего на рост и вызывающего осуществление фототропического изгиба. Ряд опытов, проводившихся различными, исследователями, давал результаты, согласовывавшиеся с гипотезой Дарвина, но законченная проверка была дана лишь экспериментами Штарка (Stark, 1921). Работая с колеоптилями овса, он выжимал из них сок, прибавляя его к расплавленному агару и изготовляя затем агаровые блоки, которые содержали вещества, находившиеся в соке. При помещении этих маленьких агаровых блоков односторонне на верхний конец декапитиоованного колеоптиля наблюдались изгибы колеоптилей. Пои благоприятных условиях для роста, т. е. температуре 22—25° и высокой влажности воздуха, изгибы осуществлялись довольно быстро на протяжении одного — двух часов. При этом сторона колеоптиля, на которую был помещен агаровый блок, становилась выпуклой, а противоположная — вогнутой. Такой характер изгиба колеоптилей вполне соответствовал представлению о продвижении из агарового блока в зону роста колеоптиля по одной его стороне вещества, вызывающего ускорение роста.
Описанная реакция изгиба колеоптилей при одностороннем помещений на них кусочков агара с растворенными в ней веществами является чрезвычайно чувствительной качественной реакцией на ростовые вещества. Она позволяет обнаружить количества вещества, определяемые величиной 10-10 г. Таким образом, эта биологическая реакция по своей чувствительности близка к реакциям спектроскопического обнаружения веществ. При соблюдении некоторых условий определение угла изгиба колеоптилей может быть способом и количественного определения ростовых веществ. Правда, как и во многих других случаях, очень высокая чувствительность определения покупается здесь ценой точности, и поэтому выдающиеся специалисты по ростовым веществам мирятся с ошибками ±20% при применении этой реакции. Опишем коротко основы методики учета изгибов колеоптилей для количественного определения ростовых веществ.
Изгиб колеоптилей при одностороннем нанесении агарового блока с ростовым веществом на декапитированный колеоптиль, как указывалось выше, протекает довольно быстро, причем за 1,5—2 часа достигаются максимальные значения отклонения, не превышающие 25—35°. Далее не только не происходит увеличения изгиба, но наблюдается даже некоторое уменьшение. При увеличении количества ростового вещества в агаровом блоке или концентрации ростового вещества при данной величине агарового блока наблюдается увеличение изгиба. При возрастании концентрации довольно быстро достигаются предельные значения изгиба колеоптилей, сменяющиеся при дальнейшем росте концентрации ростовых веществ уменьшением изгиба колеоптилей.
Возможность использования реакции изгиба колеоптилей для количественного определения ростовых веществ ограничена очень узкими рамками значения концентрации определяемых веществ и короткими сроками их действия. Правда, если мы обратим внимание на хорошо выраженную линейную зависимость угла изгиба колеоптиля от концентрации ростового вещества в части кривой, то нам станет ясно, что при этих концентрациях изгиб колеоптиля пропорционален концентрации. Так как для помещения на декапитированный колеоптиль берутся агаровые блоки столь незначительных размеров, что за время определения из них перемещается в колеоптиль все количество ростового вещества, то можно заключить далее, что угол изгиба колеоптиля пропорционален количеству ростового вещества. Если агаровый блок имеет правильную форму и объем его легко поддается учету, то по углу отклонения колеоптиля при данном объеме агарового блока, составляющем определенную часть от объема агаризованного раствора ростового вещества, можно рассчитать количество ростового вещества во всем объеме. Возникает лишь естественный вопрос, что же надо принять за единицу этих измерений и расчетов?
В первые годы применения количественного метода определения ростовых веществ, когда еще не была известна химия фитогормонов, была принята условная единица количества ростовых веществ. Условились считать, что количество ростового вещества в агаровом блоке величиной 2X2x0,5 мм, вызывающее при одностороннем нанесении на декапитированный колеоптиль за 2 часа при температуре 22—25° и относительной влажности 92% изгиб 10°, составляет единицу. Эта единица количества ростового вещества была названа овсяной единицей или, сокращенно, АЕ (Avena Einheit). Впоследствии, после открытия индолил-3-уксусной кислоты как фитогормона и установления возможности получать синтетически это соединение и испытывать по реакции изгиба колеоптилей действие определенных весовых количеств этого вещества, были предложены новые единицы.
Ничтожные весовые количества гормона роста оказались столь сильно действующими на рост колеоптилей, что даже 0,001 мг индолил-3-уксусной кислоты могла вызвать изгиб 10000 колеоптилей, на 10° каждого. Поэтому американские исследователи предложили определять количество ростового вещества в определенном объеме агаризированного раствора, рассчитывая суммарную величину изгиба, которую могло бы вызвать все данное количество ростового вещества. Эту величину американские ученые называют «общее число градусов изгиба» или, сокращенно, TDC (Total degrees curvature). Для установления этой величины производят отсчет угла отклонения колеоптиля (при 10-кратной повторности) при одностороннем помещении на декапитированный колеоптиль агарового блока величиной 10 мм3 с ростовым веществом. По найденной величине угла изгиба, определяемой при 23—25° за 2 часа, рассчитывают значение TDC, пользуясь следующей формулой:
TDC = C · 100 · V,
где C — угол изгиба колеоптиля при одностороннем нанесении агарового блока объемом 10 мм3.
100 — число блоков в 1 см3 агара,
V — общий объем (в см3) агаризированного раствора, из которого берутся блоки для количественного определения ростового вещества.
Указанное выше значение TDC для 0,001 мг индолил-3-уксусной кислоты позволяет, деля найденную величину TDC на 100 000, выразить определяемое количество ростового вещества в микрограммах индолил-3-уксусной кислоты.
Таким образом, сейчас условная единица биологического действия — овсяная единица—заменена единицей, имеющей абсолютное значение.
Количественные и качественные определения ростовых веществ при помощи биологической реакции изгиба колеоптилей не свободны от слабых сторон, присущих методам, базирующимся на биологических реакциях. Индивидуальные отличия отдельных колеоптилей, состояние объекта, зависимость реакций от условий, не подвергающихся контролю, — все это сказывается на точности определений. Но все же, соблюдая необходимые условия при выращивании колеоптилей до нужной длины 40—50 мм и при проведении реакций в условиях постоянной температуры, удается получать удовлетворительные результаты.
Чтобы сделать представление об использовании реакции изгиба колеоптилей для количественного определения ростовых веществ более конкретным, ниже помещена серия фотографий.
Приведенный рисунок позволяет заключить о весьма однообразном реагировании колеоптилей по крайней мере в пределах определенных концентраций ростовых веществ. Неудивительно поэтому, что реакция изгиба колеоптилей овса была широко и интенсивно использована для решения различных вопросов, возникающих при изучении ростовых веществ. Многие из этих вопросов получили благодаря использованию исследователям биологической реакции изгиба колеоптилей отчетливое и надежное решение.
В этом полезная сторона данного метода и данного объекта наблюдения. Но применение на протяжении ряда лет колеоптилей овса как обычного пробного объекта на действие ростовых веществ имело и отрицательные последствия. Рост колеоптилей овса, употребляемых при реакции изгиба колеоптилей, имеет совершенно определенные специфические черты. В той части колеоптиля, где осуществляется изгиб при одностороннем помещении агарового блока с ростовым веществом на декапитированный колеоптиль, деления клеток не происходит. Там имеет место лишь рост в фазе растяжения. Поэтому само осуществление изгиба колеоптиля под действием ростового вещества является следствием одностороннего усиления роста в фазе растяжения. Исключительное значение колеоптиля овса как объекта при испытании действия ростовых веществ делает нужным ознакомление с морфологией и анатомией этого образования.
Простота анатомического строения колеоптиля, ограниченность периода существования этого органа и односторонний характер его ростового процесса, сводящегося к росту в фазе растяжения, обусловили выбор этого органа как пробного объекта. Но так как работа по фитогормонам в значительной мере ограничивалась исследованиями, проведенными именно с этим объектом, то это привело к весьма суженному представлению о механизме действия ростовых веществ и об их химизме. Без достаточных оснований в первые годы после разработки качественного и количественного методов определения ростовых веществ по реакции изгиба колеоптилей были сделаны два вывода: 1) действие ростовых веществ на рост клетки является вообще таким, каким оно оказывается на колеоптилях овса, т. е. ростовые вещества действуют на рост в фазе растяжения; 2) так как допускалось, что гормон роста специфичен, то вещества, обладающие способностью вызывать реакции изгиба колеоптилей, отождествляли с гормоном роста.
Сейчас нам не только очевидно, что оба эти вывода логически неправомерны, но мы располагаем прямыми экспериментальными данными, опровергающими эти заключения. Однако много усилий, творческой мысли и изобретательности было затрачено на проведение научных работ, базировавшихся на указанных выводах. Обращаясь к рассмотрению пути, пройденного молодым, но быстро развивающимся учением о фитогормонах, мы увидим, что только за последние годы физиологи начинают освобождаться от представления об ограниченности функций ростовых веществ действием их лишь на рост в фазе растяжения.
