ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVII, NR 2—3, S. 363—374, WARSZAWA 1986
STEFAN GUMIŃSKI
H ISTO R IA NASZYCH BADAŃ NAD M ECHANIZM EM EFEK TÓ W FITO FIZJO LO G IC ZN Y C H W YW OŁYW ANYCH PR ZEZ ZW IĄ ZK I
PRÓCHNICZNEL
Zakład Fizjologii Roślin, Instytut Botaniki U niwersytetu W rocławskiego
Ja k o p u n k t w yjścia d la naszych bad ań p o trak to w aliśm y różnice w y ników prąci prof. В. N i k l e w s k i e g o [36] z jedn ej s tro n y ii profesorów F. T e r l i k o w s k i e g o [42] oraz M. G ó r s k i e g o [11] z drugiej. W e d ług N ikle w skiego w łaściw e zw iązki próchniczne w yw ierać m iały spe cyficzny w pływ fizjologiczny n a rośliny. N atom iast T erlikow ski i G órski uw ażali, że w pływ te n pow odow any jest jedynie przez skład nik i m in e raln e wchodzące w skład próchn icy oraz przez te w łaściw ości su b stan cji próchnicznych, k tó re pow odują k o rzy stn e zm iany w s tru k tu rz e gleby.
Poniew aż popraw ność m etodyczna w zm iankow anych prac nie pozo staw iała w ątpliw ości, w ypadało p rzy jąć, że różnice ich w yników pocho dziły stąd, iż albo a u to rz y używ ali w sw ych badaniach różnych* su b sta n c ji próchnicznych, albo p racow ali w inn y ch w a ru n k a ch dośw iadczalnych, co m ogło ujść ich uw agi.
R ozpoczynając nasze bad an ia zdecydow aliśm y się n a jp ie rw w yjaśnić w pływ w aru n k ó w zew nętrzn ych na aktyw ność fizjologiczną w łaściw ych zw iązków próchnicznych, pozostaw iając n a razie na boku zagadnienie różnic chem icznych i fizykochem icznych ty ch związków, n iedostatecznie podówczas zbadanych. Po p rzestu d io w an iu m etod używ an ych w e w zm ian kow any ch p racach zw róciliśm y uw agę n a w a ru n k i oksy d acy jn o -red u k - cy jn e środow iska m ikroorganizm ów i korzeni roślin.
D ośw iadczenia w ykonane przez G u m i ń s k i e g o [15] na R h izo biu m
leg u m in o seru m i na n iek tó ry ch g a tu n k ach zielenic w ykazały, że w pływ
h u m ia n u sodu był różny w zależności od w ym agań poszczególnych ga tu n k ó w w sto su n k u do w a ru n k ó w ok sy d acy jn o -red u k cy jn y ch środow is ka. W zrost R h izo b iu m , reagującego p o zy ty w n ie na działanie silnego u tle niacza, jak im jest K M n 0 4, nie b y ł sty m u lo w an y przez hum ian; przeciw nie, osłabiał on k o rzy stn y w pły w K M n 0 4. Cladophora zaś, n a w zrost k tó
-re j działały ham u jąco zarów no w oda u tleniona, jak i siarkow odór, -re|a<- gow ała p ozytyw nie na h u m ian , k tó ry n eu tralizo w ał w p ły w -i utleniacza i red u k to ra. Coelast7um i P ed ia stru m reagow ały pozytyw nie na h um ian , szczególnie gdy k u ltu ry nie b yły p rzew ietrzan e.
Porów naw cze dośw iadczenia n ad w pływ em h u m ia n u sodu n a w zrost pom idorów w k u ltu ra c h w odnych z pożyw ką p rzew ietrzan ą lub nie prze w ietrzan ą w ykazały, że dodatek h u m ia n u sodu w ilości 50 do 100 m g na litr pożyw ki pow odow ał silny pozy ty w n y w p ły w nia rośliny, gdy pożyw ka nie była p rzew ietrzan a, nato m iast n ie w y w ierał żadnego w pływ u, gdy ją p rzew ietrzan o [15]. P o m iary p o ten c jału red o x i pH pożyw ki w ykaza ły, że dodatek h u m ian u , w yw ołujący silny efekt fizjologiczny, nie w p ły wa! ani na p oten cjał redox pożyw ki, ani n a jej odczyn. Podw yższał n a tom iast u tlenialność pożyw ki m ierzo ną za pom ocą K M n 0 4. Z dośw iad czeń tych w yciągnęliśm y wniosek,, że hu m ian w pływ a na u tlen ian ie bio logiczne w roślinach, g rając być może rolę a k cep to ra w odoru.
