Регулировка часов растений. Фитохромы

Как сказано выше, растениям часы нужны не только для подстройки к смене дня и ночи, но и для приспособления к смене сезонов. Они не только отличают весну от осени (в наших средних широтах), но гораздо более тонко приспосабливаются к определенной длительности дня. Есть растения короткого дня и длинного дня. Короткодневные растения зацветают ранней весной вскоре после весеннего равноденствия, растения длинного дня зацветают в дни, близкие к летнему солнцестоянию. Как они определяют длительность дня и ночи? Ответ на этот вопрос – одно из ярких достижений современной науки.

Хромофор фитохрома

На восходе и закате спектры солнечного света, доходящего до поверхности земли, как всем ясно, различны. Низко над горизонтом солнце красное, что обусловлено сильной зависимостью рассеяния света от длины волны: длинноволновый красный свет рассеивается меньше, чем синий. В закатном и сумеречном свете относительно много «дальнего красного», почти инфракрасного, света.

Это изменение спектрального состава солнечного света растения используют для определения длительности дня. Для этого им служит замечательный пигмент фитохром. Этот пигмент существует в двух формах. Одна форма Фк – «фитохром красный» – поглощает свет в «дневной» красной области в районе длин волн 660 нм и... превращается во вторую форму Фдк – «фитохром дальний красный». Эта форма фитохрома поглощает «сумеречный» красный свет с длиной волны 730 нм и при этом (что самое замечательное) снова превращается «обратно» в Фк. В темноте Фдк медленно превращается в Фк.

Фитохром: синтез и разрушение

Так получается цикл: две формы пигмента превращаются одна в другую в зависимости от времени суток и в соответствии с собственным характерным временем жизни одной из форм. Это часы, регулируемые внешними сигналами. В зависимости от концентрации Фдк находятся и физиологические процессы в растениях – их рост и зацветание.

Фитохромы присутствуют в растениях в очень малых количествах. Это голубые пигменты, похожие по строению на желчные пигменты животных или пигменты некоторых водорослей. В нормальных зеленых листьях они маскируются хлорофиллами и каротиноидами. Для выделения первых миллиграммов чистых препаратов фитохромов в 1960-е гг. пришлось переработать тонны этиолированных (бесхлорофильных) проростков кукурузы.

Таким образом, внутриклеточные часы растений имеют дополнительные фитохромные регуляторы, позволяющие им приспосабливаться к изменениям длительности светлого времени суток.