«Знание — сила» 1979 г, №12, с.9-10

сельскохозяйственных наук

Жизнь луковки, не знающей, где «верх» и где «низ»

Человек ценою огромных усилий преодолел земное тяготение и вышел в космос. Но до окончательной победы над гравитацией еще далеко. Ее отсутствие в космическом корабле приносит много неприятностей человеку и еще больше вечному его спутнику и кормильцу зеленому растению. Если люди научились жить и работать в космических кораблях многие месяцы, то жизнь растения там исчисляется днями. Причины этого пока не ясны.

Не раз брали с собой зеленого друга космонавты. На «Салюте-4» была установка «Оазис», в которой выращивали горох, на «Салюте — 6» находились контейнеры — вазоны с луком, который выращивали при искусственном освещении. Побывали в космосе и другие растения. Но результат один и тот же — на вторую-третью неделю они погибают. Можно себе представить настроение космонавтов, когда их зеленые питомцы увядают на глазах!

«Нам было приятно возиться с растениями, — вспоминает дважды Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР Петр Ильич Климук в своих записках. — При одном взгляде на них на душе делалось теплее...» И вдруг растения гибнут.

Но дело не только в психологическом аспекте. Зеленое растение — необходимое звено замкнутой системы жизнеобеспечения в космосе. Именно оно должно снабжать космонавтов свежей, богатой витаминами пищей, генерировать кислород, поглощать углекислый газ и т. д. И научиться выращивать растения в невесомости очень важно уже сейчас, и без этого совершенно не обойтись на длительно действующих станциях или при межпланетных полетах. Проблема волнует многих, и надо надеяться, она будет решена.

Откуда же у растений такая привязанность к гравитации, что они без нее жить не могут? Дело в том, что за длительную историю в условиях земной жизни у растений образовался своеобразный вестибулярный аппарат. Его работа выглядит примерно так: относительно тяжелые крахмальные зерна, плавающие в клетках, под действием силы тяжести собираются с той или иной их стороны и раздражают цитоплазму клеток. К гнущейся части стебля направляются тут же гормоны роста и вызывают там активный рост тканей, выпрямляя изгиб. Таким образом растение ориентирует свой рост в пространстве.

С этим связаны многие физиологические процессы. Установлено, кстати, что растению не столь важно происхождение сил тяготения. Еще в прошлом веке ботаники выращивали различные культуры в центрифугах. Ростки вытягивались точно по стрелке вектора, суммирующего действие сил земного тяготения и центробежной. Способность органов растений принимать определенное положение под влиянием земного притяжения получила название «геотропизм» (гео — земля, тропос — поворот, направление).

А что же происходит, когда тяжесть отсутствует? Стебельки хаотично тянутся в разные стороны и не находя нужного направления, спустя две-три недели погибают. Такое явление можно наблюдать и на земле, при выращивании растений на клиностате. Эта установка не создает невесомости, но дает подобный ей эффект.

Крупный специалист в области ботаники академик Академии наук Литовской ССР Альфонсас Ионович Меркис считает, что «сила тяжести, по-видимому, необходима растениям. Какие ненормальности в ходе их развития вызывает невесомость, нам пока, к сожалению, еще неясно».

Чем же помочь растению преодолеть отсутствие гравитации? Вполне лoгично ответить — создать искусственное гравитационное поле. Может быть, в будущем и пойдут по этому пути, но сейчас это практически невозможно. А если призвать на помощь электричество? Известный английский физик-теоретик Р. Фейнман пишет, что электрическая сила «подобно тяготению, меняется обратно квадрату расстояния, но только она в миллион биллионов биллионов биллионов раз более сильная».

Да, сила у электричества огромная. Оно играет важную роль и в жизни всего живого на Земле. Вращающееся вместе с Землей магнитное поле представляет собой гигантскую батарею с отрицательным полюсом на поверхности Земли, непрерывно испускающей электронный поток в атмосферу. Уходит этот поток ввысь с верхушек листьев и стеблей травы и другой растительности. И этот процесс небезразличен для растений, он не может не оказывать влияния на работу их ионного транспорта, то есть на снабжение элементами питания и водой. Абсолютно точно установлено, что между почвой и растением всегда имеется разность потенциалов.