W zw iązku z ty m należało zbadać te właściwości zw iązków próchnicz- nych, k tó re m ogłyby tłum aczyć ich w pły w na biologiczne u tlenianie. Nie odw ażając się narazie ani na analizę chem iczną zw iązków próchnicznych, ani na izolację ew en tu aln ie z a w arty ch w nich sub stan cji dodatkow ych, obraliśm y drogę bad ań pośrednich. P rzep ro w ad ziliśm y m ianow icie po rów naw cze b adan ia z dodaw aniem do pożyw ek w itam in z g ru p y B, k w a su askorbinow ego, w yciągów w odnych z liści różnych g atunków roślin, z bu lw ziem niaczanych oraz z drożdży i w reszcie h u m ia n u z kom postu liściowego. O kazało się, że z pom iędzy ty ch w szystkich su b stan cji je d y nie w yciągi z liści b u k a i dębu pow odow ały e fe k t podobny jak hum ian , tj. um ożliw iały n o rm a ln y rozw ój ro ślin w k u ltu ra c h z pożyw ką nie p rze w ie trz an ą [16]. A naliza chem iczna w yciągów z liści ty ch dw óch g a tu n ków roślin w yk azała duże ilości w ielofenoli [17]. W ykorzystując w y n iki- b ad ań daw n iejszych autorów , ja k też w spółczesnej p ra c y W ó j c i e - c h o w s k i e g o i J e s k e g o [49] p rzep ro w adziliśm y syntezę m ode low ych zw iązków p ró ch n iczny ch i w yk o n aliśm y dośw iadczenia p orów naw cze nad działaniem ty ch su b sta n c ji sy n tety czn y ch i h u m ia n u n a tu ralnego. S tw ierd ziliśm y , że h u m ia ń y m odelow e sporządzone z p -b enzo - chinonu, ja k też kw asu galusow ego oraz g alo tan in y w yw oływ ały zupeł nie podobny efek t fizjologiczny jak h u m ia n n a tu ra ln y [17].
B adania p o d jęte p rzez nas n ad w pływ em h u m ia n u n a oddychanie ko rzen i i k iełk u ją c y c h nasion [12, 18] d ały w y n ik i w skazujące, że h u m ia n s ty m u lu je w ydzielenie d w u tlen k u w ęgla p rzy n ied o sta tk u tle n u i że pod trz y m u je żyw otność nasion, k tó re ją częściowo u tra c iły .
Poniew aż in n i badacze spoza naszego k ręg u rów nież stw ierd zili p o budzanie oddychania ro ślin przez zw iązki próchniczne i przez pod staw io n e chinony, doszliśm y do w niosku, że isto ta aktyw ności fizjologicznej zw iązków p róchnicznych polega n a ich w pły w ie na oddychanie.
D ziałanie zw iązków próchnicznych na rośliny 3 6 5
W pływ ty c h zw iązków n a p o b ieran ie składników m in e raln y c h stw ie r d zany b y ł w ielo kro tn ie przez różnych a u to ró w [36]. M ógł o n być tłu m a czony jako e fe k t w tó rn y w pły w u n a oddy chanie roślin, ale nie m ożna było m ieć pew ności co do tego. P rzeciw n ie, fak t, że k w asy pró chniczne tw o rzą połączenia kom pleksow e z p ierw ia stk a m i m in eraln y m i, nie "ule gał żadn ej w ątpliw ości; zw iązki z k atio n am i w ielow artościow ym i ok reś lano jako c h e la ty m ające znaczenie w m in e raln y m odżyw ianiu się ro ś lin [46]. P oniew aż D e К о с к [8] w ykazał, iż z n an y ch elator, jakim jest kw as w ersenow y, pow oduje podobne efek ty fizjologiczne w k u ltu ra c h w odnych roślin, ja k zw iązki pró chniczne i* że w p ływ ten polega n a u ła t w ian iu po b ieran ia żelaza przez rośliny, należało w ykonać dośw iadczenia porów naw cze w k u ltu ra c h w odnych z pożyw ką p rze w ie trz a n ą i nie p rz e w ie trz an ą . P rzep ro w ad ziliśm y więc tak ie dośw iadczenia ( C z e r w i ń- s k i [6, 7], G u m i ń s k i i in. [19]) i okazało się, że pow odem h am ow a n ia w eg etacji ro ślin w pożyw kach stag n u jący ch nie był jed n a k nied o s ta te k tlenu , lecz żelaza. P rzew ietrzan ie pożyw ki działało przede w szyst kim w te n sposób, że poruszało i unosiło do góry osad fo sforanu żelaza z b ie rają c y się n a dnie naczynia. Poniew aż ta k hum ian, ja k i w ersen ian u trz y m y w a ły część żelaza w roztw orze (w postaci chelatu), więc dzia łały w ty ch w a ru n k a ch na ro ślin y podobnie.
W kon sek w encji zaniechaliśm y in te rp re ta c ji w pły w u h u m ian u na po b iera n ie składników m in e raln y c h przez pobudzanie oddychania (p rzy n a jm n ie j nie jed y n ie w ten sposób) i zw róciliśm y naszą uw agę na w łaś ciw ości su b sta n c ji p róchnicznych pow odujące kom pleksow anie w ieio- w artościow ych m etali. U n g e r [47] p rzep ro w adziła w naszy m lab o ra to riu m porów nanie zdolności w iązania żelaza przez różne fra k c je h u m ia n u sodu i przez dw a znane ch elato ry , m ianow icie 8-oksychinolinę i k u p - feron. A u to rk a otrzy m ała fra k c je R u m ian u uży w ając m ieszaniny aceto n u z w odą i posługując się ko lu m n ą ch ro m ato graficzn ą tle n k u glinu w e d łu g re c e p tu ry T o ł p y i C z y ż e w s k i e g o [43]. Znalazła duże róż nice w sile w iązania żelaza przez poszczególne fra k c je h u m ian u . K o n ty n u u ją c ten te m a t G u m i ń s k i i S u l e j [20] w ykonali dośw iadczenia fizjologiczne n a d efektyw nością różnych fra k c ji h u m ia n u sodowego sto su jąc test k u ltu r w odnych pom idorów z pożyw ką p rze w ie trz a n ą i n ie p rze w ie trz a n ą (stagnującą). B adano p rz y ty m szybkość opadania osadu fo sforanu żelaza w pożyw ce bez h u m ia n u i z poszczególnym i jego fra k cjam i. W yniki w skazały n a to, że k o rzy stn y e fe k t zw iązków p ró chn icz n y ch p rzy pożyw ce sta g n u ją ce j b ył k on sek w encją zdolności d an ej f ra k c ji do w iązania żelaza oraz do u trz y m y w a n ia go w form ie skom plekso- w an ej w roztw orze (pożywce).
