Вие сте тук
Атанас Коларов
РАЗНООБРАЗИЕТО В РАСТИТЕЛНИЯ СВЯТ
Необятни са просторите на нашата Родина. Плодородна е земята й. Богат и разнообразен е нейният растителен свят. В жива, често меняваща се картина се представя той на пътешественика, тръгнал от северните краища на Съветската държава към южните й граници — студената, сурова тундра се сменява с девствени иглолистни гори. След тях — смесени гори, сенчести дъбрави, прерязани от реки с широки поливни ливади. По на юг лесостеп — с редуване големи площи дървесна и тревиста растителност. След лесостепта на стотици километри се простират спокойни степи; накрая — своеобразни гори и ливади на предпланините, планини, съветските крайморски субтропици.
Разнообразието в растителния свят се разкрива пред наблюдателния човек навсякъде. Често 10-на, 20-на кв. метра земя е вече достатъчно, за да се събере голяма колекция от различни растения. Учените са преброили, че на квадратен метър в Курските (Стрелецките) степи едновременно растат до 50-55 вида треви. На стотина квадратни метра от Тулските гори били намерени от 20 до 30, а в подмосковските дъбрави— от 40 до 50 вида дървета, храсти и треви. И така е навсякъде. Даже в тундрата, твърде бедна на растителност, ботаниците са открили от 200 до 450 различни видове растения.
Всеки вид растение се развива при определени условия на живот. Растенията на топлия юг не виреят на север, ако не им се даде допълнителна топлина. Растенията от студения север трудно се отглеждат на юг, ако не им се създадат тук изкуствени условия. Всеки вид растение изисква определена топлина, особени почвени условия. Едни растения виреят добре само на открити места и не понасят засенчване, а други, обратно, се крият под сенчестите дървета. Има видове растения, които живеят много години; има и такива, които живеят една-две години. Между едногодишните растения някои се задоволяват за своето развитие — от поникването на семето до узряването на нови семена — с 30-40 дни, а за други 130-140 дни са малко.
Голямо е разнообразието на органическите вещества, които се създават от растенията. Храната на човека, облеклото, много лечебни средства, десетки хиляди изделия, които се изработват в фабриките и заводите, вземат началото си от растителния свят. Богатството на растителния свят с различни органични вещества, както изглежда, е практически неизчерпаемо. С всеки успех на биологията се увеличава числото на видовете растителни суровини и на продуктите от тяхната индустриална преработка.
От много културни растения за индустриална преработка се вземат само семената; всички останали части на растението се изоставят. От семената на зърнените растения приготвят брашно, грис; от семената на маслодайните — десетки видове различни масла: хранителни и технически. От памука получават влакна, които се образуват около семената му. В лена и конопа влакната се извличатот стълбата. Много растения се отглеждат заради корените: от корените на цвеклото се получава захар, от корените на цикорията (синя жлъчка) — спирт. Чайният храст се отглежда заради листата му: от тях се приготовлява чай. От тютюна се вземат зелените листа и стъбла, богати с никотин, а от казанлъшката роза — само венечните листчета на цвета: те съдържат ценното розово масло. При отглеждането на мушкатото (пеларгониум) се стараят да получат колкото може по-голяма зелена маса, понеже във власинките, които покриват това растение (особено листата) се съдържа етерично масло.
Но във всяко от споменатите растения се съдържат и много други вещества, които също са полезни за човека. Много години хората са отглеждали тютюна само за пушене; в последно време от тютюневите листа започнаха да получават никотин в чисто състояние, който е необходим в индустрията. А преди десетина години съветските учени откриха, че в листата на обикновената махорка (вид тютюн), се съдържа лимонова киселина необходима за домакинството и производството. В зеления неузрял слънчоглед намериха кокосово масло, което се употребява за приготовляване на най-висококачествени сапуни.
Още по-големи са различията между растенията според външната форма. Да вземем например пшеницата. Във Всесъюзния институт по растениевъдство (Ленинград) са събрани около 30 000 различни вида пшеница, отглеждани в Съветския съюз и други страни на света. В тази колекция всеки вид се отличава по нещо от всички други.