Десятилетие 1925—1935 гг., когда столь быстро и успешно развивалось учение о фитогормонах, было вместе с тем и периодом интенсивной разработки вопроса о процессах укоренения черенков и возникновения адвентивных образований на побегах. Уже на первых порах удалось установить, что в ряде случаев при укоренении черенков имеет место возникновение корней там, где не было зачатков этих органов. Таким образом, образование придаточных корней оказалось не только процессом, основывающимся на делении клеток, их последующем росте в фазе растяжения и дифференцировке. Физиологический анализ процесса корнеобразования привел к заключению о том, что в этом процессе оказываются деятельными небольшие количества веществ, вырабатываемых в почках, находящихся на черенке, или в его листьях. Этот результат исследований по физиологии процессов укоренения черенков, естественно, дал основание заключить об участии гормональных веществ в корнеобразовании.
Довольно долгое время после установления гормональной природы процесса возникновения адвентивных корней считалось, что соответствующие гормоны специфичны и отличаются от гормонов роста, вызывающих реакцию изгиба колеоптилей. Но за последние годы американскому ученому Ван-Овербеку (Overbeek, van, 1941) очень остроумными и убедительными опытами удалось совершенно бесспорно показать идентичность этих гормонов. Отсюда, естественно, надо сделать вывод большого принципиального значения. Следует признать, что гормоны роста действуют не только на рост в фазе растяжения клеток, но и на рост в фазе деления клеток. Правда, учет действия фитогормонов на укоренение черенков оказывается технически значительно более трудным, чем определение их действия на изгиб колеоптилей. Большая трудность учитывать наличие и количество гормонов роста по их действию на корнеобразование сводится не только к значительно большей длительности реакции, протекающей не за 2 часа, а иногда за несколько недель. Образование корней является значительно более сложным по своей природе процессом, протекание которого в сильной степени зависит от внегормональных факторов.
Поэтому, хотя реакции корнеобразования и приходится придавать большое значение как процессу, позволяющему составить более широкое представление о роли фитогормонов в процессах роста, эта реакция не используется для практического определения ростовых веществ. Большое внимание, уделяемое сейчас действию ростовых веществ на укоренение черенков, помимо указанного принципиального значения этой реакции, объясняется чисто практическим моментом. В сельском хозяйстве ряда стран за последние годы начали широко применять ростовые вещества для ускорения укоренения черенков (Максимов, 1946; Турецкая, 1949).
Таким образом, мы располагаем в настоящее время помимо основной реакции на ростовые вещества — реакции изгиба колеоптилей овса, также реакцией корнеобразования у черенков. Недавно была найдена еще одна биологическая реакция, вызываемая ростовыми веществами. Большой интерес этой реакции заключается в том, что она также основывается на способности ростовых веществ действовать на рост в фазе деления клеток.
Американский ученый Густафсон (Gustafson, 1936) показал, что при действии ростовых веществ на срезанные столбики неоплодотворённых завязей происходит образование партенокарпических плодов. Это имело место у бегонии, петунии и Agapanthus. Впоследствии число растений, у которых можно искусственно вызвать партенокарпию действием ростовых веществ, очень расширилось. Сейчас, после длительной работы в этом направлении, можно назвать десятки видов, дающих партенокарпические плоды после воздействия ростовых веществ на неоплодотворенные завязи. К этим же растениям относятся, между прочим и помидоры и многие широко культивируемые тыквенные. Оставляя пока в стороне вопрос о широких практических перспективах применения ростовых веществ как средства усилить завязывание плодов, мы сосредоточим наше внимание на теоретическом значении реакции завязей на ростовые вещества.
Очевидно, если удается действием ростовых веществ на неоплодотзоренную завязь вызвать образование партенокарпического плода, то этот процесс является следствием и деления клеток соответствующих частей завязи и их последующего роста в фазе растяжения. Искусственно вызываемая партенокарпия — это еще одно доказательство действия ростовых веществ не только на рост в фазе растяжения, но и на деление клеток. Но и эта реакция на ростовые вещества, подобно реакции корнеобразования, осуществляется далеко не столь быстро и легко, как реакция изгиба колеоптилей. Поэтому способностью ростовых веществ вызывать искусственную партенокарпию пользуются обычно лишь при опытах по изучению развития завязей и плодообразования, но не для установления наличия или дозировки ростовых веществ.
Ниже, при оценке перспектив практического применения ростовых веществ в сельском хозяйстве, мы опишем, в какой форме применяется сейчас воздействие ими на плодообразование. Здесь же мы лишь напомним, что этот прием практического использования ростовых (веществ и это направление в изучении их действия ведут свое начало от опытов Фиттинга.
Как упоминалось выше, он испытывал действие экстрактов поллиний орхидей на завязи и цветки орхидных. Сейчас не приходится сомневаться в том, что Фиттинг имел в своих руках фитогормоны и обнаружил их действие по реакции, аналогичной искусственной партенокарпии. Но, как это будет видно из дальнейшего изложения, ростовые вещества столь разнообразны химически, что нет возможности уточнить высказывание о природе деятельных веществ экстрактов поллиний.
Для расширения представления о физиологическом действии ростовых веществ имеет большое значение еще одна биологическая реакция, по своему характеру мало похожая на обе описанные выше. Несмотря на различие физиологических процессов, лежащих в основе реакции изгиба колеоптиля и реакции искусственной партенокарпии, оба они являются реакциями усиления роста. Правда, в одном случае это рост в фазе растяжения, а в другом — рост в фазе клеточных делений, но знак действия ростовых веществ на эти обе фазы в обеих реакциях одинаков. Из общей физиологии известно, что действие любого внешнего условия на организм, при различной напряженности или концентрации этого фактора, выражается параболическими кривыми. Наличие восходящих и нисходящих ветвей у этих кривых заставляет заключить, что знак действия данного фактора на физиологический процесс определяется напряженностью или концентрацией фактора.
Применительно к ростовым веществам этот принцип заставляет ожидать при достижении некоторых повышенных концентраций отрицательного, задерживающего действия этих веществ на рост. Опыт показывает, что это действительно имеет место. Если испытывать, пользуясь биологическими реакциями, действие ростовых веществ в различных концентрациях при достаточно широкой амплитуде этих различий, то мы встретимся с различием знака действия ростовых веществ. Чрезвычайно интересно, что каждый орган имеет свои характерные кардинальные точки на кривой, выражающей зависимость действия ростовых веществ от концентрации. Так, если изучить одну из сторон физиологического действия ростовых веществ, а именно действие на рост в фазе растяжения, то для корней и стеблевых органов опыт дает результаты.
Приведенные кривые достаточно ясно иллюстрируют высказанное выше положение о зависимости знака действия ростовых веществ от концентрации. Вместе с тем они делают понятным, что для обнаружения и приближенной дозировки ростовых веществ при высокой концентрации вполне возможно воспользоваться задержкой роста как биологической реакцией на ростовое вещество. Практически это осуществляется так. В качестве объекта берут проростки подсолнечника, не дающего обычно образования побегов из пазушных почек. Эта задержка отрастания боковых ветвей из пазушных почек у подсолнечника обусловлена не состоянием меристемы почек, не способных к росту, а тормозящим действием верхушечной почки. Достаточно ее удалить, и из пазушных почек начнут быстро отрастать «замещающие» побеги.
Вопрос о механизме и природе торможения, осуществляемого терминальной почкой на пазушные, представляет довольно большие трудности. Здесь мы не будем останавливаться на рассмотрении соответствующих экспериментальных данных и гипотез. Отметим лишь один совершенно прочно установленный факт: тормозящее действие терминальной почки на рост пазушных почек после ее удаления может быть заменено нанесением на срез ростовых веществ. Этот факт и служит основанием биологической реакции задержки роста пазушных почек. Технически эта реакция представляет значительно большие трудности, чем реакций изгиба колеоптилей овса, и поэтому действие ростовых веществ на задержку отрастания побегов из пазушных почек используется сравнительно мало.
Очень интересно одно обстоятельство, принципиальное значение которого оценено лишь очень недавно. Оказывается, что при испытании действия ростовых веществ на растительный организм в разных концентрациях могут изменяться не только знак, но и самый характер действия. Выше мы уже указывали, что можно установить действие ростовых веществ на рост в фазе растяжения клеток и на рост в фазе деления клеток. Естественно, может возникнуть вопрос, чем же определяется характер действия испытываемого ростового вещества. Большинство ростовых веществ и все известные нам фитогормоны обладают способностью действовать на обе фазы роста. Поэтому характер действия ростового вещества на рост определяется природой и состоянием объекта и условиями применения ростового вещества. Так, например, характер действия ростового вещества на колеоптили овса в той фазе, когда они используются для реакции изгиба, определяется свойствами объекта. Клетки эфемерного, быстро заканчивающего свой рост органа однообразно реагируют на ростовые вещества, изменяя лишь рост в фазе растяжения. Равным образом пыльцевые зерна могут отвечать на действие ростовых веществ лишь изменением скорости прорастания. Однако клетки молодых стеблей помидора могут при наложении на стебель ланолиновой пасты с ростовым веществом давать реакцию разного характера.