W zw iązku z badaniam i przeprow adzonym i niegdyś w pracow n i N ik- lew skiego przez B r o d o w s k ą [5] usiłow aliśm y w yjaśnić m echanizm w p ły w u zw iązków próchnicznych ' na sym biozę koniczyny z R h izo b iu m [41]. Okazało się, że h u m ia n sodow y w zm acniał aktyw ność żelaza w te j
sym biozie, a ponadto bezpośrednio lub pośrednio stym ulow ał rów nież ak tyw ność fizjologiczną kationów m iedzi, m an g an u i k-obaltu. H um ian nie w pły w ał n ato m iast n a efektyw ność m o lib den u, k tó ry p od aw any był w ty ch dośw iadczeniach w form ie anionu.
Biorąc za podstaw ę w y n ik i daw niejszej p rac y G um ińskiego [14], do tyczącej w p ły w u su b stan cji p róchnicznych n a w zrost glonów i p ie rw o t niaków , usiłow aliśm y rów nież w yjaśnić m echanizm tego zjaw iska. B ada nia w ykonane przez К у с i a [30] u jaw n iły , że w pływ te n polega rów n ież n a reg u la cji p obierania kationów m etalicznych, w szczególności żelaza, co sp rzy ja syntezie chlorofilu. P o ró w n u jąc n astępnie w pływ h u m ia n u sodu na dw a g a tu n k i zielenic, m ianow icie n a Scenesm us quadricauda i
G onium pectorale, J u r a j d a [27] w ykazała, że podczas gdy Scenedes- m u s reag u je n a h u m ian pozytyw nie, to G onium rea g u je negatyw nie. A u
to rk a tłu m aczyła to tym , że S cened esm us okazał się w rażliw y na niedo sta te k żelaza, G onium zaś n a n ied o statek w apnia, a w ykorzysty w anie ty ch dw óch p ierw iastk ó w z połączeń hu m in o w y ch przez ro śliny różni się za sadniczo.
Poniew aż S ł a w i ń s k i [39] doniósł, że za pom ocą p rep a ra tó w to r fow ych m ożna zwalczać sinice w akw ariach , S k i n d e r [38] po d jęła w naszej pracow ni próbę w y tłum aczenia tego zjaw iska. Z nalazła, że h u m ia n sodowy h am u je p obieranie przez sinicę Oscillatoria sancta kationów w ie- low artościow ych, w szczególności w apnia. O rganizm te n okazał się b a- zofilny i k alcyfilny. W zw iązku z ty m w ypada zaznaczyć, że A s o i T a- k e n a g a [1] w ykazali, iż w odczynie alkalicznym kw asy hum inow e sil nie w iążą w apń, nie tw o rzą zaś odpow iednich jwiązań z żelazem , n a to m iast w odczynie kw aśnym ob serw uje się zjaw isko odw rotne.
B adając w pływ ch em otrop ijny kationów i anionów n a korzenie Sina-
pis alba K o n a r z e w s k i i G u m i ń s k i [29] doszli do w niosku, że
zw iązki próchniczne g rają p rzy ty m zjaw isku rolę jako chelato ry w ielo- w artościow ych kationów m etalicznych.
Zachęceni ty m i w y n ik am i konty n u o w aliśm y badania nad w pływ em zw iązków próchnicznych n a m in e raln e odżyw ianie się roślin. L i s i а к [32, 33, 34] w ykonała dośw iadczenia z k u ltu ra m i w odnym i pom idorów , stosując różne daw ki fosforu, żelaza i w apnia oraz różnicując pH pożyw ki. Pożyw ka była periodycznie p rze w ie trz a n a i m ieszana, aby un ikn ąć zarów no n ied o statk u tlen u , jak i opadania fosforanu żelaza. Okazało się, że hu m ian sodowy rato w a ł ro ślin y nie ty lk o p rzy n ied o sta tk u żelaza, lecz także i fosforu, co było skorelow ane z kolei z daw kam i w apnia i odczy nem pożyw ki.
B a d u r a [2] u siłow ał w yjaśnić m echanizm zjaw iska sty m u lac ji k u l t u r drożdży, pow odow anej przez h u m ian sodowy. Z jaw isko to w y k ry ł w 1909 ro k u D z i e r z b i c k i [9] i p o tw ierd ził go G u m i ń s к i i G u - m i ń s k a [16]. B adania B adury, przeprow adzone p rzy użyciu h u m ia n u n a tu ra ln e g o oraz m odelow ego u jaw n iły , że sty m u lac ja zachodzi jedynie
D ziałanie związków próchnicznych na rośliny 36 7
p rz y nieodpow iednim odczynie pożyw ki lub w obecności n a d m ia ru k a tionów m etali ciężkich i pow odow ana jest sam ym i kw asam i hu m in ow y- mi, nie zaś su b stan cjam i akcesorycznym i za w a rty m i w próchnicy. P o dobne w y n ik i o trzy m ał B a d u r a [3] stosując w ym ieniacze jonow e i w yciąg nął stąd w niosek, że fizjologiczny w p ływ kw asów próchniczny ch polega n a ich w łaściw ościach jonow ym iennych.