Казанлъшката роза се отглежда в несравнено по-малко число райони, отколкото пшеницата. И все пак наброяват към 7000 различни вида от тази роза. Не по-малко е разнообразието и всред дивите растения. Но, въпреки неизчерпаемото разнообразие, така силно изразено в растителния свят, във всички растение има и един общ белег — зеления цвят на листата.
ЗЕЛЕНИЯТ ЦВЯТ НА ЛИСТАТА – ОБЩ БЕЛЕГ НА РАСТЕНИЯТА
Големи са различията между отделните географски области по отношение почвата и климата. Неизчерпаемо е разнообразието на растителни видове по земята. Изключително пъстра е у растенията баграта на цветовете и плодовете. Но навсякъде неизменен остава зеленият цвят на листата.
Растенията от южните предели — лозата, палмата, чаеният храст — по своя външен вид, по вътрешните си свойства, начина на живот, цветове, плодове, малко напомнят дребните върби, брезички и боровинки, които пълзят по земята по към север. Но зелената багра е задължителна и за едните, и за другите.
На една нива, едновременно и една до друга, могат да растат пшеница с червени класове и пшеница с бели класове. Но никой никога не е видял да растат заедно растения с зелени и с бели листа. Понякога в градините и в цветарниците, а също и в опитите на учените се появяват растения с листа, лишени от зелени багри, листа почти бели или по-често на ивици — зелени ивици на жълтеникава основа. Но всички такива растения са нежизнеспособни. В природата, по правило, те бързо загиват, като не оставят след себе си потомство. А цветарите, които особено ценят „необикновените” растения, всякога трябва да губят много труд и грижи за да ги запазят. Понякога обаче и труда, и грижите не им помагат.
Много изследователи са се опитвали да отгледат растения на тъмно, като не им дават да позеленяват. Опитите обикновено са завършвали без резултат и само понякога се е удавало да се постигнат малки успехи. Преди няколко години двама шведски учени (в Свалеф) случайно имали щастието да подберат такъв състав от изкуствени хранителни средства (смес от различни органически и минерални вещества), върху които няколко растения грах и спанак израснали на тъмно. Но, нито едно растение не цъфнало и следователно не дало семена.
БЕЗ ЗЕЛЕНАТА БАГРА ЖИВОТЪТ НА РАСТЕНИЯТА Е НЕВЪЗМОЖЕН
Любителите на живата природа, които са виждали много различни растения, могат да запитат: но нали има червенолисти ябълки, има червено и синьо зеле. Наистина: тук-там в градините например се срещат ябълки от сорта „Недзвецки”. Те се отличават от другите ябълки по това, че у тях листата, кората, дървесината, цветовете и месестата част на плодовете са обагрени червено. Познати са червено и синьо зеле, червено цвекло, у което не само корена, но и дръжките и жилките на листата са обагрени в тъмно червено, а в отделни растения червената багра преминава даже в петурата, в меката част на листа.
Но, чрез наблюдения и опити е установено следното: у всяко растение — с червени или сини листа — под тази багра винаги се намира основната зелена багра. В последното можем да се убедим, ако внимателно разгледаме листата на червеното цвекло: червеният цвят на клетъчния сок като че ли прикрива основната зелена багра. Но щом на такива листа действаме със серниста киселинаили ги замразим, а след това ги размразим те позеленяват. Още по-лесно се извлича червената багра [антоциан], ако листата се потопят в гореща вода.
Науката засега не разполага с достатъчно материали, които биха позволили да отговорим определено на въпроса — защо някои растения се нуждаят от червена или синя багра. Но, добре е известно, първо, че червената или синя багра се предизвикват от причини, различни от онези, които предизвикват образуването на зелената багра. За да се прояви зелената багра и за да се запази, на растението, заедно с другитеусловия, е нужна и светлина, т. е. такова условие, без което въобще е невъзможен животът на растенията. Червената багра, например в цвеклото, зависи от вещества, които се създават и се запазват и на тъмно, т. е. при условия, в които растението не може да живее. По-нататък. Ако ние нарежем корена на цвеклото и поставим късчета в студена вода, червеният сок от разрушените при рязане клетки преминава в разтвора. Зелената багра от разрязан зелен лист не преминава в студената вода, тя в такава вода не се разтваря. Веществата, които придават на растенията червена или синя багра се съдържат в клетъчния сок, разтворени са в него, а веществата, които придават на растенията зелена багра са неразтворими в клетъчния сок. Те се намират в други части на клетката.
