2.1. Углекислый газ как составной компонент газовой среды, его влияние на метаболические процессы растений

В естественных условиях обитания растений недостаток кислорода сопровождается повышением содержания углекислого газа (до 20 % и более) [7]. Высокие концентрации СО₂ обнаружены в стеблях древесных растений (6-10 %), плодах и клубнях (2-20 %) в условиях «внутреннего анаэробиоза» [251].

Повышение содержания углекислого газа в окружающей среде оказывает влияние на все процессы жизнедеятельности растений [99, 244]. Избыточная концентрация углекислоты в воздухе может оказывать действие на рост, синтез белка, активность физиологических процессов растений, снижение биомассы органов и содержание хлорофилла [142, 175, 254]. Показано, что при увеличении концентрации CO₂ в атмосфере часто снижает дыхание растений, что может изменять ход физиологических процессов независимо от улучшения углеродного баланса растения [146]. Даже при оптимальном содержании кислорода в почвенном растворе повышение уровня углекислоты нарушало жизнедеятельность корней растений [89]. В условиях высоких концентраций диоксида углерода происходило уменьшение поглощения воды, минеральных солей корневой системой растений, что связывают с изменением проницаемости мембран клеток при гипоксии [28].

В целом ряде работ [35-38, 45-47] было показано, что эффекты действия гипоксии на обмен углеводов, аминокислот, липидов и процессы их перекисного окисления усиливались при повышенном содержании СО₂ в среде что являлось результатом специфического действия диоксида углерода на обменные процессы растений.

В отличие от исследований действия углекислого газа на организм человека и животных, которые ведутся достаточно широко, изучение роли СО₂ в процессах нефотосинтетического метаболизма растений проводилось в меньшей степени [35-37, 39, 47].

В тоже время было установлено специфическое действие СО2 на ферментные системы, связанные с катаболизмом углеводов, ферменты цикла трикарбоновых кислот [48] и глиоксилатного пути [33]. Известно [39], что высокие концентрации диоксида углерода влияют на активность и свойства различных ферментов. Показано [41], что СО₂ - среда в большей степени, чем гипоксия, увеличивала стабильность связанного с клеточной стенкой фермента в - глюкозидазы к высоким концентрациям пероксида водорода, накапливающегося в клетках при данных условиях, увеличивала сродство фермента к субстратам, но при этом значение оптимума рН фермента оставалось на уровне аэрируемых растений. Одновременно более существенно изменялась и трансгликозидазная активность для цитоплазматической формы данного фермента [40] у проростков гороха в условиях кратковременного действия среды СО₂, чем при обычной гипоксии.