S i e ń k o i S z c z y p e k [37] po ró w n y w ały efektyw ność kw asów h u m ino w y ch i fu lw ow y ch o trzy m an y ch z to rfu pochodzącego z to rfo w iska niskiego i w ysokiego. N iezależnie od ro d zaju to rfu w p ływ h u m ia - nu sodowego b y ł w k u ltu ra c h w odnych z pożyw ką sta g n u ją cą znacznie siln iejszy niż w pływ fulw okw asów . L e o n o w i c z [31] znalazła, że h u - m ian sodow y jako całość i poszczególne jego fra k c je , z w y ją tk ie m je d n ej, d ziałały w y raźn ie n iek o rzy stn ie w k u ltu ra c h w odnych pom idorów p rz y n ied o sta tk u w apnia. N atom iast k o rzy stn ie działała ta fra k c ja , k tó ra w b ad an iach G u m i ń s k i e g o i S u l e j [20] u trz y m y w a ła dobrze żelazo w roztw orze i ra to w a ła ro ślin y przed jego niedo statkiem .
B iorąc pod u w agę w szy stk ie te w y n ik i przep ro w ad ziliśm y b ad an ia n ad w łaściw ościam i chem icznym i i fizykochem icznym i kw asów h u m in o w ych, poszuk ując ty ch właściw ości, k tó re decydow ać by m ogły o efek tyw ności fizjologicznej h u m ia n u sodowego. W edług m etody w zm ian k o w an ej up rzed n io [43, 20] rozdzieliliśm y n a fra k c je h u m ia n sodow y n a tu ra ln y (z kom postu liściowego) i m odelow y, sporządzony z p-benzochino- nu. Z obydw u su b stan cji o trzy m aliśm y w szystkie odpow iadające sobie frak cje, z w y ją tk ie m n ierozpuszczalnej w m ieszaninie acetonu z wodą, k tó rą to fra k c ję u zyskaliśm y jedynie z h u m ia n u n a tu ra ln e g o . P rz e p ro w adziliśm y dośw iadczenia porów naw cze z w szy stkim i fra k c ja m i sub sta n c ji n a tu ra ln y c h i syntetyczn y ch, p o sługując się dw om a testam i: k u l tu r w odnych pom idorów z pożyw ką p rze w ie trz a n ą i ze sta g n u ją cą oraz k u ltu r drożdży w pożyw kach ze źróżnicow anym odczynem . W k u ltu ra c h pom idorów z pożyw ką sta g n u ją cą odpow iadające sobie fra k c je h u m ia n u n a tu ra ln e g o i m odelow ego w y kazały zgodnie efektyw ność fizjologiczną lub jej brak . Podobnie w y n ik i analiz żelaza w pożyw kach w y k azały p a - ralelizm w zdolności u trz y m y w a n ia połączeń żelazow o-hum inow ych w roztw orze. Id e n ty fik a c ja g ru p a k ty w n y c h poszczególnych fra k c ji dopro w adziła nas do w niosku, że istn ie je k o relacja pom iędzy w ystępo w aniem w nich g ru p karbok sy low y ch i fenolow ych, jak też pom iędzy w zajem n y m i stosun kam i ilościow ym i ty ch g rup a efektyw nością fizjologiczną danych frak cji. Chodziło w ięc o w iązanie kationów żelaza przez g ru p y karboksylow e i fenolow e h u m ianu , m ianow icie tak ie w iązanie, k tó re u łatw ia ło p o b ieran ie tego p ie rw ia stk a przez korzenie. N atom iast nie zna leźliśm y k o relacji pom iędzy w ielkością cząstek koloidalnych poszczegól ny ch su b sta n c ji i ich aktyw nością fizjologiczną w ty m teście biologicz n y m [21].
W k u ltu ra c h drożdży nie znaleziono w ogóle k o relacji pom iędzy ro z p a try w a n y m i w łaściw ościam i chem icznym i i fizykochem icznym i poszcze g ólnych fra k c ji a ich efek ty w n o ścią fizjologiczną. W szystkie fra k c je ta k h u m ia n u n atu raln eg o , ja k i m odelow ego sty m u lo w ały m niej lub w ięcej fe rm e n ta c ję w yw o ływ an ą przez drożdże, jed nakże ty lk o w tedy, gdy od- dzyn pożyw ki był zb yt m ało kw aśny. N ależy dodać, że zw iązki p ró c h niczne nie k orygow ały pH pożyw ki. Nie u dało się zastąpić korzystnego w p ływ u ty ch su b stan cji przez zm ianę d aw ek żelaza ani w apnia, ani fos foru. Rów nież d odatek cy stein y jako red u k to ra, ani poru szanie pożyw ki w celu jej m ieszania i p rze w ie trz a n ia nie kom pensow ały nieodpow ied niego odczynu pożyw ki i nie zastęp ow ały działania h u m ian u . N atom iast za pom ocą ta n in y uzy sk aliśm y efek t podobny do tego, jak i pow odow ał hum ian. T akże zastosow anie g ib ere lin y daw ało podobne re z u lta ty ; h o r m onu tego u ży liśm y ze w zględu na w y n ik i p rac Japończyków : Y a g a - n i s h i m a i S h i m o d a [50]. Z estaw ienie podobnych efektów w y w oływ anych w k u ltu ra c h drożdży przez jo n y w odorow e (odpow iednie pH), giberelinę, tan in ę i h u m ia n doprow adziło nas do w niosku, że cho dzi tu o ak ty w a cję enzym ów z a w arty ch w plazm olem m ie, na k tó re j s tr u k tu rę w p ły w ają zarów no jo n y H +, jak ta n in a oraz zw iązki p ró ch niczne. S k ąd in ąd wiadom o, że g ib erelin y s ty m u lu ją aktyw ność enzym ów hydrolity czn ych, k tó re zn ajd u ją się w plazm olem m ie i w te n sposób po b u d zają w zrost k om órek ro ślin n y ch [22].