Так, при низких концентрациях ростовых веществ, вызывающих ускорение роста, нанесение их на одну сторону стебля вызывает изгиб стебля. Механизм этой реакции сводится к одностороннему ускорению роста в фазе растяжения. Но, если мы поместим с одной стороны молодого стебля ланолиновую пасту с высокой концентрацией ростового вещества, то будем наблюдать совершенно иные явления. На месте наложения пасты образуется нарост, напоминающий галл. Микроскопическое исследование позволяет установить, что в таких случаях галловидные наросты на стебле возникают благодаря усиленному делению клеток. Таким образом, при реакции образования наростов на стебле наблюдается действие ростового вещества на иную фазу роста, следовательно, действие иного характера. Изменение характера действия ростового вещества явилось следствием повышения его концентрации. Поэтому мы можем сделать весьма важное заключение: характер действия ростовых веществ на данный объект является функцией их концентрации.
Прежде чем перейти к обобщению результатов опытов по изучению зависимости реакции растений на ростовые вещества от их концентрации, мы опишем еще одну биологическую реакцию на эти вещества. Описываемая ниже реакция имела большое значение в развитии учения о фитогормонах как реакция исключительной чувствительности на ростовые вещества в газообразном состоянии. Выше мы упоминали о замечательных исследованиях Нелюбова, установившего изменение характера геотропической реакции проростков под влиянием светильного газа и этилена. Через двадцать лет результаты исследований Нелюбова, не обратившие сперва на себя должного внимания, были подтверждены американскими учеными Крокером, Циммерманом и Хичкоком (Crocker, Zimmerman and Hitchcock, 1932), обстоятельно и интересно развившими дальше исследования Нелюбова. Американские исследователи подметили, что помидоры отличаются очень большой чувствительностью к окиси углерода, этилену, ацетилену и другим непредельным углеводородам. При наличии этих газов в атмосфере даже в виде примесей, составляющих десятые доли процента, у молодых растений помидоров быстро происходит опускание черешков листьев. Это поникание — эпинастия листьев — держится на протяжении времени от нескольких часов до суток, а затем листья принимают нормальное положение. Подобные же результаты получены в лаборатории автора в работе Н. С. Турковой (1940) с махоркой.
Физиологический анализ позволил установить, что в основе этого временного опускания листьев лежит более быстрая реакция клеток верхней стороны черешка на действие ростовых веществ. Под влиянием этилена или других газов, вызывающих реакцию эпинастии, наблюдаемую у очень многих растений и лишь особенно отчетливую у помидоров, происходит значительное усиление роста в фазе растяжения на верхней стороне черешка. С некоторым запозданием эта реакция осуществляется и на нижней стороне черешка, клетки которой также увеличивают свои размеры.
Если бы нужно было коротко формулировать, какова основа реакции эпинастии на ростовые вещества, то надо было бы сказать: отсутствие физиологической симметрии в способности к реакции на ростовые вещества у клеток верхней и нижней сторон черешков. Результатом этой реакции, так же как и реакции изгиба колеоптилей или стеблей, является изменение положения органа в пространстве. Но при реакции эпинастии она вызывается не односторонним действием ростового вещества, а неодинаковыми внутренними условиями протекания реакции на разных сторонах органа.
Реакция эпинастии совершенно незаменима, когда надо констатировать наличие в воздухе ростовых веществ в газообразном состоянии. Эта реакция систематически и многократно использовалась для изучения действия на растения этилена, и именно с помощью реакции эпинастии было установлено то важное положение, что этилен — фитогормон. Пока физиология растений не располагает более чувствительной реакцией на ростовые вещества в газообразном состоянии.
Описав различные биологические реакции на ростовые вещества, мы дали представление о том разностороннем действии, которое эти вещества могут оказывать на растение. Нами уже указывалось, что характер действия ростовых веществ на растения является функцией концентрации этих веществ. Правда, к этому утверждению надо добавить, что оно относится лишь к. растениям и органам, способным по своей природе осуществлять и рост в фазе растяжения и рост в фазе деления клеток.
Результаты исследований по изучению указанной зависимости характера реакции растения от концентрации ростовых веществ даны в приводимой ниже схеме, заимствованной из работы Готре (Gautheret, 1942).
В сжатой форме эта схема позволяет обобщить результаты многочисленных исследований, проводившихся различными физиологами в разных странах. Как видно из схемы, действие ростовых веществ очень многообразно. Этот факт имеет большое значение для понимания чрезвычайно широкой роли ростовых веществ в жизнедеятельности растений. В различных частях и органах растительного организма, как будет видно дальше при рассмотрении вопроса о распространении и состоянии ростовых веществ, мы встречаемся с различиями концентраций того порядка, как это имеет место в приведенной схеме. Поэтому надо признать за ростовыми веществами значение не только регуляторов скорости роста, но и соединений, определяющих процессы формообразования растений. Эту точку зрения последовательно проводил в своих работах наш соотечественник Н. Г. Холодный (Холодный, 1939; Холодный и Кочерженко, 1948), и она оправдалась всем ходом развития наших знаний о фитогормонах.
Правда, сейчас нам известны помимо ростовых веществ и другие вещества гормонального характера, действующие на формообразование растений. Существует также ряд веществ специфического действия, усиливающих, тормозящих или изменяющих характер реакции растений на фитогормоны роста. В дальнейшем мы остановимся коротко на вопросе о дополнительных факторах роста и формообразования. Сейчас же дальнейшему рассмотрению проблемы ростовых веществ мы предпосылаем лишь указание на их крупную роль в процессах формообразования. Перейдем к последовательному изложению современных представлений о химизме, распространении и механизме действия ростовых веществ.
Выше нами уже отмечалось, что на первых порах развития учения о ростовых веществах, в связи с господствовавшим тогда взглядом о специфичности реакции растения на ростовое вещество, было сделано заключение о специфичности гормона роста. Когда Кегль (Kogl, Haagen-Smit, 1931) начал свои замечательные работы по изучению химии гормона роста, было уже известно, что вещество, вызывающее реакцию изгиба колеоптилей распространено весьма широко. Так, и в вытяжках из солода и в слюне, и в зародышах семян некоторых растений, и в препаратах многих ферментов удавалось обнаруживать наличие вещества, вызывавшего реакцию изгиба колеоптилей. Допускалось, что все эти различные исходные материалы содержат одно и то же специфическое вещество — гормон роста. Поэтому, когда Кегль, обнаружил, что моча человека очень богата каким-то веществом, вызывающим реакцию изгиба колеоптилей, то он не сомневался в том, что это вещество — специфический гормон роста.
Кёгль и его сотрудники взялись за трудную работу установления химических свойств и структурной формулы этого гормона роста, полученного в нужных для аналитических работ количествах из человеческой мочи. Уже в 1934 г. эти работы, несмотря на многочисленные и большие трудности, были завершены (Kogl, Haagen-Smit, Erxleben, 1934b)—удалось установить структурную формулу двух весьма близких друг к другу соединений, получивших название ауксина a и ауксина b.
Растворы этих соединений, полученных в кристаллическое виде, оказались чрезвычайно сильнодействующими в реакции изгиба колеоптилей. Если выражать активность ауксина a в описанных выше единицах измерений TDC, то соответствующее значение для 0,001 мг выражается величиной 200 000°. Результаты работ Кегля по установлению химических свойств и строения гормона роста можно было бы считать блестящим решением вопроса. Но в ходе работы стало ясно, что проблема химии гормона роста гораздо сложнее и шире, чем это представлялось Кеглю при начале исследований. Оказалось, что в человеческой моче помимо ауксина содержится большое количество другого вещества, также очень активного как ростовое вещество, но совершенно отличного от ауксина по химическим свойствам. Было установлено, что это второе ростовое вещество — индолил-3-уксусная кислота (Kogl, Haagen-Smit, Erxleben, ,1934а).
Установление химической природы второго ростового вещества, названного гетероауксином, было также большим успехом Кегля и его сотрудников, но вместе с тем это было и крушением концепции о специфичности ростового вещества растений. Если было доказано, что одинаковыми по характеру действия на рост колеоптилей и близкими по активности являются столь несходные вещества, как ауксин и гетероауксин, то можно было ожидать обнаружения новых ростовых веществ. Действительно, так и случилось.
За сравнительно короткий промежуток времени, прошедший со времени установления химической природы гетероауксина, число ростовых веществ достигло примерно сотни. Мы не будем приводить полного списка этих соединений; укажем лишь на некоторые особенно важные ростовые вещества и группы соединений, к которым относятся известные ростовые вещества.
