Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Кореневе живлення рослин
Іонне транспортування та метаболізм рослин

Іонне транспортування в рослинах, що становить важливу ланку процесів росту й розвитку, регуляції біоенергетики та біосинтезів, інтенсивно вивчається з кінця 20-х років минулого століття. Роботи Д. Хогланда, Г. Брігса, X. Люндегорда, Д.А. Сабініна лежать в основі вивчення ролі протонного обміну в поглинанні солей та його енергетичного зв’язку з диханням. Майже за 60 років пошуків регуляторних механізмів іонного транспортування відбувалося поступове зміщення інтересу дослідників від вивчення адсорбції іонів на поверхні клітин до активного накопичення іонів у вакуолях і лише згодом, в 60-70-х рр., до іонних процесів у цитоплазмі та клітинних мембранах. Підсумком цих досліджень було вивчення мембранних АТФ-аз та загальне визнання Н⁺-транспортних насосів.

Вивчення ролі протонних насосів як молекулярних генераторів струму та протонрушійної сили стало центральною проблемою біоенергетики мембран. Потрібно було багато років та зусиль учених багатьох країн, щоб перші кроки в пізнанні механізмів електрохімічної регуляції привели в 80-і роки до загальноприйнятої гіпотези взаємозв’язку електронних насосів та потенціалзалежних іонних каналів.

Інтенсивне вивчення транспортного апарата мембран тепер впритул поєднується з практичними запитами економіки та технології сільського господарства. Воно сьогодні тісно пов’язане з питанням оптимального співвідношення елементів мінерального живлення з метою підвищення продуктивності та стійкості рослин. Такий аспект розвитку фундаментальних досліджень важливий не тільки для створення ресурсоекономних технологій у зв’язку з різким ростом цін на мінеральні добрива, але, в свою чергу, ставить ряд важливих теоретичних проблем підтримання оптимальних режимів роботи Н⁺-насосів. Вивчення кінетичних характеристик мембранних насосів дозволить відібрати сорти рослин, адаптованих до тих чи інших умов. Можливо, це один з нових шляхів і для створення фізіологічної селекції рослин, науково обгрунтованих технологій мінерального живлення для культури клітин та виробництва продуцентів білка, фізіологічно активних сполук.

Вирішення проблеми іонного транспортування важливе і для клітинної селекції, в якій давно назріло завдання «вхідного» та «вихідного» контролю для відбирання рослин за активністю транспортних насосів. Регуляція іонної проникності мембран стала також одним із суттєвих завдань в генній інженерії при соматичній гібридизації, електропорації і при доставці молекул нуклеїнових кислот в pH-чутливих ліпосомах. Таким чином, нові аспекти сучасної мембранології рослин і принципи електрохімічної регуляції іонного обміну на рівні як цілої рослини, так і окремих її органів, клітин, органел та мембранних моделей, зачіпають багато сторін життєдіяльності рослинних клітин. Посилене транспортування із грунту іонів дозволяє регулювати ряд фізіолого-біохімічних процесів: Гомеостаз хлоропластів (Mg²⁺, Са²⁺, Na⁺), розтягування клітинних стінок (Н⁺), транспорт асимілятів і гормонів через тонопласт і плазмалему (Са²⁺, Н⁺), рухи продихового апарату (К⁺, Н⁺).