B adania nad w pły w em h u m ian u sodu na szybkość plazm olizy w y k a zały, że h u m ia n pow oduje zm iany w przepuszczalności błony cytoplaz- m aty czn ej. S tw ierd ziliśm y , że zm iany te zależą od pH ro ztw o ru oraz od stosunków ilościow ych pom iędzy różnym i k ation am i w roztw orze, w k tó ry m z n a jd u ją się kom órki ro ślin n e [44].
Poniew aż G a w r o ń s k i [10] w ykazał, że kvyasy próchniczne w p ły w a ją na kiełkow anie n asion fotofilnych, podobnie ja k giberelina, w y k o naliśm y dośw iadczenia z nasionam i fo to filn ym i i fotofobow ym i, p o ró w n u jąc efektyw ność h u m ia n u sodowego, tan in y , g ib ere lin y i k in ety n y . Z naleźliśm y, że h u m ian i tan in a sty m u lu ją kiełkow anie nasion fo to fil nych w ciem ności i fotofobow ych na św ietle. W pływ ten b ył n a w e t sil n iejszy niż obu fitohorm onów [24].
Ogólnie biorąc w y n ik i naszych b ad ań w sk azyw ały z jed n ej s tro n y ńa w pły w zw iązków p róchnicznych n a ak u m u lację składników m in e raln y c h przez rośliny, z d ru g iej zaś n a zm iany w e w łaściw ościach cytoplazm y, a p rz y n a jm n ie j plazm olem m y, a tak że n a in tensyw n ość oddychania. W zw iązku z ty m postan o w iliśm y zbadać w p ły w sodu na szybkość po b ie ra n ia poszczególnych jonów m in e raln y c h z roztw o ru, z uw zględ nien iem tzw . p o b ieran ia czynnego i biernego. R ozróżnialiśm y sposób p o b ieran ia jonów stosując różnicow anie tra n sp ira cji lub dodając dw u n itro fen o lu do ro ztw o ru soli m in eralnych . A n alizu jąc u b y te k poszczególnych jonów z ro ztw o ru po dwóch dobach lub zaw artość izotopów w korzen iach i liś
Działanie związków próchnicznych na rośliny 3 6 9
ciach pom idorów stw ierdziliśm y, że h u m ia n sodow y w daw ce 100 m g n a litr ro ztw o ru soli silnie sty m u lo w ał p o bieran ie K + bądź R b + oraz silnie ham ow ał p o b ieran ie С Г , a lekko w zm agał p o b ieran ie Mg2+ i P 0 43“. P o n ad to u sp ra w n ia ł tra n s p o rt żelaza z korzeni do pędów . N ie w y w ierał n a tom iast w p ły w u n a pobieranie N 0 3" i N H 4+. E fektyw ność h u m ia n u od nosiła się raczej do p o b ieran ia „b iern eg o ” niż do „czynnego’’ [25].
W yniki ty c h b ad ań w p ew n y m sensie tłu m aczą r e z u lta ty osiągnięte przez G u m i ń s k ą i G r a c z - N a l e p k ę [13], k tó re to au to rk i stw ierd ziły, iż w obecności h u m ia n u m ożna z korzyścią stosow ać zw ięk szone daw ki soli m in eraln y ch , a zw łaszcza KC1 dla u ż y tk u u p ra w h y - droponicznych.
W celu w y św ietlen ia w p ły w u h u m ia n u na oddychanie przedsięw zię liśm y innego rod zaju badania. O p ierając się n a w y n ik ach p ra c y W a n - n e r a i S c h m u c k i e g o [48], k tó rz y tw ierd zili, że ginięcie ro ś lin w pożyw kach nie n atlen io n y ch jest n astęp stw em nie ty lk o n ied o sta t ku tlen u , lecz tak że n ag rom ad zan ia się w ydzielin korzeniow ych, b ada liśm y w pływ d w u tlen k u w ęgla i w odorow ęglanu sodowego w pożyw kach stag n u jący ch k u ltu r w odnych pom idorów . O kazało się, że codzien ne dodaw anie m in im aln y ch d aw ek w odorow ęglanu, nie pow odujące jesz cze alkalizacji pożyw ki, doprow adzało do pogłębiania chlorozy i ham o w ania w zrostu roślin. W odorow ęglan zm niejszał ak u m u la cję żelaza w liściach i pow odow ał zw iększanie się w nich sto sunku P:Fe. D odatek h u m ian u do pożyw ki u su w ał w p ły w w odorow ęglanu [4]. B adania p rze p ro w adzone n astęp n ie przez M i e l n i k a [35] na ziarniakch pszenicy w sk a zały, że zw iązki próchniczne m ogą ochraniać u k ład cytochrom ow y p rzed in h ib icją w yw oływ aną przez w odorow ęglany:
W n astęp stw ie naszej p rac y [26], dotyczącej w p ły w u k ilk u d e te rg en tów n a w zrost pom idorów i zielenicy Scened esm us quadricauda oraz na grom adzenie przez te organizm y p ierw iastk ó w m ineralnych, p rzepro w a dziliśm y porów naw cze dośw iadczenia n ad w pływ em d eterg en tó w i h u m ia n u sodu na k u ltu ry Spirodela polyrrhiza [23]. D eterg en ty w y w ierały w p ły w toksyczny: ham ow ały w zrost i pow odow ały chlorozę Spirodęli. N atom iast h u m ian podany w odpow iednim stężen iu stym ulow ał w zrost te j rośliny, a zastosow any łącznie z d e te rg en te m niw elow ał jego toksycz ne działanie.