Очень сильно действующим ростовым веществом являются гомологи индолил-3-уксусной кислоты, а именно индолил-3-пропионовая и индолил-3-масляная кислоты. Но было бы ошибочным заключить, что для физиологической функции производных индола имеет малое значение замена боковой цепи у третьего углеродного атома радикалом, отличным от указанных выше остатков уксусной, пропионовой и масляной кислот. Достаточно взять триптофан, являющийся индолил-3-аминопропионовой кислотой, чтобы получить соединение, не активное как ростовое вещество, по крайней мере по реакции изгиба колеоптилей. Но и небольшие изменения в положении замещающей группы и в свойствах циклических группировок индола коренным образом меняют физиологические свойства соединений.
Так, индолил-2-уксусная кислота недеятельна как ростовое вещество. Недеятельно также гидрированное производное гетероауксина — индолил-2,3-дигидро-3-уксусная кислота.
Введение метальной группы в циклическую группировку индолил-3-уксусной кислоты в положение 7 также делает соединение недеятельным. Таким образом, круг возможных изменений гетероауксина путем введения иных замещающих групп, при которых сохраняется его физиологическая активность как ростового вещества, очень ограничен. Это могло бы вызвать неверное заключение о строгой химической специфичности ростовых веществ, представление, опровергаемое уже фактами глубокого химического отличия ауксина и гетероауксина. Но особенно поразительной является высокая активность этилена, проявляющаяся и в реакции корнеобразования и в реакции эпинастии.
Совершенно бесплодно размышлять на тему о том, какие черты строения являются общими для молекул ауксина, гетероауксина и этилена, ибо эта общность не идет дальше наличия одной двойной связи. Ведь число веществ, в молекуле которых имеется хотя бы одна двойная связь между двумя атомами углерода, — необозримо велико, а число ростовых веществ ограничено.
Интересно отметить, что эти три очень далекие друг от друга по химическим свойствам и структуре молекул вещества — ауксин, гетероауксин и этилен — являются не только ростовыми веществами, но и фитогормонами. Для каждого из этих соединений установлено, что оно возникает в растительном организме, обладает высокой физиологической активностью и может действовать не в тех частях организма, где оно образуется. Если эти различные фитогормоны вызывают одни и те же реакции со стороны организма, то, очевидно, первичные реакции взаимодействия этих соединений с компонентами протопласта не могут быть одинаковыми. Различными путями три указанных вещества приводят в Действие один и тот же аппарат раздражения. В ответ на соответствующее раздражение возникает ответная реакция, характер которой определяется уже не структурой молекулы раздражителя, а состоянием реагирующей системы. Мы видели выше, что идея Гурвича о митозе как ответной реакции на раздражение клетки оказалась очень плодотворной. Подобную концепцию по отношению к проблеме действия ростовых веществ на клетки растений развивал в свое время Фиттинг (Fitting, 1936), и рассматриваемые факты химического разнообразия ростовых веществ могут быть легче всего поняты с этой точки зрения.
В итоге широких и напряженных поисков ростовых веществ, производство которых может быть легко освоено химической промышленностью, американские ученые за последнее десятилетие нашли много ростовых веществ в следующих группах соединений: 1) производных ряда нафталина, 2) производных феноксикислот, 3) производных ряда ксиленоксикислот, 4) производных ряда флюорена.
α-Нафтилуксусная кислота превосходит по своей активности гетероауксин. Очень сильно действующим ростовым веществом, также превосходящим гетероауксин, является и иафтоксиуксусная кислота. Из ряда феноксикислот деятельным веществом оказалась феноксиуксусная кислота; ее активность повышается от введения в бензольное ядро двух атомов хлора. 2-4-дихлорфеноксиуксусная кислота — это соединение, обладающее столь сильной активностью, что его используют как гербицид для подавления роста некоторых сорняков.
Ксиленоксикислоты, в частности ксиленоксиуксусная кислота обладают высокой активностью как ростовые вещества. Эта группа соединений, весьма вероятно, будет в дальнейшем использована для практических целей. Флюоренуксусная кислота — соединение, примерно столь же сильно действующее на рост растений, как и фитогормон гетероауксин. Ниже мы приводим структурные формулы соединений, относящихся к указанным группам вещества.
Несомненно, что на протяжении ряда ближайших лет список ростовых веществ расширится, и в него войдут не только новые соединения из числа названных рядов, но и представители иных классов соединений. Так, можно считать весьма вероятным, что некоторые продукты распада лолинуклеиновых кислот, как мононуклеотиды и основания пуринового и пиримидинового ряда, окажутся ростовыми веществами. Уже сейчас имеются единичные факты, свидетельствующие о сильном действии на рост аденина и некоторых производных пурина. Говоря о неизбежном увеличении списка ростовых веществ, предстоящем в недалеком будущем, необходимо оговориться, что мы имеем в виду соединения, которые способны вызывать все типичные реакции. Уже и в настоящее время известно немало веществ, обладающих хорошо установленным сильным действием на какие-либо отдельные стороны в процессе роста.
Несколько лет назад, когда считалось, что действие фитогормонов роста ограничивается лишь влиянием на растяжение, принималось существование веществ, действующих на рост в фазе деления клеток. Эти вещества выделяли в особую группу гормональных веществ, противопоставляя друг другу ауксины и вещества группы «биоса». В настоящее время такое разграничение надо признать лишенным оснований, так как ауксины действуют и на рост в фазе деления клеток. Но приходится констатировать, что наряду с названными выше типичными ростовыми веществами, вызывающими все описанные биологические реакции, есть и вещества, обладающие ограниченным действием на рост. Сюда относятся, во-первых, вещества группы биоса, например, витамин B1 действующие лишь на рост в фазе деления клеток. К этой же группе ростовых веществ с узкой сферой действия на ростовые процессы надо причислить и некоторые другие соединения ароматического ряда. Их активность проявляется лишь в одной — двух из упоминавшихся выше биологических реакций.
В нашем изложении мы сосредоточим внимание на ростовых веществах, вызывающих все типичные биологические реакции, и лишь в дальнейшем, в связи с вопросом о культуре растительных тканей и органов, бегло коснемся иных гормональных веществ.
Перейдем к рассмотрению данных по распространению ростовых веществ в растительных организмах и учету количественного содержания этих веществ в различных частях растения. Но этим материалам придется предпослать некоторые сведения о состоянии ростовых веществ в тканях растений.
Выше мы отмечали, какую крупную роль в развитии всего учения о фитогормонах сыграло установление возможности получить гормон роста из верхушки колеоптиля путем простой диффузии этого вещества в агар. Из ряда других объектов также удавалось получать ростовые гормоны в результате диффузии их из соответствующего органа в агар или воду. Было показано, кроме того, что имеющийся в данной части растения гормон роста переходит в водную вытяжку. Эти факты послужили основой заключения о наличии в тканях растений гормонов роста в свободном, активном и способном к диффузии состоянии. Поэтому, если извлечение водой или помещение части органа на агар не позволяли получить гормонов роста, то делалось заключение об их отсутствии в соответствующей части растения.
Однако в дальнейшем стало очевидным, что такое заключение часто неверно. От простейшего представления об одном состоянии гормонов роста в активной и способной к диффузии форме пришлось перейти к более сложным представлениям. Развитие воззрения о двух формах гормонов роста — свободной и связанной, а также представления о наличии, помимо фитогормонов, их предшественников, легко превращающихся в деятельные фитогормоны, было вызвано различными фактами.
Наиболее сильное влияние в этом отношении оказали данные опытов, в которых устанавливалось значение связи колеоптиля с семенем для роста колеоптиля. Оказалось, что колеоптиль, отделенный от семени, довольно быстро прекращает рост, и верхушка колеоптиля становится все более и более слабым образователем гормона роста. Если декапитировать колеоптиль, связанный с семенем, то по истечении немногих часов верхняя часть колеоптиля становится источником гормонов роста, и рост возобновляется. Происходит так называемая физиологическая регенерация верхушки колеоптиля. Но если эту же операцию декапитирования проделать с колеоптилем через 12 час. после отделения колеоптиля от семени, регенерации верхушки не произойдет. Колеоптиль перестанет расти.
Напрашивается само собой очень простое объяснение этого опыта. Можно допустить, что семя является источником снабжения колеоптиля гормоном роста, продвигающимся по колеоптилю в восходящем направлении до верхушки. Оттуда фитогормон роста движется в нисходящем направлении по колеоптилю и обусловливает рост этого органа. Указанное допущение легко поддается экспериментальной проверке, если исходить из представления о способной к диффузии активной форме гормона роста как единственной форме этого вещества в тканях растений. Можно было бы думать, что достаточно, срезав колеоптиль, поместить основание его, связанное с семенем, поверхностью среза на агар, чтобы в него диффундировал из семени гормон роста. Опыт показывает, что ростовое вещество при этом в агар совершенно не переходит. Таким образом, результаты опыта противоречат сделанному допущению, и его приходится отвергнуть.