Накрая, както показаха опитите на Иван Владимирови Мичурин, от ябълките „Недзвецки” лесно може да се получи потомство напълно лишено от червена багра и с нормално зелени листа. Не е трудно същото да се направи и с червеното цвекло. Да се освободят листата на растенията от зелената багра обаче е невъзможно. Задължителното присъствие на зелената багра във всички растения ни кара да мислим, че тя не е случайна украса. Заедно с това присъствието на тази багра у всички растения говори, че тя и в най-разнообразните видове растения изпълнява една и съща роля.
Но защо зелената багра е така важна? Защо растенията са всякога и навсякъде зелени? На последния въпрос може да се отговори: растенията са зелени, защото у всички се съдържа зелено вещество, наречено хлорофил или листно зеленило, както Климент Аркадиевич Тимирязев понякога наричал това вещество. Хлорофилът багри листата в зелено. Но, хората отдавна са престанали да се задоволяват с такъв отговор. Те са изгубили не малко усилия да узнаят по-добре какви свойства притежава хлорофила и защо той е така широко разпространен в растителния свят.
СВОЙСТВА НА ХЛОРОФИЛА
Изследването на зеления лист под микроскоп е показало, че хлорофил има не във всички клетки на листата (рис 1). Там, където го има, той оцветява не цялата маса на клетката, а е разпределен в особени зрънца, наречени хлоропласти.
Рис. 1. Напречен разрез от лист на детелина (под микроскоп) а — горен епидермис; б — долен епидермис; в — стълбчета (палисанда) тъкан с хлоропласти; г — гъбеста тъкан с големи междуклетъчни празнини; д — прорез на листна жилка (проводящо снопче); е — устица.
Формата на хлоропластите, като правило, е доста постоянна и еднообразна. Те приличат на плоски дискчета. Хлоропластите не са съставени изцяло от хлорофил — те имат безцветна основа, пропита зелено багрило. Обикновено са разположени по периферията на клетката (рис. 2).
Хлорофилът може да се с извлече от зелените листа със спирт. Свеж лист старателно се разтрива в порцеланово хаванче. В получената кашица се наливат няколко капки спирт. Разредената със спирт кашица се излива в хунийка с филтърна хартия: в съда се стича зелен разтвор от хлорофил и някои други багрилни вещества, които винаги придружават хлорофила. В хунийката на филтъра остава безцветна маса, лишена от хлорофил. Това е растителна целулоза, която е безцветна. По-лесно става извличането на хлорофила, ако листът се потопи за малко във вряща вода, а след това в горещ алкохол.
Рис. 2. Клетка, изрязана от листната мекота на водното растение валиснерия. Средната част на клетката е запълнена с безцветна течност, наречена клетъчен сок. Покрай безцветните стени на клетката е разположена протоплазмата, а всред нея – ядрото и множество зелени зрънца – хлоропласти, които придават зелен цвят.
Спиртният разтвор на хлорофила има забележителни свойства. Особено интересно е отнасянето на разтвора към слънчевата светлина. В съвършено тъмна стая през тясна цепнатина пропускаме сноп от слънчеви лъчи, като ги отправяме на бял екран (рис. З). На пътя на лъчите поставяме стъклена призма. Лъчите преминават през призмата като се пречупват. Но всеки лъч се пречупва с различна сила: един лъч повече, друг по-малко. Светлината ще се разложи на прости цветни лъчи. На екрана ние ще видим ивици от цветни лъчи или както се казва, спектъра на видимите лъчи. В спектъра нашето око различава следните основни цветове червен, оранжев, жълт, зелен, светлосин, гълъбов, син и виолетов. Ако на пътя на лъчите, които излизат от призмата и дават спектър, поставим леща (събирателно стъкло), лъчите отново ще се съберат в смесен сноп и на екрана ще се отрази бял лъч. Белият цвят, това е смес от видимите тъмни лъчи, които лежат от двете страни на спектъра,
Нашето око различава предметите по тяхната форма и багра. Ако предметът пропуска всички лъчи, той ни се представя прозрачен, бял. Впечатление за черен цвят се получава в този случай, когато предметът поглъща всички падащи върху него лъчи; от такъв предмет нашето око не получава отразени видими лъчи. Ако обаче тялото поглъща само част от лъчите, а другата част преминава през него или се отразява от него, то тази част определя и цвета на предмета.