Dośw iadczenia przeprow adzone na Scenedesm us quadricauda [28] nad działaniem szeregu h erbicydów u jaw niły, że w przypadkach, gdy h e rb i cydy w yk azyw ały w łaściw ości blokow ania m etali, h u m ian działał o d tru - w ająco w k u ltu ra c h tej zielenicy.
O statnio przeprow adzono w naszej pracow ni b adania n a d w pływ em h u m ia n u n a p o ten cjał m em b rano w y k om órek roślin ny ch oraz na s tru k tu rę plazm olem m y i nad m ożliw ością w n ikan ia h u m ia n u sodu do w nę trz a kom órek. Ś 1 e s а к [40] w ykazał, iż h u m ia n pow oduje h ip erp o lary
-zację kom órek, a T r e t y n [45], stosując m ikroskop elektronow y, u ja w nił, że hum ian, podobnie jak tan in a, pow oduje in w aginację plazm olem - m y i tw orzenie się w tó rn y ch w akuol. M ożna więc m ówić o w n ik an iu h u m ian u sodowego do w n ę trz a kom órek ro ślin n y ch drogą endocytozy.
B adania nasze pow iązane b y ły z p racam i in ny ch autorów . Ze w zglę d u n a oszczędność m iejsca nije cytow ałem w ielu z nich i odsyłam Czy telników do m onografii T r o j a n o w s k i e g o [46] oraz do lite ra tu ry om ówionej w poszczególnych naszych p racach tu ta j przedstaw ionych.
LITERATURA
[1] A s o S., T a к e n a g a H.: Physiological effects of humic substances. Paper to be presented at: Intern. Symp. Humus et P lan ta VI, Prague 1975. ,
[2] B a d u r a L.: O m echanizm ie „stym ulującego” w pływ u hum ianu sodowego na proces ferm entacji alkoholowej i rozmnażanie drożdży. Acta Soc. B o t Pol. 34,
1965, 287.
[3] B a d u r a L.: The effect of ion exchan ge resins on C 0 2 production in anae robic respiration of yeasts. Acta Micro/b. Pol. 15. 1966, 355.
[4] B a d u r o w a M., G u m i ń & k i S., S u d e r - l M o r a w A.: D ie W irkung sted- gender Konzentrationen von Natrium hydrogenkarbonat in W asserkulturen und die Gegenwirkung des N a-H um ats. Biologia Plantarum |(Praha) 9, 1967y. 92.
[5] B r o d o w s k a - D w o r a k o w s k a H.: W pływ próchnicy rozpuszczalnej na infekcję grochu przez bakterie brodawkowe .Acta Soc. Bot. Pol. 16, 1939, 1. [6] C z e r w i ń s k i W.: Znaczenie hum ianu sodu w kulturach wodnych pod ką
tem w idzenia czynnika minimum. Acta Soc. B o t Pol. 36, |1967, 549.
[7] C z e r w i ń s k i W.: Znaczenie naturalnego i sztucznego hum ianu sodu w k u l turach wodnych. Zesz. nauk. WSR Wrocł. Roln. 25, 1968? 77, 9.
[8] D e K o c k P. C.: Influence of hum ic acids on plant growth. Sei. '121, 1955, 473. [9] D z i e r z b i c k i A.: W pływ zw iązków próchnicznych na rozwój drożdży i fer
m entację alkoholową. Bul. Intern, Acad. Sei. Cracovie. Ser. В, 1909, 615. [10] G a w r o ń s k i E.: W pływ kw asu hum inowego (KH) na kiełkow anie św iatło
czułych nasion sałaty. An-n. Univ. Mariae Curie-Skłodowska, Sect. C. 1969, 24, 26, 27, 28, 373.
[11] G ó r s k i M.: N aw ozy organiczne. Państw . Zakł. W ydawn.? Warszawa 1949. [12] G u m i ń s k a Z.: Utlenione związki próchniczne jako stym ulatory kiełk ow a
nia nasion. Acta Soc. Bot. Pol. 27, 1958, 501.
[13] G u m i ń s k a Z., G r a c z - N a l e p k a M.: Opracowanie optym alnych dawek i form makro- i m ikroelem entów pożyw ki hydroponicznej w metodzie w roc ławskiej przy równoczesnym działaniu humianów. Acta Agrobot. 25, 1972, 87. [14] G u m , i ń s k j i S.: Stym ulujące i trujące działanie kw asu hum usowego na or
ganizm y niższe. Acta Soc. Bot. Pol. |18, 1947, 9(1.
[15] G u m i ń s k i S.: Badania nad w arunkam i i m echanizm em działania zw iązków próchnicznych na organizm roślinny. Acta Soc. Bot. jPol. 20, 1950, 589.
[16] G u m i ń s k i S., G u m i ń s k a Z.: Dalsze badania nad m echanizm em działa nia związków próchnicznych na organizm roślinny. Acta Soc. Bot. Pol. 22, 1953, 45.
Działanie zw iązków próchnicznych na rośliny 371
[17] G u m i ń s k i S., G u m i ń s k a Z.: Chemiczne podstaw y działania fizjologiem nego zw iązków próchnicznych oraz w yciągów wodnych z liści niektórych ga tunków roślin. Acta,1 Soc. Bot. Pol. 22, 1953, 771.