Можно заменить указанное допущение более сложным, а именно предположить, что из семени переходит в колеоптиль не непосредственно гормон роста, а какой-то предшественник этого вещества. В верхушке колеоптиля, куда достигает ток предшественника гормона роста, происходит превращение предшественника в деятельный ростовой гормон, распространяющийся вниз по колеоптилю. Можно привести и прямые экспериментальные данные, служащие подтверждением такого допущения. Если кусочек агара, на котором находилось срезанное основание колеоптиля, соединенное с семенем, держать довольно длительное время на верхушке декапитированного колеоптиля, то начинается реакция изгиба. Следовательно, в них действительно происходит превращение какого-то недеятельного соединения в деятельный фитогормон. Вместе с тем приходится сделать заключение и о семени как о вместилище запаса не гормона роста, а какого-то близкого к нему вещества — его предшественника.
Другой ряд фактов, приведших к представлениям о различных состояниях гормонов роста в тканях растений, связан с результатами опытов по извлечению этих веществ различными растворителями. Оказалось, что при действии на растительные ткани липоидных растворителей, как то: эфира, хлороформа, удается экстрагировать в некоторых случаях во много раз больше фитогормона роста, чем при извлечении водой. Самый процесс извлечения идет очень медленно и тянется не только месяцами, но не заканчивается и за год. Эти факты могут иметь объяснение лишь в допущении существования лабильно связанной формы фитогормона роста, разрушаемой при действии липоидных растворителей. Можно также допустить, что в растворе того или иного липоидного растворителя происходит медленное действие соответствующего фермента, высвобождающего гормон роста из связи с компонентами протопласта.
Подобно тому, как это было в свое время допущено для пигментов хлоропластов, и для ростовых веществ предположили, что они связаны с белками. Это предположение получило блестящее экспериментальное подтверждение и послужило основой разработки методики быстрого и полного извлечения ростовых веществ из растений.
Если эти вещества связаны с белками, то очевидно, что лучшим способом их получения в свободном состоянии является применение протеолитических воздействий. Первые же попытки проверки предположения увенчались полным успехом. Кратковременная обработка растительных тканей протеолитическими ферментами приводила к увеличению количества извлекаемого ростового вещества в сотни раз. Подобно этому действовала и обработка растительных объектов растворами щелочей при повышенной температуре в автоклаве. Это воздействие, конечно, также приводило к гидролитическому разрушению связи ростовых веществ с белками. Технически оно настолько удобно, что сейчас обработка изучаемого объекта раствором щелочи при повышенной температуре считается лучшим быстрым методом извлечения ростовых веществ.
Вопрос о химической природе предшественника фитогормона роста, и в частности в семенах злаков, не может еще считаться окончательно решенным. Уайлдмэну и Боннеру (Wildman, Bonner, 1948) в опытах с семенами кукурузы удалось с достаточной обстоятельностью установить, что предшественником гетероауксина является триптофан — вещество, весьма близкое к гетероауксину.
Реакции декарбоксилирования и окислительного дезаминирования, ведущие от триптофана к индолил-3-уксусной кислоте, протекают под действием имеющихся в клетках ферментных систем. Очевидно, только благодаря прохождению соответствующих реакций удается наблюдать, как паста с триптофаном сначала является недеятельной, а затем, после контакта с живой тканью растения, приобретает активность как ростовое вещество. Несмотря на соблазнительную простоту представления о том, что превращение предшественника гормона роста и ростового вещества из недеятельного состояния в деятельное сводится к отщеплению триптофана от белка и последующему его изменению, это представление оказывается недостаточным. Количественные расчеты приводят к заключению, что в ряде случаев оно оказывается несостоятельным. Приходится допускать наличие в клетках готового фитогормона роста, но находящегося в непрочном соединении с белками, или же можно прийти к заключению о существовании иных ростовых веществ и иных путей их превращения из недеятельной формы в активную, чем переход от триптофана к гетероауксину.
Выше нами уже указывалось, что целый ряд данных и соображений делают вполне вероятным предположение о мононуклеотидах и входящих в их состав основаниях как ростовых веществах. Если исходить из этого предположения, то открывается целый ряд возможностей для объяснения разнообразных путей активации ростовых веществ в растительных тканях. Но оставляя эту, пока еще гипотетическую, область представлений о ростовых веществах, мы можем, оставаясь на почве прочно установленных фактов, сделать с дующие заключения: экстрагируемые водой, способные к диффузии фитогормоны составляют лишь часть общего, легко мобилизуемого запаса этих веществ в растительных тканях.
После систематического применения методов гидролизующего воздействия обработки щелочью при высокой температуре или соответствующей техники применения липоидных растворителей стало известно соотношение деятельной и мобилизуемой части гормонов роста. В семенах злаков, например в семени пшеницы, лишь около 5% представлено активной формой фитогормона роста, а 95% —его предшественником. В колеоптилях же злаков, например кукурузы, по определениям Ван-Овербека, 90% от всего количества гормонов роста представлено деятельной диффундирующей формой.
Приведенные цифры делают понятным, почему на протяжении целого десятилетия исследователи, определяя количество гормона роста в тканях по реакции изгиба колеоптилей овса, принимали количество обнаруживаемого таким образом фитогормона за весь имеющийся запас.
Для колеоптилей злаков,— того объекта, который долгое время был единственным при изучении гормонов роста, — указанное приравнивание вполне возможно. Но совершенно очевидно, что, например для семян злаков, учет деятельной диффундирующей формы фитогормона даст представление лишь о малой части запаса этого вещества. К сожалению, широкое и интенсивное изучение распространения гормонов роста в разных растениях, в разных органах, в разные периоды роста, проводилось еще до разграничения представлений об актуальной и потенциальной обеспеченности тканей фитогормонами. Поэтому сейчас приходится критически пересматривать и отвергать некоторые выводы, сделанные в свое время на основании не внушавших сомнений данных. Количество экспериментальных материалов, могущих служить основанием для трактовки вопроса о закономерностях изменения содержания гормонов роста в разных органах растений при разном состоянии органов, очень сильно уменьшается.
На основании имеющихся данных можно сделать несколько общих выводов. Первый из них сводится к установлению следующего положения: в растущих осевых органах — стебли, корни — наиболее высокое содержание гормонов роста имеется в точках роста; по мере удаления от последних падает содержание гормонов роста.
Кратко соотношения можно выразить так: в осевых органах растений имеет место базипетальный градиент содержания гормонов роста. Выше уже отмечалось, что источником снабжения ауксином растущего колеоптиля является его верхушка. Мы можем сейчас обобщить это заключение, утверждая, что в растущих органах очаги меристематических тканей являются источником обеспечения зоны роста фитогормонами. Объяснение этого соотношения мы, очевидно, можем найти, устанавливая связь образования гормона роста и вообще ростовых веществ растения с обменом веществ в точках роста. Известно, что в меристематических тканях протекают очень интенсивно основные жизненные процессы, как, например, дыхание, процессы распада и синтеза белковых веществ. Специфической чертой обмена веществ в меристемах является крупная роль превращений нуклеиновых кислот, содержание которых именно в этих тканях, как указывалось, особенно высоко. Поэтому становится очень вероятным представление о нуклеотидах и продуктах их расщепления как ростовых веществ, возникающих в меристематических тканях.
Второй вывод общего характера касается связи содержания ауксина в период роста органа или ткани. В растениях нашего умеренного пояса с ясно выраженным сезонным ритмом роста Зёдинг (Soding, 1937) обнаружил тесную зависимость деятельности камбия от содержания в нем фитогормонов. При определении концентрации их в камбиальной ткани по реакции изгиба колеоптилей Зёдингу удалось констатировать очень большие сезонные изменения содержания гормонов роста.
Так как Зёдинг изучал зависимость деятельности камбия от содержания в нем гормона роста, то он в качестве критерия работы камбия использовал прирост стволов деревьев в толщину. Интересно отметить, что подъем кривой содержания фитогормонов в камбии предшествует началу усиленного прироста в толщину. И Зёдинг и другие исследователи, изучавшие сезонные изменения содержания фитогормонов в связи с годичным ритмом роста, ограничивались учетом лишь деятельной формы этих веществ. Это, конечно, несколько снижает ценность полученных результатов, но зато позволяет сделать одно интересное заключение.
Ростовые вещества в растениях легко образуют, как мы видели выше, непрочные соединения с белками, разрушаемые гидролизирующими воздействиями. Очевидно, что и воздействие на рост клетки в целом, на новообразование протоплазмы и белков ростовые вещества осуществляют только после того, как они вступят в соединение с соответствующими компонентами протопласта. Следовательно, фитогормоны роста, диффундирующие из верхушки колеоптиля в агар, — это не те молекулы, которые заняты в процессе роста. Это избыток гормонов роста, образованных в меристеме и не связанных соответствующими акцепторами в верхушке колеоптиля. Поэтому учет обеспеченности растительной ткани ростовыми веществами путем определения количества их только в деятельной, диффундирующей форме дает сильно приуменьшенное значение, но позволяет заключить об интенсивности образования ростовых веществ. Точнее, эта методика позволяет установить перепроизводство ростовых веществ.