Рис. 3 Разлагане на бял слънчев лъч в тъмна камера с помощта на стъклена призма. а-б — слънчев лъч; в-г —ивица на слънчевия спектър, състояща се от седем различни цвята.
Да напълним безцветна стъкленица с разтвор от меден хлорид със зелен цвят и я поставим на пътя на светлинния лъч. На екрана ще остане само зелената ивица. Разтворът от меден хлорид поглъща всички лъчи, освен зеленият, който ще се отрази на белия екран.
Вземаме стъкленицата с разтвор от меден хлорид и поставяме на нейно място стъкленица със спирт. През прозрачният спирт преминават всички лъчи и на екрана се отразява пълния спектър. Да поставим сега друга стъкленица с хлорофилен разтвор и да погледнем на екрана. На него ние ще видим широка зелена и тясна червена ивица. Ивиците са разделени с широки тъмни междини. Става очевидно, че хлорофилният разтвор пропуща не само зелените, но и някои червени лъчи. Това свойство на хлорофила може да се открие и в живата природа.
В светъл слънчев ден през синьо стъкло да погледнем покрива на бялата къщичка, боядисан с зелена боя и на зелената градинка около къщичката. Зеленият покрив ще ни се покаже черен: от него се отразяват само зелените лъчи; а синьото стъкло не пропуща тези лъчи до окото. Градинката около къщата също ще се преобрази: под обикновеното синьо небе зелената растителност на градинката ни се представя кърваво-червена. Зелените листа отразяват и пропущат не само зелените, но и някои червени лъчи. Последните преминават до нашето око през синьото стъкло. Зеленият цвят на растенията — това не е обикновена зелена боя.
Учените са извлекли хлорофил от много видове растения и са изучавали неговите качества. Изследванията са показали, че независимо от вида на растението, независимо от почвата и климата, при които се е развивало то, във всички случаи отношението на хлорофила към поглъщането на слънчевите лъчи се е оказало еднакво.
Изследванията върху химическия състав на хлорофила са показали, че във всички растения той се образува от едни и същи елементи, от едни и същи съединения.
УСЛОВИЯ ЗА ОБРАЗУВАНЕ НА ХЛОРОФИЛА
Където и да расте растението, то изисква едни и същи условия за образуване на хлорофила. В почвата непременно трябва да присъства азотна храна. Колкото по-богата е почвата с азотна храна, толкова по-зелени биват растенията върху нея. Но при богата азотна храна хлорофилът в растенията се увеличава само количествено. Неговото отношение към светлината и химическия му състав остават същите, както и на бедна почва.
В почвата непременно трябва да има и железни соли. Ако такива няма, в растенията не се образува хлорофил и те загиват. За образуването на хлорофила са необходими съвсем малки количества желязо. В това не е мъчно да се убедим. В съд с чист, промит и нажежаван пясък внасяме всички хранителни вещества, в това число и няколко частици железни соли. В друг съд със също такъв пясък внасяме същите хранителни вещества, с изключение на желязо. Посяваме семена от някое растение. В първия съд израстват нормално зелени растения, във втория се появяват хилави растения, с бели листа. Достатъчно е да намокрим такива листа със слаб разтвор от железни соли — и те ще позеленеят.
Освен веществата получавани от почвата, растението се нуждае и от кислорода на въздуха за образуване на хлорофила. Да поставиме семена на някое растение да никнат на тъмно. Покълнеците на тъмно имат жълт цвят. Половината от покълнеците поставяме в стъклен съд с нормален въздух, а другата половина в също такъв съд, но с въздух, лишен от кислород. Закриваме съдовете плътно и ги оставяме на светлина. В първия съд покълнеците бързо позеленяват, а във втория — остават така жълти, както и на тъмно.
