Электричество в растениях

  Чарльз Дарвин придавал важное значение раздражимости растений. Он детально изучил биологические особенности насекомоядных представителей растительного мира, отличающихся высокой чувствительностью, и результаты исследований изложил в замечательной книге «О насекомоядных растениях», вышедшей в свет в 1875 году.

Кроме того, внимание великого натуралиста привлекли различные движения растений. В совокупности все исследования наводили на мысль, что растительный организм удивительно схож с животным.
Широкое использование электрофизиологических методов позволило физиологам животных достичь значительного прогресса в этой области знаний. Было установлено, что в организмах животных постоянно возникают электрические токи (биотоки), распространение которых и приводит к двигательным реакциям. Так, например, когда исследователи подсоединяли один конец медного провода, идущего от гальванометра, к поверхности свежепрепариро- ванного мускула, а другой — к его поперечному сечению, то стрелка прибора отклонялась от исходного положения, что свидетельствовало о прохождении электрического тока. Если путем раздражения вызывалось сокращение мускула, то стрелка отклонялась в противоположную сторону.
Ч. Дарвин предположил, что сходные электрические явления имеют место и в листьях насекомоядных растений, обладающих довольно сильно выраженной способностью к движению. Однако сам он не проверял эту гипотезу. По его просьбе эксперименты с венериной мухоловкой были проведены в 1874 году физиологом Оксфордского университета Бурданом Сандерсоном. Подсоединив лист этого растения к гальванометру, ученый отметил, что стрелка тотчас же отклонилась. Значит, в живом листе этого насекомоядного растения возникают электрические импульсы. Когда исследователь вызвал раздражение листьев, прикоснувшись к расположенным на их поверхности щетинкам, стрелка гальванометра отклонилась в противоположную сторону, как в опыте с мышцей животного.
Немецкий физиолог Герман Мунк, продолживший опыты Сандерсона, в 1876 году пришел к заключению, что листья венериной мухоловки в электромоторном отношении подобны нервам, мускулам и электрическим органам некоторых животных.
В России электрофизиоло- гические методы были использованы Н. К. Леваковским для изучения явлений раздражимости у стыдливой мимозы. В 1867 году он опубликовал книгу под названием «О движении раздражимых органов растений». В экспериментах Н. К. Леваковского самые сильные электрические сигналы наблюдались в тех экземплярах мимозы, которые наиболее энергично отвечали на внешние раздражители. Если мимозу быстро убить нагреванием, то мертвые части растения не вырабатывают электрических сигналов. Возникновение электрических импульсов автор наблюдал также в тычинках бодяка и чертополоха, в черешках листьев росянки. Впоследствии было установлено, что в любом растении можно обнаружить возникновение электрических потенциалов.
В нормальном состоянии клеток цитоплазма заряжена отрицательно по отношению к своей наружной поверхности. Причина этого заключается в неравномерном распределении ионов: внутри клеток находится больше ионов хлора и калия, но меньше кальция, чем снаружи. Такое распределение ионов, определяющее величину потенциала покоя, связано с тем, что в мембранах клеток находятся особые молекулы-переносчики, которые, подобно насосу, перекачивают ионы внутрь клетки.
Величина потенциала покоя клеток стыдливой мимозы равна 160 мВ. После раздражения происходит быстрое уменьшение этой величины до 20 мВ. В ответ на раздражение возникает потенциал противоположного знака, или потенциал действия. В клетках мимозы он равен приблизительно + 140 мВ, а у насекомоядных растений венериной мухоловки и альдрованды составляет около 100 мВ.

