История биологии с начала XX века до наших дней

Для объяснения причин передвижения питательных веществ по растению в XX в. был выдвинут ряд теорий, из которых упомянем следующие. Немецкий физиолог Е. Мюнх (1930) утверждал, что движение органических веществ в проводящей системе флоэмы определяется наличием градиента тургорного давления, а американский исследователь О. Картис (1937) связывал это явление с круговым движением протоплазмы в клетках ситовидных трубок. Однако опыты не подтвердили этих теорий. Не выдержали экспериментальной проверки и представления о диффузной природе передвижения веществ. Недостаток всех подобных теорий заключался в том, что в их основу были положены чисто физические причины.

С иных позиций подошел к объяснению передвижения веществ Д.А. Сабинин (1949). Он видел причины существования в растении одностороннего тока воды и растворимых веществ в физиологической полярности клеток, обусловленной различиями в обмене веществ между разными участками протоплазмы.

В начале XX в. развернулись исследования цикличности превращений различных элементов в обмене веществ растений. Наибольшие успехи были достигнуты в раскрытии картины азотного и фосфорного обмена (Д.Н. Прянишников). Был исследован механизм фиксации аммиака и его участие в органических соединениях растений. Применение меченых атомов азота позволило Г. Хевеси и его сотрудникам (1940) показать, что между различными органами и тканями растения существует непрерывный обмен азотистых соединений, а последующие эксперименты обнаружили постоянное обновление тканевых белков.

Исследованиям фосфорного обмена в растениях положил начало Л.А. Иванов (1901, 1906). Ему удалось проследить пути превращения фосфора в прорастающих и созревающих семенах. Особое внимание он уделил нуклеопротеидам, образование которых, как он отмечал, всецело зависело от фосфорной кислоты. Им же были установлены факты, положенные затем в основу современных представлений о фосфорилировании сахаров в процессах дыхания и брожения. В результате дальнейших исследований выяснены некоторые детали фосфорного обмена в растениях, в частности, тот факт, что в отличие от азота и серы соединения фосфора всегда, при всех их изменениях в растениях остаются окисленными. Ряд исследований, особенно на созревающих семенах, показал, что ассимиляция серы растением выражается в восстановлении поглощенных сульфатов и синтезе аминокислот и белков. Характер превращений других элементов и их место в обмене веществ у растений пока еще полностью не раскрыты.

Для изучения обменных процессов и их регулирования в клетке существенное значение имела разработка в 40-х годах Ф. Уайтом, П. Нобекуром и Р. Готре метода культуры изолированных органов и тканей на жидкой или твердой питательной среде.

В настоящее время разработаны не только методы культуры изолированных тканей, но и метод культуры суспензий клеток в жидкой питательной среде. Применяя метод культуры изолированных клеток тканей моркови, Ф. Стьюард (1958), а затем Р.Г. Бутенко (1964) получили регенерацию целого растения.

Водный режим.

Прогресс физиологии растений в XX в. коснулся и такой важной в практическом отношении проблемы, как водный режим, включающей в себя вопросы поглощения воды, перемещения ее по растению и испарения в окружающую среду, а также выявление главных типов растений по их отношению к воде.

Изучение механизма поступления воды в растение велось на основе исследований осмотических свойств растительных клеток, в частности, клеток корневой системы. Опыты А.И. Броуна (1907, 1909), Г. Коллинса (1918), А.А. Гурвича (1929) и других выявили полупроницаемость клеточных оболочек, довольно легко пропускающих воду, но препятствующих проникновению растворенных в ней веществ. Оказалось, что данное свойство оболочек сохраняется даже после убивания протоплазмы. До 20-х годов была также установлена полупроницаемость покровов семян различных групп растений и доказано, что оболочки растительных клеток, как правило, не оказывают сопротивления диффузии воды.

Немецкие исследователи А. Уршпрунг и Г. Блюм (1920) развили представление о сосущей силе — способности клеток поглощать воду из окружающей среды благодаря разности концентраций растворов внутри и вне их. Ими же были разработаны первые методы ее определения. В 1936 г. Т.А. Беннет-Кларк с сотрудниками установили явление активной секреции воды из протоплазмы в вакуоли клеток под действием электроосмотических сил, но лишь в 1946 г. они смогли разработать способ определения величины электроосмотического компонента внутриклеточного давления.