Освен почвена храна и кислород растението има нужда и от топлина. Но и при благоприятна температура растението няма да позеленее, ако то не получи и светлина. В пълна тъмнина, при наличността на всички други условия растенията остават жълти. Само някои водорасли, мъхове, папрати, а също борът и елата, започват да позеленяват в тъмнина. Но и в тези растения пълното количество хлорофил се образува само при нормално осветление.
Академикът Владимир Николаевич Любименко е показал, че от силата на светлината зависи скоростта на позеленяването и количеството на хлорофила, който се натрупва в листата. Най-голямо количество хлорофил се натрупва при светлина по-слаба, отколкото светлината в обедните часове на ясен ден. При силна слънчева светлина количеството на хлорофила в растенията може даже да се намали.
И така, зеленият цвят на растенията зависи от едно и също вещество — хлорофил. Външните условия, които са нужни на различните видове растения за образуване на хлорофила са също еднакви. Това ни дава основание да приемем, че хлорофилът в растенията изпълнява една и съща роля, че той е полезен на растенията по една и съща причина. Каква е тази роля?
НЯКОЛКО ФАКТИ И ЦИФРИ ЗА ВЪГЛЕРОДА И НЕГОВИТЕ СЪЕДИНЕНИЯ
Разнообразието на органическите вещества в растенията е много голямо. Те са разнообразни също така, както е разнообразен растителният свят. Химиците са изучили стотици хиляди органични съединения. Но нито един химик не може да каже, колко стотици хиляди въглеродни съединения не са още открити, не са още изучени.
Въглеродът служи за основа на органическите вещества в растенията. Органическо вещество не може да възникне без въглерод. В зърното на пшеницата от 66 до 70 на сто от масата се пада на въглеводите (скорбяла, захар и др.). Както показва названието, основа на въглеводите съставлява въглерода, съединен с кислород и водород. Следващите по количество съединения в пшеничното зърно са белтъчините, а те съдържат 60 до 55 на сто въглерод. След това идва целулозата (1,6 до 2 на сто), основа на която съставлява също въглерода.
Но откъде растението получава въглерод? Дълго време считали, че растението го изсмуква чрез корените си от хумуса на почвата. Но тази представа се оказала погрешна. Растението може да бъде отглеждано в съд с чиста вода или с чист пясък, в които са поставени азот, фосфор, калий и др. хранителни вещества, с изключение само на въглерод.
В съда не се съдържа въглерод нито във вид на органични, нито във вид на минерални съединения, а повече от половината органическо вещество в растенията се състои от въглерод.
Когато учените установили, че растенията не вземат въглерода от земята, оставал само още един източник — въздухът. Във въздуха въглеродът се намира във вид на въглероден двуокис (СО2). Този газ е много трайно съединение на въглерода с кислорода . Какви са неговите свойства ?
Той е безцветен газ. Сам не гори и не поддържа горенето. Той е много траен и при обикновените външни условия, при които се развиват растенията, не се подлага на разпадане. В чист въглероден двуокис не може да съществува нито един жив организъм. Във въглероден двуокис загиват даже бактериите и плесените.
Въздухът, който ние вдишваме съдържа две-три части въглероден двуокис на 10 000 части въздух. Такова съдържание въглероден двуокис не оказва вредно влияние на нашия организъм. При увеличаване това количество десет пъти — до две-три части на хиляда, въздухът става вече вреден за човека.
Около нас постоянно действуват много различни източници за образуване на въглероден двуокис. Отделят го всички живи организми при дишането. Той се отделя непрестанно при гниенето на остатъците от умрели животни и растения. Всекидневно от печките в домовете, от пещите на фабриките, заводите, локомотивите, се изхвърлят огромни количества въглероден двуокис. На някои места той постъпва във въздуха в големи количества от недрата на земята.
Съдържанието на въглеродния двуокис във въздуха се изменя в зависимост от местността. В градовете, в индустриалните центрове той е повече, а в селата е по-малко. Но разликата е незначителна и най-важното, тя постоянно се унищожава благодарение движението на въздуха. Къде изчезва въглеродния двуокис? Защо количеството му във въздуха не се увеличава? Отговор на тези въпроси са получили, когато са изяснили, че растенията вземат въглерод за хранене от въздуха, вземат го във вид на въглероден двуокис.