Применительно к решению вопроса, поставленного Зёдингом, очень важно установить, что периоду усиленного прироста в толщину предшествует вспышка продукции ростовых веществ в камбии. При способности этих веществ к передвижению в тканях растений, очевидно, что очаг перепроизводства фитогормонов станет источником снабжения ими прилегающих тканей. Таким путем осуществится воздействие камбия на рост граничащих с ним слоев клеток.
Третий вывод общего значения, который нам удобно сделать после рассмотрения результатов исследований Зёдинга, таков: вторичные меристемы в период их деятельности являются, так же как и первичные меристемы, местами повышенного содержания ростовых веществ.
Обобщая рассматривавшийся до сих пор материал по вопросу о распространении ростовых веществ в тканях растений и о периодических изменениях их содержания, можно сказать, что более высокая концентрация этих веществ приурочена к местам нахождения меристем в период их деятельности. Однако не представляется возможным указать, хотя бы приблизительно, абсолютные величины содержания фитогормонов в определенных органах и тканях во время интенсивного роста. Соответствующие величины, находимые для данного вида растения, оказываются изменяющимися в весьма широких пределах. Рассмотрение причин этих различий приводит нас к следующему выводу: содержание ростовых веществ зависит от обеспеченности растений азотом; оно возрастает при лучшем азотном питании.
Это положение, основывающееся на результатах ряда исследований, представляет большой интерес, так как оно дает простое объяснение постоянно наблюдаемой тесной зависимости роста растений от азотного питания. Несмотря на буквально бесчисленное количество наблюдений, подтверждающих существование этой зависимости, оставалось неизвестным, почему при улучшении азотного питания усиливается рост. Ссылка на значение азота как материала для синтеза белков, важнейших составных частей живых образований, конечно, еще не могла служить объяснением. Лишь после установления зависимости содержания ростового вещества от обеспеченности растений азотом нам становится ясной основа этой зависимости.
Сообщавшиеся выше сведения о химизме наиболее распространенного фитогормона — гетероауксина — и его генетической связи с триптофаном делают понятным, почему при хорошем снабжении азотом растения образуют больше гормонов роста. Вполне вероятно, что это действие лучшего азотного питания на ростовые вещества не ограничивается только усилением образования триптофана, но захватывает и другие гормонально действующие вещества, как, например, нуклеотиды.
На основе всего изложенного выше материала о природе ростовых веществ, вызываемых ими реакциях и распространении их в растениях, мы можем перейти к рассмотрению вопроса о механизме их действия.
На протяжении довольно долгого времени, примерно до 1940 г., многочисленные попытки ученых различных стран объяснить механизм действия ростовых веществ сводились к решению следующей задачи: как действуют эти вещества на рост в фазе растяжения. Сейчас нам очевидно, что постановка задачи в таком виде должна быть признана суженной. Выше отмечалось, что преимущественное использование колеоптилей овса как объекта при изучении действия фитогормонов роста, было причиной узкой односторонней трактовки проблемы. Но и это одностороннее воззрение на природу действия ростовых веществ могло бы дать значительно больше, если бы оно не было связано с неправильным, упрощенным представлением о росте в фазе растяжения.
Само название — растяжение при росте — ведет нас к отдаленным и примитивным взглядам на процесс роста как следствие увеличения размеров оболочки, распираемой изнутри давлением содержимого клетки.
Источником силы, обусловливающей это тургорное давление протопласта на оболочку, считали осмотическое давление клеточного сока. В соответствии с этим воззрением увеличение объема клетки при росте в фазе растяжения относили за счет поглощения воды. Возможность поддерживать рост в фазе растяжения на протяжении периода, допускавшего значительное возрастание объема клетки, оказывалась зависящей от податливости оболочки растяжению.
Объяснение механизма осмотического насасывания воды клеткой не вызывало затруднений, так как принималось, что оно происходит как бы автоматически, пока живая протоплазма сохраняет полупроницаемость. Трудности возникали при объяснении того, каким образом клеточная оболочка, доведенная напором на нее протопласта до определенного растяжения, может осуществлять рост. Сторонники двух противостоявших прежде друг другу теоретических концепций о росте путем наложения и о росте путем внедрения различно пытались преодолеть эти трудности. Но участникам дискуссии о способе роста клеточной оболочки казалось во всяком случае совершенно очевидным одно: решение проблемы механизма роста в фазе растяжения сводится к решению вопроса о росте клеточной оболочки.
К 1925 г., времени начала интенсивной разработки учения о фитогормонах, стало уже очевидным, что противопоставление представлений о росте оболочки клетки путем внедрения или путем наложения лишено основания. Рост клеточной стенки в поверхности невозможен без внедрения, рост в толщину осуществляется путем не только наложения, но и внедрения. Долго длившийся горячий спор потерял остроту и стал уже отходить в область истории. Но, к сожалению, физиологи, взявшиеся за разработку проблемы механизма действия ростовых веществ, долгое время не могли освободиться от данного наследия прошлого. Они продолжали считать, что существо процесса роста в фазе растяжения сводится к росту оболочки клетки. Эта мысль и определила направление поисков ряда исследователей на протяжении почти полутора десятилетий.
Следует признать, оценивая итоги работ этого рода, что они действительно существенно обогатили наши знания и о строении, и о росте клеточной стенки. Но, как мы увидим ниже, эти успехи в изучении механизма роста клеточных оболочек осветили лишь очень узкую область вопросов, относящихся к физиологии роста в фазе растяжения.
В изучении роста клеточных оболочек и действии на него фитогормонов выдающаяся роль принадлежит нидерландскому физиологу Хэйну. Его работы завершили целую серию исследований, предпринятых в этом направлении другими учеными. Успех работ Хэйна обусловлен и ясной постановкой задач при изучении роста клеточных оболочек, и разработкой четкой методики изучения действия фитогормонов на свойства клеточных стенок.
В своих исследованиях Хэйн учитывал одно свойство клеточной оболочки, имеющее первостепенное значение для ее роста в поверхности — пластичность. Пластичность тела — это способность подвергаться под действием деформирующей силы необратимым изменениям размеров или форм. Хэйн совершенно справедливо указывал, что для увеличения размеров оболочки имеет значение не эластическое, т. е. обратимое, а пластическое — необратимое растяжение.
Механизм роста оболочки в поверхности стал бы понятен, если бы удалось показать, что при росте происходит увеличение пластической деформации клеточной оболочки. Оно может явиться следствием одного из двух изменений. Деформация оболочки, вызываемая давлением на нее протопласта, может стать пластической, если при росте произойдет увеличение этого давления, превращающее эластическое растяжение в необратимое, пластическое. Во-вторых, можно допустить, что при росте происходит изменение физических свойств оболочки, сводящееся к увеличению ее пластичности. В таком случае и при неизменном или даже уменьшающемся тургорном давлении возможно увеличение пластического растяжения клеточной оболочки.
На основании данных по измерению величины тургорного давления в клетках зоны роста корпя первое из сделанных допущений должно быть отвергнуто. Тогда оставалось лишь проверить экспериментально, действительно ли при росте в фазе растяжения происходит увеличение пластичности клеточной оболочки. Эту задачу впервые со всей определенностью поставил и решил Хэйн.
Он прибег к очень простому и наглядному методу для учета изменений пластичности клеточной оболочки. На колеоптили, укрепленные одним концом на стойке и ориентированные горизонтально, с другого конца навешивались дужки весом 250 мг. Под действием тяжести нагрузок колеоптили изгибались и в этом изогнутом состоянии с навешенными грузиками они оставались в течение двух часов. Деформация колеоптилей могла быть и эластической и необратимой пластической. Мерой последней величины служил изгиб, сохранявшийся после снятия нагрузок с колеоптилей. При этом наблюдалось лишь частичное распрямление колеоптилей и угол сохранявшегося, следовательно, необратимого, изгиба позволял учитывать величину пластичности клеточной оболочки.
Для установления действия ростовых веществ на пластичность клеточных оболочек Хэйн испытывал описанным способом колеоптили двух порций. Одни из них использовались для опыта через час после декапитирования. Этот промежуток времени, слишком краток для физиологической регенерации верхушки и, следовательно, подготовленные таким образом колеоптили шли в опыт с минимальным количеством гормонов роста. Колеоптили другой порции за часовой промежуток времени получали гормон из помещенных на апикальную поверхность среза кубиков агара с фитогормоном роста. Таким образом, в опытах Хэйна производилось сравнительное испытание пластичности клеточных оболочек колеоптилей, хорошо обеспеченных и обедненных гормоном роста.