В почве формируется естественное электрическое поле, а разность естественных потенциалов связана с рядом почвенных характеристик. В почве, богатой гумусом, заряд больше, чем в почве с меньшим запасом органического вещества (на первых, кстати, выше и урожай). Естественные электрические поля влияют на процессы перемещения веществ в почве, а следовательно, и на питание растений. При слабых токах быстрее размножаются бактерии.

Возникает электрическая энергия и в самих растениях. Постоянные разности потенциалов найдены между содержимым любых живых клеток животного и растительного происхождения и окружающей их средой. Важную роль играют электроосмотическое давление, электрофизиологическое поглощение веществ клетками и, наконец, биоэлектропотенциалы. В опытах кафедры физиологии растений Тимирязевской сельскохозяйственной академии, проводимых под руководством профессора И. И. Гунара, когда отрезали от фасоли лист, например, биоэлектрический ответ регистрировался в виде резкого всплеска потенциала в отрицательном направлении. Подобные токи действия возникают при химическом, световом, температурном и механическом раздражении растений. Считается, что они играют роль различных систем сигнализации, — таким образом, поврежденный корень информирует о своей беде стебель. С их помощью растение мобилизует силы для восстановления повреждений или утраченного здоровья.

В невесомости же эти тысячелетиями отработанные приемы взаимодействия нарушаются, и, возможно, все начинается как раз с электричества. Вполне вероятно, что разность потенциалов в невесомости между растением и питательной средой намного ниже, чем на Земле, а постоянный поток электронов от корня до кончика листа, вызываемый вращающимся вместе с Землей магнитным полем, отсутствует вовсе. А если этого нет, то осложняется поступление пищи в растение, протекание в нем биологических и физико-химических процессов. Собственных энергетических мощностей, запасенных в семенах, растению хватает лишь на первые дни существования. На Земле этого достаточно, так как дальше включаются в работу побочные электрические силы, а в космосе? Не исключено, что с этим и связаны неудачи с выращиванием растений в невесомости.

Это предположение было проверено в опыте на клиностате, на котором, как указывалось ранее, возникает некоторое подобие невесомости. Два полиэтиленовых стаканчика с луком раз в две секунды меняли направление от нормального (пером вверх) до прямо противоположного (пером вниз). Растение было поставлено в такие условия, что не успевало приспособиться к изменению в направлении сил тяготения. Естественно, оно не могло сообразовать с постоянными переменами свои биологические процессы: ведь электроимпульсы возникают даже при изгибе растения на 15 градусов, а тут все 180, да еще так часто — биопотенциалы должны были метаться беспрерывно отовсюду. Затруднялось также движение ионов, а следовательно, питание, водоснабжение лука и прочее.

Луковицы поместили в клиностат, когда имели ростки немногим более двух сантиметров. К одной из них был подведен постоянный электрический ток от обычной батарейки для карманного фонарика, вторая осталась без напряжения — контрольная. Уровень напряжения постоянно контролировался милливольтметром. Выращивались оба растения в абсолютно одинаковых условиях.

Результаты эксперимента превзошли все ожидания. Уже к концу первых суток работы клиностата росток контрольного лука начал изгибаться, а на четвертые сутки его перья разошлись в разные стороны, и их кончики закрутились. Лук, на который было подано напряжение, продолжал расти, будто на грядке. На шестые сутки у контрольного растения на перьях начали появляться перетяжки, а их кончики увяли. Все говорило о близкой его гибели. А тот лук, что был под током, оставался стройным, зеленым и здоровым.

Чтобы окончательно убедиться в том, как благотворно влияет ток на рост лука, когда ему постоянно меняют «землю» с «небом», на шестые сутки напряжение было подано на контрольное растение, а с другого снято. Картина резко изменилась. Теперь увядавший лук начал выпрямляться, усохшие кончики перьев отвалились. Не прошло и недели после смены ситуации, а растение приобрело нормальный вид. При этом с заметным опережением росли те два пера, что находились под напряжением (к ним был присоединен плюс). Растение, лишенное потенциала, разветвилось, кончики перьев загнулись. На восемнадцатые сутки оно по существу прекратило рост.