РАЗЛАГАНЕ НА ВЪГЛЕРОДНИЯ ДВУОКИС В ЗЕЛЕНОТО РАСТЕНИЕ
Знаменитият британски химик Жозеф Пристлей (живял от 1733 до 1804 год.) веднъж се замислил: къде изчезва въглеродния двуокис, който непрекъснато постъпва във въздуха? Около нас постоянно действуват много източници, които го отделят. Ако един или друг източник действува в ограничен обем въздух, той скоро прави въздуха непригоден за горение и за дишане. В плътно затворена стая, с голям брой хора, с горящи лампи или свещи въздухът бързо става негоден да поддържа дишането и горенето. А щом горенето, гниенето и дишането по земята стават навсякъде, тогава цялата атмосфера, мислил Пристлей, би трябвало скоро да стане непригодна за живота. Обаче такова явление не се забелязва. Очевидно, разсъждавал той, в природата трябва да съществува процес, който поправя „разваления” въздух, и този процес става с твърде голяма сила. Той е способен да запази състава на въздуха относително постоянен. В началото Пристлей решил, че, може би, водата е способна да пречиства въздуха. В моретата и океаните има много вода. Възможно е въздухът, като се носи над нея, да се подобрява. Опитът като че ли потвърждавал тази догадка: разваленият въздух разплакнат с вода, до известна степен се подобрявал. Но се указало, че той все пак не възстановява предишния си състав.
Въглеродният двуокис се разтваря във водата. На това негово свойство се основава съвременното производство на разхладителни напитки, различни лимонади. Но както лесно се разтваря във водата, СО2 също така лесно излетява от нея. Следователно водата не може значително и постоянно да намалява съдържанието на СО2, за да го намали тя трябва да го разлага или здраво свързва, а това не става.
Като изоставил предположението относно водата, Пристлей преминал към опити с растения. Един дал поразителни резултати. Той бил направен в 1772 година. Ученият взел стъклен звънец, потопил отвора му във вода, а под звънеца върху подложка поставил мишка. Мишката разполагала само с въздуха, който имала под звънеца: водата не пропускала външния въздух. След няколко дни мишката с дишането си „развалила” въздуха и се задушила. След това Пристлей се опитал да запали под звънеца свещ: тя угасвала. Като открил тези факти, Пристлей поставил под звънеца растения (мента). Растенията не загинали и даже продължали да растат. След няколко седмици изследователят отново опитал да запали свещ под звънеца. Сега тя горяла нормално. Въздухът се оказал „поправен”. Поправянето станало благодарение жизнената дейност на растението. Растението прави разваленият въздух отново годен за горене и дишане. До такова заключение дошел Пристлей.
След откритието на Пристлей, над въпроса за поглъщането на въглеродния двуокис от растенията почнали да работят много учени. Те установили, че на светло растенията поглъщат въглероден двуокис и го разлагат на въглерод и кислород. Въглеродът остава в растението, превръща се там в органически съединения, а кислородът се отделя навън. Този процес се нарича хлорофилна фотосинтеза или асимилация на въглерода. По такъв начин, растението, като поглъща СО2 и отделя кислород пречиства „разваления” въздух и едновременно се храни с въглерод.
ПРЕВРЪЩАНЕ НА НЕОРГАНИЧЕСКОТО ВЕЩЕСТВО В ЖИВО СЪЕДИНЕНИЕ
Преди повече от 300 години ученият Ван Хелмонт направил опит, който не е забравен и до днес. Той взел голяма саксия и я напълнил с пръст. Предварително той изсушил пръстта и я претеглил точно. Оказало се, че в саксията се е побрала 80 кгр. пръст. След това Ван Хелмонт отрязал клонки от върба с тегло точно 5 кгр. и го посадил в саксията, а земята покрил с кръгъл надупчен похлупак, за да не попада прах, който винаги се носи във въздуха. Върбовата клонка образувала корени и започнала да расте. На развилото се в саксията дърво не давали хранителни вещества, а го поливали само с вода.