Появление потенциала действия связывается с выходом ионов хлора из клетки, а возможно, с поступлением кальция внутрь ее. Особенно подробно это явление изучено на гигантских клетках водорослей хара и нителла. В них потенциал действия возникает под влиянием механических, химических и электрических раздражителей, правда, в этих клетках его появление не сопровождается движением, как у стыдливой мимозы или насекомоядных растений, однако благодаря огромным размерам в них оказалось удобно вводить электроды. Вот почему они широко используются для изучения электрических явлений у растений.
От клетки, подвергшейся раздражению, потенциал действия распространяется у мимозы со скоростью 2— 5 см/с, у венериной мухоловки — 20 см/с, у подсолнечника— 1,3 см/с. Перемещение его происходит, по-видимому, следующим образом: потенциал действия одной клетки возбуждает соседнюю, в которой возникает собственный потенциал действия, и т. д. Возбуждение передается главным образом по сосудистым элементам.
Если полностью удалить из стебля проводящие ткани, растение не будет отвечать на раздражение генерированием электрического потенциала действия. Важную роль в выработке электрических импульсов в проводящей ткани играют ионы калия. При калийном голодании не возникает потенциала действия в ответ на раздражение. Не случайно в проводящих тканях растений содержится большое количество этого элемента.
У высших растений отчетливо проявляется способность генерировать периодически повторяющиеся электрические импульсы в ответ на действие постоянного раздражителя. Впервые это было установлено в 1936 году на клетках водоросли нителлы.
Распространяющиеся по растению электрические импульсы можно уловить с помощью современных приборов и записать на бумажной ленте. Обычно запись электрических импульсов представляет собой слегка волнистую линию. Однако стоит погрузить растение в горячую воду, как характер кривой резко изменится, волны на бумажной ленте значительно увеличатся в размерах.
Электрические сигналы оказались причастными к выполнению разнообразных функций. Так, например, механическое раздражение нектарников цветков липы вызывает появление электрического импульса, способствующего усилению образования и выделению нектара.
Электрические сигналы возникают и при действии света на заростки папоротника. Их роль заключается в стимуляции процесса оплодотворения. Аналогично значение биотоков и в оплодотворении цветковых растений. Обычно цветочная пыльца заряжена положительно, а пестик — отрицательно. Это обстоятельство, по-видимому, играет немаловажную роль в попадании пыльцы на рыльце пестика и в оплодотворении. Измерения электрического поля вокруг прорастающих пыльцевых зерен, проведенные с помощью специального электрода, показали, что они генерируют постоянный электрический ток в несколько сотен пикоампер. В растущей пыльцевой трубке ток достигает довольно высокой плотности (около 60 мкА/см2) и регистрируется в течение всего периода их роста. По достижении ими длины в 1 миллиметр или больше на фоне постоянного тока появляются многочисленные импульсы продолжительностью около 30 секунд с периодичностью в 60— 100 секунд.
Правда, у смородины пыльца разнокачественна по знаку электрического заряда. Положительно заряженная фракция оседает на катоде, отрицательно заряженная — на аноде. Катодная фракция обладает большей жизнеспособностью. Использование ее при половой гибридизации повышает процент завязывания ягод, выход семян, ягоды в этом случае более крупные, а появляющиеся сеянцы быстрее укореняются.

Еще по теме Электричество в растениях:

1. ЭКСПЕРТИЗА ПОВРЕЖДЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ
2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
3. ГЛАВА 5 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
4. Электричество без проводов
5. Электричество в атмосфере. Линейная и шаровая молнии
6. Глава I ИСТОРИЯ ПРОБЛЕМЫ АЭРОИОНИФИКАЦИИ И АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
7. РАСТЕНИЯ-ЧАСЫ, РАСТЕНИЯ-СИНОПТИКИ
8. Продукты хвойных растений Живица — ценнейший продукт хвойных растений
9. РОЛЬ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ ПРОЧИХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
10. География растений
11. «ПЛАЧУЩИЕ» РАСТЕНИЯ
12. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
13. «Кровожадные» растения
14. РАСТЕНИЯ-ПИОНЕРЫ
15. 1. Стимуляторы роста растений.
16. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
17. Закладка и сушка растений.
18. Комнатные растения
19. РАСТЕНИЯ- «НЯНЬКИ »