История биологии с начала XX века до наших дней

В 20-30-х годах XX в. преимущественно благодаря работам советских физиологов возникло новое направление исследований — устойчивости растений к неблагоприятным условиям.

Наиболее интенсивно изучалась засухоустойчивость растений, точнее те свойства, которые позволяют им переносить обезвоживание и перегрев. Для правильного понимания природы этого явления немаловажное значение имели исследования В.Р. Заленского (1904), показавшего, что листья верхних ярусов отличаются более ксероморфным строением, так как развиваются в условиях большей физиологической сухости. Значительной популярностью до 1916 г. пользовалась точка зрения А.Ф. Шимпера, который объяснял засухоустойчивость растений способностью экономно расходовать воду. Несостоятельность такого мнения впервые показали американские исследователи Л. Бриггс и Г. Шанц (1911–1913), проводившие свои опыты в засушливой зоне штата Колорадо (США), а затем Н.А. Максимов (1914–1916), создавший новую теорию засухоустойчивости. Исследования Максимова положили начало пониманию засухоустойчивости как приспособления, позволяющего растению переносить сильное завядание с наименьшим ущербом как для отдельного индивидуума, так и для вида в целом. Вслед за И.И. Тумановым (1926, 1930), обнаружившим способность растений к закаливанию, П.А. Генкель (1946) разработал метод предпосевного закаливания семян, существенно повышающий устойчивость растений к засухе без снижения урожайности.

Многие советские фитофизиологи показали, что физиологическая основа засухоустойчивости у разных групп растений различна и что она зависит от условий, в которых шло их формирование. Она характеризуется теми изменениями в обмене веществ, которые возникают при обезвоживании. Н.М. Сисакян (1940) установил, что засухоустойчивость обусловлена высокой синтетической способностью растения и что его повреждение и гибель происходят в результате падения содержания белковых веществ в протопласте ниже определенной нормы.

В 60-е годы исследователи обратили особое внимание на изучение зависимости устойчивости растений от генетических факторов. Н.А. Сатарова и Е.К. Творус (1965) установили, что у наиболее устойчивых растений и растений, семена которых прошли предпосевную закалку, распада белков с образованием аммиака не происходит, а их ферментативные системы в условиях засухи оказываются более стабильными. При этом в них происходит обновление белка, а после засухи — новообразование белковых веществ и репарация. Б. Кесслер (1961) выяснил значение в выработке засухоустойчивости нуклеиновых кислот, в частности, РНК. Благодаря электронной микроскопии стало возможным изучение изменений, происходящих в клеточных органеллах — рибосомах, полирибосомах и митохондриях — под влиянием засухи (Н.А. Сатарова Е.К. Творус, 1965; и др.). В.Н. Жолкевич (1957, 1958) и Т. Ф. Корецкая (1959) показали, что под влиянием засухи происходит разобщение окисления и фосфорилирования в процессе дыхания и последнее становится энергетически неполноценным.

Как показали А.М. Алексеев и Н.А. Гусев (1957), под влиянием засухи в растении происходит изменение структурного состояния воды, что влечет за собой глубокие изменения в макромолекулах белков и нарушения течения биохимических процессов.

Было выяснено, что по мере развития растения его засухоустойчивость обычно повышается, но этот процесс идет лишь до момента образования генеративных органов. Особенно чувствительной к засухе оказалась пыльца. Исследователи пришли к выводу, что в условиях засухи важным фактором нормального образования генеративных элементов является предпосевное закаливание.