За поливане събирали дъждовна вода, която почти не съдържа хранителни соли. Минали пет години. Израсналата върба извадили от саксията и я претеглили. Дървото тежало 71 кгр. или с 66 кгр. поведе, отколкото посадената клонка. А какво става с пръстта в саксията ? Нея изсушили и също претеглили. Указало се, че тежината на пръстта почти не се е изменила — тя се намалила с незначително количество. Пред учения се явил въпросът: от къде върбата взела 66 кгр. органическа маса? На този въпрос Ван Хелмонт не можал да даде правилен отговор. Той смятал, че увеличението е произлязло за сметка на водата, и че от водата се образуват веществата, които съставят тялото на растението. Преди 300 години науката не е разполагала с данни за правилен отговор. Днес тя вече притежава такива. Масата на органическото вещество се създава главно за сметка на въглерода, който се поглъща от зеленото растение от въздуха във вид на въглероден двуокис. Върбата е поглъщала мъртво, неорганическо вещество — въглероден двуокис СО2 и го е преработвала в живо, органическо вещество на собственото си тяло. Въглеродът във върбата е преминал от минерално състояние в органическо, живо съединение.
Но върбата е натрупала не само органическо вещество. Едновременно тя е натрупала голямо количество топлина и светлина. Клонката на върбата, посадена от учения е притежавала твърде малък запас от енергия: при изгаряне, тя би дала много малко топлина и светлина. Израслото вече от клонката дърво притежавало много по-голям запас енергия. На всеки е известно, че изгарянето на дърва с тежина 66 кгр. дава значително количество топлина и светлина.
На един хектар нива средно се засяват 150 кгр. пшеница. Установено е, че като се изгорят един кгр. житни зърна дават 2225 единици топлина (Единица топлина [калория] е количеството топлина, необходимо за нагряване 1 гр вода на 1 градус). Следователно на всеки хектар пшеница земеделеца внася със семената (150 х 2225) 333 750 единици топлина. А какво получава той с реколтата? Днес в колхозите не рядко на големи площи събират от 1600 до 2000 кгр. зърно зимна пшеница от хектар. В 1600 кгр. зърно е скрита 3 560 000 единици топлина (1600 кгр. по 2225). Но това е само в зърното. Освен зърна на пшеничната нива израстват: слама —1,5-2 пъти по-тежка от него и 3-4 хиляди килограма корени, които остават в почвата. Ако и те се изгорят, числото З,56 милиона единици топлина ще се увеличи няколко пъти. От къде е получена тази топлина? Тази топлина пшеничното растение е взело от слънчевите лъчи. За разлагане на въглеродния двуокис на въглерод и кислород, растението се нуждае от същото количество енергия, което се отделя при образуването на въглеродния двуокис при горене, т. е. при съединяването на въглерода с кислорода. Слънчевите лъчи носят големи количества топлина. През дневните часове земята и всички мъртви предмети, които се намират върху нея, поглъщат лъчите и се нагряват силно. Но поглъщането на лъчите от мъртвите тела е нетрайно. Щом слънцето се скрие земята, камъните и водата бързо изстиват. Те отдават топлината на околния въздух. Топлината се разпръсква. Мъртвите тела не могат да задържат енергията, получена от слънцето, те са неспособни да я натрупват. Такава способност имат само зелените растения. Те поглъщат тази енергия и я използуват за образуване на органическо вещество.
Силата на слънчевите лъчи се оказва свързана в скорбялата, белтъчините и мазнините, които се образуват в растенията.
ДЕЙСТВИЕ НА ЛЪЧИТЕ С РАЗЛИЧЕН ЦВЯТ ВЪРХУ ЗЕЛЕНОТО РАСТЕНИЕ
Растения, лишени от светлина, престават да увеличават теглото си. При продължително прекарване на тъмно, теглото на техните органически вещества се намалява, понеже нови не се образуват, а наличните се изразходват при дишането. Следователно създаването на органически вещества става само под действието на светлината. Но преди силата на слънчевите лъчи да се превърне в работа тя трябва да бъде погълната от растението.
Различно обагрените тела поглъщат лъчите различно. Едни поглъщат много лъчи, други по-малко, а трети почти съвсем не ги поглъщат. Черните тела поглъщат всички лъчи на слънчевата светлина, а белите прозрачните тела, обратно, пропускат почти всички лъчи през себе си, без да ги поглъщат. С тези разлики се обяснява защо черните тела на слънце се нагряват значително по-бързо и по силно, отколкото белите. На телата действуват само тези лъчи, които те поглъщат.