[18] G u m i ń s k i S., C z e r w i ń s k i W., U n g e r E., B a с o w a A.: Badania nad oddychaniem korzeni. Cz. I. A cta Soc. Bot. Pol. 24, 1955, 723.
[19] G u m i ń s k i S., G u m i ń s k a Z., S u l e j J.: Effect of humate, agar-agar and EDTA on the developm ent of tom ato seedlings in aerated and non-aerated w ater cultures. J. exp. Bot. 16, 1965, 151.
[20] G u m i ń s k i S., S u l e j J.: La relation entre les certaines qualités physico- -chim iques des composés hum iques et leur activité biologique. Acta Soc. Bot. Pol. 36, 1967, 109.
[21] G u m i ń si ki S., A u g u s t y n D., S u l e j J.: Comparison of some chem ical and physico-chem ical properties of natural and m odel sodium hum âtes and of the biological activity of both substances in tomato w ater cultures. Acta Soc. Bot. Pol. 46, 1977, 437.
[22] G u m i ń s k i S., S u l e j J.: About the cause of the stim ulative effect of hu m ate in yeast cultures!. A cta Soc. Bot. Pol. 48, .1979, 279.
[23] G u m i ń s i k i S., M i a z g a T., N o w a k J.: The effect of sodium hum ate and detergent D BSS and their joint effect on cultures of Spirodela p olyrrh iza (L) Schleiden. Ekologia Polska 26, 1978, 231.
[24] G u m i ń s k i S., S u l e j J.: Effect of N a-hum ate and tanin on germ ination of photosensitive seeds. Studies about Humus. Transaction of the Internat. Sym - pos. Humus et Planta VII, Brno 1979, 431—435.
[25] G u m i ń s k i S., S u l e j J., G 1 a b i s z e w s к i J.: Influence of sodium hum ate on the uptake of some ions by tomato sęedlings. Acta Soc. Bot. Pol. 52 1983, 149.
[26] G u m i ń s k i S., T a t k o w s k a E., S u d e r - M o r a w A., W i l c z k o w s k i S.: W pływ niektórych detergentów na przyrost biom asy Solanum lycopersicu m i
Scenedesm us ąuadricauda oraz na akum ulację składników mineralnych u tych
roślin. Acta Soc. Bot. Pol. 41, il972, 253.
[27] J u r a j d a K.: Influence of sodium hum ate on the growth of S cenedesm us
quadricauda and Gonium pectorale in the case of different calcium and iron
doses. Acta Soc. Bot. Pol. 43, 1974, 514
[28] J u r a j d a K.: Interakcja humianu sodowego i niektórych herbicydów >w kul turze Scenedesm us quadricauda. Spraw. Wrocł. To w . Nauk. Ser. B, 30, 1975 44.
[29] K o n a r z e w s k i Z., G u m i ń s k i S.: Der chem otropische E ffekt einiger K a tionen bei den Wurzeln von Sinapis alba L. m it Berücksichtigung mancher Faktoren. Biologia Plantarum (Praha). 17, 1975, 158.
[30] К у ć S.: Pfróba w yjaśnienia m echanizm u działania hum ianu sodowego na przy rost ilości komórek i suchej m asy Scenedesm us quadricauda. Acta Soc. Bot. Pol. 39, 1970, 681.
[31] L e o n o w i c z - B a b i a k K.: E ffectiveness of humic compounds in dependen c e on calcium content in w ater tomato cultures. A cta Soc. Bot. Pol. 44, 1975, 615.
[32] L i s i a k M. J.: The effect of sodium hum ate upon phosphorus nutrition of plants w ith variable doses of iron and calcium in tomato w ater cultures. Acta Soo. Bot. Pol. 47, 1978, 429.
[33] L i s i а к M. J.: The effect of sodium hum ate on the growth of tomatoes and the accum ulation of phosphorus and iron in m ediums of different pH. Acta Soc. Bot. Pol. 53, 1984, 377.
[34] L i s i а к M. J.: The effect of sodium humate on Ithe content of different ty pes of phosphorus compounds and on the activity of acid phosphatases in to mato seedlings. Acta Soc. Bot. Pol. 53, 1984, 385. i
[35] M i e l n i k A.: Próba w yjaśnienia w p ływ u substancji próchnicznych na od dychanie ziarniaków pszenicy. Teza doktorska, m aszynopis, Zakł. FizjoL. Roś lin Uniw. Wrocł. ;1969.
[36Î N i k l e w s k i B.: Naw ożenie roślin na ziem iach polskich. Inst. Wydawn. Ru chu Ludów. „Polska”, W arszawa 1949.
[37] S i e ń k o A., S z c z y p e k A.: W pływ hum ianu sodu z torfu na wzrost pom i dorów, zawartość chlorofilu oraz kształtow anie się stosunku fosforu do żela za w liściach. Acta Agrobot. 22, 1969, 57.
[38] S k i n d e r N. W. , G u m i ń s k i S.: Über die Ursache der Hem m wirkung der H um usstoffe auf den Populationszuwachs von OsciUatoria sancta. Biologia Plantarum (Praha) 18, 1976, 344.
[39] S ł a w i ń s k i S.: Preparat hum usowy jako środek do zwalczania glonów. Wiad. Botąn. 2, 1958, 180.
[40] S l e s a k E., T r e t y n A., J u r e k J.: The influence of potassium hum ate on electric potentials in plants. Studies about Humus. Transaction of the VIHth
intern. Symp. Humes et Planta, Prague 1983, p. 157.