Проведенный опыт позволяет надеяться на то, что отсутствие силы тяжести может быть возмещено электричеством. Конечно, нужны более тщательные исследования, которые сопровождались бы наблюдениями не только за внешними признаками роста растений. Тем более, что в описанном опыте с батарейкой лук рос медленнее, чем в сосудах, стоящих рядом на столе. Следовательно, нужны эксперименты с напряжением различной величины, да и подавать его, может быть, лучше с перерывами, а возможно, и с переменой направления тока, чтобы обеспечить транспортировку в лист питательных веществ, и положительно и отрицательно заряженных. Ведь именно такой прием дает самые лучшие результаты при электромелиорации почв.

Тем не менее результаты опыта — еще одно подтверждение благотворного влияния электричества на жизнь растений. Электрокультура — дело неновое. Еще в конце прошлого столетия электростимуляцией ускорили рост ячменя в Арктике на 37 процентов. Позднее картофель, морковь, сельдерей и некоторые другие культуры давали под током урожай на 37-70 процентов выше обычного. Опыты проводились в самом разном климате — от Финляндии до юга Франции. При обильном увлажнении вдобавок урожайность моркови повышалась на 125 процентов, гороха — на 75 процентов, значительно увеличилась сахаристость свеклы. Немало подобных результатов получено и в нашей стране. Например, А. А. Глебович и Г. С. Хачатрян установили, что при электростимуляции урожай табака повышается на треть.

Весьма важной является установленная чехословацкими учеными Л. С. Зенищевой и Я. Шпунаром зависимость между уровнем азотного питания ячменя и величиной биоэлектропотенциала. В их эксперименте величина потенциала в растении снижалась с увеличением дозы внесения азота. А многолетняя практика показывает, что с увеличением количества вносимых в почву азотных удобрений посевы полегают. Так нет ли между этими явлениями связи? А если есть, то можно, очевидно, приложив определенный дополнительный потенциал, предотвратить полегание растений. Это сулит огромный выигрыш — урожайность может увеличиться в полтора-два раза.

Подтверждением такому предположению могут служить и результаты описанного выше опыта с клиностатом: под током лук не подчинялся силе тяготения. Растение же полегает как раз под собственной тяжестью.

Считается, что при прохождении постоянного тока через что-нибудь живое в нем возникает нарастающая до некоторого предела электродвижущая сила противоположного направления. В живых клетках она вызывается свободными ионами и возникает во всем клеточном объеме. Здесь могут участвовать и крупные органические элементы клетки, большинство которых двуполярно и имеет большой постоянный электрический момент, а значит, способно ориентироваться в направлении силовых линий. К крупным органическим соединениям внутри клетки относятся и гормоны роста, которые, как принято считать, являются главными действующими лицами при исправлениях изгибов у растений. Значит, и их поведение изменяется при введении электрических токов. Каким образом это происходит, пока неизвестно, а когда станет ясно, может быть, придется менять представление о механизме регулирования роста растений. И, несомненно, определятся возможности вмешиваться в работу этих механизмов, направляя ее в нужную земледельцам сторону.

Перспективы внедрения электричества в технологию возделывания культурных растений не вызывают сомнений. Да и сейчас уже сфера его приложения может быть довольно широкой. Хороший результат получается, когда применяют электроэнергию при расслоении почв, проходят испытания машины для борьбы со злейшим врагом хлопчатника вилтом — при помощи скользящих по растениям электродов — и для электрообработки почвы. Обнадеживающие результаты дают опыты с электрическим полем, особенно при выращивании растений в закрытом грунте.

Пока научные исследования по электрокультуре и их практическое применение сдерживаются недостаточным уровнем механизации и автоматизации производственных процессов в сельском хозяйстве, слабой его энергообеспеченностью. Но уже в ближайшие годы в нашей стране для этого откроются огромные возможности благодаря последовательному осуществлению аграрной политики партии.