При наличии способности гормона роста действовать на пластические свойства клеточных оболочек следовало ожидать различий в результатах испытания колеоптилей обеих серий. Опыт подтвердил это ожидание. Оказалось, что остаточный угол изгиба после снятия нагрузок всегда был большим у колеоптилей, получивших перед испытанием гормон роста. Количественно соответствующие значения величин угла остаточного изгиба выражаются следующими цифрами:
для колеоптилей, содержавших гормон роста, — 17,3° ±3,1°;
для колеоптилей, обедненных гормоном (роста, — 7,6° ±2,2°.
Таким образом, опыты, проведенные Хэйном, дали очень отчетливый результат, совпавший с теоретическим ожиданием, построенным на очень простом представлении о сущности роста в фазе растяжения. Можно было, конечно, выдвинуть одно возражение против истолкования данных об увеличении пластичности под действием гормона роста как причины увеличения размеров клетки. Ростовое вещество, действуя на протопласт, могло вызывать ряд разнообразных и сложных изменений, приводящих к увеличению размеров клетки. Изменение свойств оболочки могло быть лишь одним из звеньев этой цепи процессов и являться не причиной, а лишь одним из следствий роста.
Хэйн учитывал это возражение и провел серию очень интересных опытов, в которых пытался осуществить разграничение процесса роста и действия фитогормона роста на клеточную оболочку. С этой целью он проводил весь описанный выше опыт при столь низкой температуре (+4°), когда увеличение размеров клеток колеоптилей не имело места, но и при этих условиях сказывалось действие гормонов роста на пластичность клеточной оболочки. Отсюда Хэйном и был сделан вывод, принятый другими физиологами, что фитогормон роста повышает пластичность клеточных оболочек независимо от того, происходит ли увеличение размера оболочек.
Этот вывод логически вполне закономерен — эксперимент служил для него прямым основанием. Но было ошибкой заключать, что существо действия гормона роста на рост в фазе растяжения сводится лишь к этому воздействию на физические свойства клеточных оболочек. Между тем эта ошибка была допущена многими исследователями, считавшими, что для исчерпывающего объяснения механизма действия фитогормона на рост осталось лишь объяснить, как именно осуществляется увеличение пластичности оболочек. Многочисленные гипотезы, развитые в этом направлении, представляют сейчас уже малый интерес. Скоро стало ясным, что наблюдавшееся Хэйном изменение свойств клеточной оболочки — это лишь одна из немногих сторон действия гормона роста на растущую клетку. Изменению пластичности оболочек отнюдь не приходится придавать первостепенного значения.
Прежде всего, возник вопрос о том, как действуют ростовые вещества на осмотические свойства клетки. Выше мы упоминали, что клетки зоны роста корня не отличается ни повышенным тургором, ни повышенным осмотическим давлением. Но, если мы учтем, что при росте в фазе растяжения происходит увеличение объема клеток не только в десятки, но и в сотни раз, то возникает вопрос, как же при этом поддерживается на прежнем уровне величина осмотического давления клеточного сока.
Изучение роста клеток подсемядольного колена подсолнечника (Helianthus annuus), произведенное Руге (Ruge, 1937), позволило установить очень интересные факты. Оказалось, что при действии гетероауксина на клетки гипокотиля подсолнечника, осуществляющие типичный рост в фазе растяжения, происходит и усиление роста, и новообразование тургорогенов. Правда, продукция осмотически деятельных веществ отстает от быстро идущего увеличения объема клетки. Так как возрастание объема, при росте в фазе растяжения происходит прежде всего за счет увеличения количества воды в клетке, то в опытах Руге наблюдалось даже некоторое падение осмотического давления клеточного сока. Но все же при быстром росте, вызванном действием гетероауксина, имело место новообразование тургорогенов. Она шло частью за счет гидролиза дисахаридов.
Громадное принципиальное значение приведенных результатов очевидно. Они заставляют заключить, что при росте в фазе растяжения гормоны роста осуществляют свое действие, изменяя не только физические свойства клеточных оболочек, но и воздействуя на обмен веществ. На основании опытов Руге недьзя было сказать, ограничивается ли оно только усилением гидролиза дисахаридов или затрагивает и другие стороны клеточного обмена. Но в дальнейшем было показано, что ростовые вещества вызывают усиленный гидролиз крахмала в растительных клетках, Наконец, в недавнее время было установлено, что ростовые вещества приводят к деполимеризации белков. Таким образом, можно было сделать заключение более широкого характера: фитогормоны роста, вызывая рост в фазе растяжения, усиливают процессы распада углеводов и белков.
Этот вывод значительно расширял представление о существе изменений, протекающих при росте в фазе растяжения. Однако роль фитогормонов в процессах роста не ограничивается только действием на физические свойства клеточных оболочек и усилением процессов распада углеводов и белков. Процессы синтеза, новообразования органических веществ до сложнейших органических веществ — белков, также усиливаются под действие ростовых веществ. Это утверждение приводит нас к рассмотрению вопроса о том, в какой мере вообще процесс роста в фазе растяжения связан с процессами новообразования белков, углеводов и других компонентов протоплазмы.
Долгое время, как указывалось выше, в физиологии растений господствовало столь упрощенное представление о сущности роста в фазе растяжения, что считалось ненужным проверять, специальными анализами, протекают ли в этот период роста сложные синтезы. Лишь в последнее время появилось несколько исследований, посвященных решению этого вопроса. Они проведены с разными объектами различными учеными, но все они приводят к одному и тому же общему выводу: при росте в фазе растяжения в клетке происходит новообразование ряда веществ и в том числе белков.
Для иллюстрации изменений, происходящих в клетке при росте в фазе растяжения, проведенной в лаборатории автора М. Г. Зайцевой (1951), изучавшей рост клеток мякоти плода мандарина Уншиу (Citrus sinensis). Однообразный клеточный состав долек мякоти этого плода и крупные размеры клеток довольно правильной формы позволили следить за изменением размеров клеток при росте. Благодаря однородности клеток в пробах мякоти можно было рассчитать количество веществ, приходящееся на одну растущую клетку. Путем сопоставления результатов анализов проб, бравшихся в несколько сроков, можно было заключить о характере и темпе изменений химического состава растущей клетки.
За время наблюдений произошло очень значительное увеличение объема клеток — в 144 раза. Оно обусловлено главным образом возрастанием количества воды, приходящегося на одну клетку. Поэтому оводненность клетки при росте в фазе растяжения становится большей. Но в то же время происходит и увеличение количества сухого вещества на одну клетку и увеличение количества белков. Это последнее обстоятельство имеет особенно большое значение для коренной перестройки взглядов на природу роста в фазе растяжения. Оказывается, что и этот этап роста связан с новообразованием сложнейших элементов протоплазматических структур. Следовательно, роста в фазе растяжения, как простого увеличения размеров клеточного тела за счет поглощения воды и растягивания оболочки, ставшей более пластичной, не существует.
Мы можем считать похороненным это представление о росте, выражающее примитивно-механистическую концепцию роста.
Правда, освободившись от этих неверных воззрений на рост, мы оказываемся стоящими перед трудным и пока неразрешенным вопросом: каким же образом гормоны роста действуют на синтетические процессы клетки?
Этот вопрос, встающий при решении проблемы физиологии роста в фазе растяжения, столь же труден, как и вообще вопрос о механизме сложных биосинтезов. Покончив с прежней упрощенной трактовкой сущности процессов при увеличении размеров быстро растущей клетки, мы пока не пришли к созданию законченного объяснения механизма роста. Но в данном случае, как и при решении многих фундаментальных биологических проблем, приходится считать значительным шагом вперед преодоление примитивных заблуждений недавнего прошлого.
Два ряда фактов являются прекрасным подтверждением представлений о ростовых веществах как соединениях, не только «размягчающих оболочку» и увеличивающих поглощение воды клеткой, но и усиливающих синтез белков и других веществ. Один ряд этих экспериментальных данных относится к учету действия ростовых веществ на накопление сухого вещества автотрофными организмами. Брэннон и Селл (Brannon, Sell, 1945), выращивая в чистой культуре в солевом растворе на свету одноклеточную водоросль Chlorella, установили, что накопление органического вещества зависит от наличия гетероауксина. Так, в контрольной колбе за 30 дней вес клеток составил 20,6 мг. В опытной колбе, куда был прибавлен гетероауксин в концентрации всего 10 мг/л, сухой вес выросших за это же время клеток достиг 92,3 мг.
Столь сильное действие фитогормона роста на всю длинную и сложную цепь синтетических процессов, приводящих к накоплению сухого вещества клетками водоросли, представляет исключительный интерес. Установление этой зависимости процессов синтеза органических веществ от гормонов роста позволяет сделать заключение о неизбежном воздействии фитогормонов на процесс дыхания. С дыхательным обменом непосредственно связаны сложные синтезы в организме. Поэтому надо ожидать, что ростовые вещества, так сильно действующие на построение клеткой белков и других сложных органических веществ, действуют и на процесс дыхания.
Опыты, проведенные американскими учеными, показывают, что это действительно имеет место. Соответствующие экспериментальные данные являются вторым рядом фактов, подтверждающих новые взгляды на механизм действия гормонов роста.