[41] T a t k o w s k a E.: W pływ hum ianu sodowego na efektyw ność m ikroelem en tów w procesie sym biotycznego wiązania N 2 przez siew ki T rifolium pratense L. Acta Agrób. 23, 1970, 73.
[42] T e r l i k o w s k i F., B y c z k o w s k i A.: W yniki doświadczeń w egetacyjnych m ałych ilości zw iązków próchnicznych na plon niektórych roślin. Rocz. Nauk Roi. i Leśn. 45, 1938, 271.
[43] T o ł p a S., C z y ż e w s k i W.: D ziałanie biologiczne w yciągów torfowych. Zesz. probl. Post. Nauk Roi. 25, 1960.
[44] T o m c z a k I., G u m i ń s k i S.: W pływ hum ianu sodu na przebieg plazm oli- zy i deplazm olizy w zależności od uprzedniego traktowania komórek roztwo rami różnych soli i od odczynu plazm olityku. Acta Univ. Wratisl. Pr. Botan. 31, 1984, 63.
[45] T r e t y n A., G u m i ń s k i S.: The effect of sodium hum ate and Chinese tan nin on the ultrastructure of plant cells. Studies about Humus. Transaction of th e VHIth Intern. Symp. Humus et Planta, Prague 1983, p. 175.
[46] T r o j a n o w s k i J.: Przem iany substancji organicznych w glebie. PWRiL, Warszawa 1973.
[47] U n g e r E.: Badania nad zdolnością w iązania żelaza przez niektóre związki próchniczne. Zesz. Nauk WSR W rocław, Roln. 19, 1965, 60, 83.
[48] W a n n e r H., S c h m u c k i S.: Hemmung der W urzelatmung durch Aus schaltungen des W urzelsystems. Ber. d. Schweiz. Bot. Ges», 60, 1950, 413. [49] W o j c i e c h o w s k i J., J e s к e G.: Sprawozdania Pozn. Tow. Przyj. Nauk
1949, 16.
Działanie zw iązków próchnicznych na rośliny 3 7 3 С. Г У М И Н Ь С К И ИСТОРИЯ НАШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МЕХАНИЗМУ ФИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ГУМУСОВЫХ СОЕДИНИЕНИЙ Кафедра физиологии растений, Институт ботаники Университета в г. Вроцлаве Р езю м е Представлена история исследований по существу физиологических эффектов в расти тельных организмах Исследования проводились в Кафедрах физиологии растений. Сель скохозяйственной академии и Университета в г. Вроцлаве Были получены следующие ре зультаты: 1. Гумусовые соединения, а особенно гуминовые кислоты, регулируют усваивание и накапливание ионов минеральных солей. Они стимулируют усваивание калия и облегчают накапливание железа и фосфора, удерживая одновременно благоприятное соотношение P/Fe и предотвращающие таким образом появление хлороза. С другой стороны они за трудняют усваивание хлоридных ионов. Регулирование исваивания и некапливания поли валентных катионов связано с наличием карбоксиловых и феноловых групп в гумусных кислотах. 2. Гумусобые соединиения стимулируют дысание, особенно в условиях более слабого газового обмена (нехватка кислорода). Предлагается защита цитохромной системы против действия двуокиси углорода и бикарбонатов. 3. Они воздействуют, подобно таннину, на структуру цитоплезмы. Как гумус так и тан- нин проникают в клетки в процессе эндоцитоза. 4. Они показывают взаимодействие с детергентами и некоторыми гербицидами и в зна чительной степени нивеллируют токсичное действие указанных соединений. Это взаимо действие заключается как в воздействии на структуру цитоплазмы так и на регулирование усваивания и накапливания минеральных элементов. 5. Они вызывают гиперполяризацию мембран растительных клеток, что связано с более интенсивным усваиванием катионов калия и анионов хлоридов. S . G U M l t f S K I
HISTORY OF OUR RESEARCH ON THE MECHANISM OF PHYTOPHYSIOLOGIC EFFECTS OF HUMUS COMPOUNDS
Department of P lant Physiology ^ Institute of Botany, U niversity of W rocław
S u m m a r y.1
4
The history of research on the essence of physiologic effects occurring in v e getal organism s is presented. The research w as carried out in Departm ents o f Plant Physiology of Agricultural U niversity and of U niversity of W rocław. The results obtained are as follow s:
1. Humus compounds, and particularly humic acids, are controlling uptake and accum ulation of m ineral salts. They stim ulate the potassium uptake and facilitate the iron and phosphorus accum ulation m aintaining at the sam e tim e a favourable P/Fe ratio and thus preventing the chlorosis occurence. On the other hand, they m ake difficult the uptake of chloride ions. The control o f the uptake and accumu
lation of polyvalent cations is connected w ith the occurence of carboxylic and phe nolic groups in humic acids.
2. Humus com pounds are stim ulating respiration, particularly at a w eaker gas exchange (oxygen deficiency). The protection of cytochromic system against th e effect of carbon dioxide and bicarbonates is suggested. i
3. They affect, sim ilarly as tannin, the cytoplasm structure. Both humate and tannin penetrate into cells in the endocytosis process. i
4. They are interacting w ith detergents and some herbicides and are levelling to a great extent the effect of the compounds mentioned. This interaction consists in the influence both on the cytoplasm structure and Ithe control of up take and accum ulation of m ineral elem ents.
5. They cause hyperpolarization of plant cell membranes, w hat is connected w ith lintensified uptake of potassium cations and inhibited uptake of chloride anions.
Prof. dr S tefan Gum iński In stytu t B otaniki
U n iw ersytetu W rocław skiego W rocław , ul. Kanonia 618