С особенной полнотой и отчетливостью действие гормона роста индолил-3-уксусной кислоты на дыхание колеоптилей овса было изучено Коммонером и Тиманном (Commoner, Thimann, 1941). Они показали, что поглощение О2 колеоптилями в присутствии сахарозы и яблочной кислоты повышается при наличии в растворе гетероауксина в концентрации всего 1 мг/л. Участие тетракарбоновых двуосновных кислот в процессе дыхания растений придавало большое значение результатам Коммонера и Тиманна. Но им удалось и прямым путем установить связь действия фитогормона на рост с его действием на дыхание. Они достигли этого, изучая параллельно зависимость дыхания и роста колеоптилей от концентрации гетероауксина.
Одна из них выражает процентную разницу между ростом контрольных, не получивших гетероауксина, и снабжавшихся им колеоптилей. Другая кривая изображает процентную разницу между поглощением кислорода на единицу сырого веса тех же двух порций колеоптилей. В обоих случаях в наружном растворе содержалась сахароза в концентрации 1% и яблочно-кислый калий в концентрации 0,001 М.
Коммонер и Тиманн делают из своих опытов весьма далеко идущий вывод, что фитогормон роста является веществом, осуществляющим связь процессов роста и дыхания. Если исходить из представлений о росте в фазе растяжения как о периоде напряженной синтетической деятельности клетки, то эта связь должна иметь место. Но пока самый механизм связи обоих процессов, осуществляемой ростовыми веществами, остается неясным.
За последние годы внимание многих исследователей было привлечено к наблюдениям американских ученых, установивших действие ростовых веществ на сосущую силу тканей. Эти факты являются следствием того усиления дыхания, которое вызывают ростовые вещества. Усиление поглощения воды клетками под действием ростовых веществ является частным случаем приложения общей закономерности о связи дыхания и поглощения веществ (Сабинин, 1940, 1955).
В связи со всем изложенным выше материалом по вопросу о механизме действия ростовых веществ совершенно естественно заключить, что условия действия этих веществ в растениях не могут быть простыми. Они должны быть, по крайней мере, столь же разнообразны, как и условия сложнейших биосинтезов. Поэтому нас не должно удивлять, что по мере того как расширяется круг объектов, используемых при работе с ростовыми веществами, как разнообразится обстановка проведения опытов выявляются все новые и новые условия, определяющие их активность.
Оставляя в стороне частности, можно наметить некоторые условия, очень сильно сказывающиеся на эффекте действия ростовых веществ. Первое из них — это обеспеченность реагирующего органа сахарами или легко мобилизуемыми полисахаридами и соединениями азота. Значение этого условия вполне понятно из всего, что говорилось выше о механизме действия ростовых веществ. Они вызывают усиление процессов синтеза сложных органических веществ, а сахара служат необходимым материалом для основных биосинтезов. Ростовые вещества усиливают дыхание клетки, и поэтому должен быть обеспечен запас сахаров как дыхательного материала. Наконец, для поддержания осмотического давления и тургора клеток, быстро растущих под действием ростовых веществ, нужна продукция тургорогенов. Материалом для их образования служат сахара.
В литературе по изучению действия ростовых веществ неоднократно отмечалось большое значение предшествующего светового питания объекта или наличия неизрасходованных запасов углеводов. Например, при опытах по укоренению черенков трудно укореняемых пород под действием ростовых веществ наблюдалось, что наличие одного или нескольких листьев на черенке может совершенно изменить результат опыта. В некоторых случаях достаточно было удалить листья с черенка перед опытом, чтобы ростовое вещество оказывалось уже в дальнейшем неспособным вызвать образование придаточных корней.
В период, когда еще только формировались представления о фитогормонах роста и первые успехи в открытии ауксина окрыляли воображение исследователей, в описанном значении листьев склонны были видеть проявление действия особого гормона. Ему даже присвоили особое название корнеобразующего вещества — ризокалин. Но Ван-Овербеку с сотрудникам» (Overbeek van, Gordon, Gregory, 1946) удалось показать очень убедительными опытами, что листья при укоренении черенков играют роль поставщиков не особого гормона, а просто сахаров и органических соединений азота.
При помещении черенков, искусственно лишенных листьев, в раствор, содержавший индолилмасляную кислоту, сахарозу » аргинин, наблюдалось столь же интенсивное корнеобразование, как и при наличии листьев. Кратко итоги опытов Ван-Овербека можно формулировать так: для осуществления роли фитогормонов роста как веществ, усиливающих синтетические процессы, необходимо наличие безазотистых и азотистых соединений как материалов для соответствующих биосинтезов.
Если на протяжении довольно долгого времени значение этого условия оставалось незамеченным, то это объясняется физиологическими особенностями основного опытного объекта — колеоптиля злаков. Клетки этого органа до испытания непосредственно связаны с вместилищем запасных веществ семени и хорошо обеспечены материалами для синтеза сложных соединений при росте. Запасы безазостистых и азотистых материалов в колеоптиле оказываются обычно вполне достаточными для поддержания синтетической деятельности и дыхания на короткое время опыта.
Но и для этого объекта отмечалось значение обеспеченности сахарами как условия эффективности ростовых веществ. Так, Шнейдер (Schneider, 1938), проводя изучение реакции колеоптилей овса на фитогормон роста, различно подготавливал проростки для опыта. Он выращивал их в условиях обеднения углеводами или в условиях достаточной обеспеченности ими. Оказалось, что голодавшие в отношении углеводов колеоптили очень слабо реагировали на гормон роста. Они обнаруживали более сильную реакцию на сахарозу, чем на ростовое вещество — гетероауксин. Условием для проявления полного эффекта действия гетероауксина на рост бедных сахаром колеоптилей было одновременное снабжение их сахарами.
Общая совокупность условий, необходимых для протекания биосинтезов белков и полисахаридов в клетках колеоптилей, очевидно, достаточно сложна. Помимо необходимости наличия органических веществ как материалов для этих синтезов, должны быть налицо определенные условия солевого состава среды. Известное содержание элементов минерального питания необходимо и для поддержания коллоидно-химических структур протопласта и для каталической активности некоторых ферментных систем (Сабинин, 1955).
При изучении значения содержания солей в воде, на которой изготовлялся агаровый студень для блоков, помещаемых на колеоптили, американским ученым удалось установить очень интересные факты. Некоторые ионы, например калий, при таких низких концентрациях, какие имеются в водопроводной воде, оказывают уже сильное влияние на активность ростовых веществ. При концентрации около 0,1 н. калий сильно повышает эффект действия фитогормона роста.
Интересные результаты опытов Тиманна и Шнейдера не приходится считать неожиданными. Напротив, все, что мы знаем в настоящее время о сложности и разнообразии процессов, связанных с действием ростовых веществ на растения, заставляет предполагать существование совершенно определенных условий солевого состава среды, при котором проявляется максимум активности фитогормонов. Но отмеченная нами выше зависимость дыхания растущих объектов от гормона роста дает основание предполагать, что микроэлементы, известные как компоненты дыхательных ферментов, оказывают сильное действие на активность фитогормонов роста.
Таких микроэлементов мы знаем сейчас два: медь и цинк. Американский ученый Скуг (Skoog, 1940) установил большое влияние цинка на активность ростовых веществ. В опытах Скуга испытывалось действие фитогормона роста на растения, выращенные при отсутствии цинка в питательной среде, и. на растения, нормально снабжавшиеся цинком. Ткани растений, голодавших в отношении цинка, оказались очень малочувствительными к действию ростовых веществ. Соответствующая ростовая реакция у них была очень слабой, но эти же растения сильно реагировали на фитогормон роста, если они подкармливались солями цинка. Абсолютная величина концентрации раствора соли цинка, придававшая тканям, бедным цинком, способность реагировать на гормон роста, была очень незначительной и выражалась всего величиной 0,01 мг/л. Этот факт особенно интересен, ибо он свидетельствует о значении цинка как компонента каталитически активных систем.
Пока нам известна роль только одного из необходимых микроэлементов — цинка для прохождения всей цепи реакций, следующих за действием ростовых веществ на растение. Но вполне вероятно, что медь, входящая в состав оксидаз, и бор, играющий столь видную роль в деятельности точек роста, также окажутся необходимыми компонентами системы превращений, возникающих в клетке при росте в фазе растяжения.
Изложенные нами сведения о ростовых веществах дают общее представление о характере вызываемых ими реакций, об основах изменений, происходящих в растениях при действии на них этих веществ. Поэтому, казалось бы, можно было перейти к рассмотрению вопроса о практическом применении ростовых веществ в сельском хозяйстве. Но в настоящее время наиболее интересная и перспективная область применения ростовых веществ — это воздействие на процессы завязывания плодов и плодоношения. Кроме того, намечается возможность использования ростовых веществ для изменения ритма процессов новообразования органов. Поэтому мы отложим ознакомление с практическим применением ростовых веществ до изложения представлений о ритме процессов развития и о физиологии плодоношения.