Жълтите тела пропускат или отразяват по-голямата част лъчи от жълтата половина на спектъра. Светлинен лъч преминал през жълта течност е лишен от виолетови, сини, светло-сини и част от зелените лъчи. Изброените лъчи се поглъщат от жълтите тела и следователно им действува най-силно.
Зелените тела пропускат или отразяват по-голямата част от синята половина на спектъра. Слънчев лъч преминал през зелена течност се лишава от всички червени, оранжеви, жълти и част от виолетовите лъчи. Тези именно погълнати лъчи действуват най-силно на зелените тела.
Зеленият лист пропуска и отразява зелените лъчи и поглъща по-голямата част от червените лъчи и значителна част от лъчите на синята половина на спектъра.
Рис. 4. Отделяне на кислород от водно растение. Белият слънчев лъч, пропуснат през спиртов разтвор от хлорофил, се оказва лишен от всички цветни лъчи, с изключение на зелените и малка част от крайните червени лъчи. Слънчев лъч, пропуснат през жив зелен лист, също е лишен в значителна част от червените, оранжевите и сините лъчи, Нормалният жив лист пропуска само зелените и малка част от крайните червени лъчи. Живите листа пропускат светлината с малко по-различен състав, отколкото спиртния разтвор на хлорофила. Но тези различия, които се срещат в живата природа на всяка крачка, нямат особено значение.
Зеленият лист най-пълно и жадно поглъща червените лъчи. При червена светлина зеленият лист ще ни изглежда почти съвършено черен, понеже той поглъща почти всички попадащи върху него лъчи. Силата на червените лъчи преди всичко се използва от растението за разлагане на въглеродния двуокис. В това не е мъчно да се убедим. В стъклен съд с вода, която съдържа въглероден двуокис, поставяме зелено водно растение (например водна чума) и го покриваме със стъклена хуния, както това е показано на рисунка 4. Над хунията поставяме епруветка, напълнена с вода. Излагаме прибора на слънчева светлина. От растението веднага започват да се отделят мехурчета, които се събират в епруветката. Когато в нея се събере достатъчно газ, внасяме тлееща клечка, тя се запалва с пукот. Това показва, че в епруветката се е събрал кислород.
Затъмним ли растението отделянето на мехурчета спира.
Ако ние осветим водното растение с червена светлина, мехурчетата започват да се отделят почти със същата сила, както и при бяла светлина. Но ако заменим червената светлина със зелена, в случая растението реагира почти така, както на тъмно.
Кои лъчи най-силно разлагат въглеродния двуокис в зеленото растение, особено добре е показал Климент Аркадиевич Тимирязев. Той взел няколко тесни цилиндри. Във всеки цилиндър поставил по равно късче от един и същи зелен лист. Цилиндрите били поставени на поставки и били отделени един от друг с черни прегради. В тъмна стая, праз тясна цепнатина, бил пропуснат бял слънчев лъч и разложен нацветни лъчи. В цветните ивици на спектъра Тимирязев поставил по един цилиндър. Един цилиндър попаднал в най-крайната червена ивица (тази част от червените ивици на спектъра, която не се поглъща от хлорофила), втория — в тази част на червената ивица, която се поглъща от хлорофила особено силно, третия — в оранжевата, четвъртия — в жълтата, петия — в зелената ивица. Късчетата от листа се намирали под действието на светлината няколко часа. Когато облъчването се свършило, бил определен състава на въздуха в цилиндрите. До началото на опита той бил еднакъв, а след облъчването се оказал различен.
В първия цилиндър, който се намирал в най-крайната червена ивица, съдържанието на въглеродния двуокис се увеличило — тук зеленото листенце не е поглъщало, а е отделяло въглероден двуокис. Във втория цилиндър, който е стоял в ивицата на червена светлина, се е разложило най-голямо количество въглероден двуокис. В третият цилиндър от оранжевата ивица въглеродния двуокис се е разложил също много, но по-малко отколкото във втория. В четвъртия цилиндър, в жълтата светлина, въглероден двуокис се е разложил по-малко, отколкото в третия. На края, в петия цилиндър, който се намирал в ивицата на зелената светлина, въглероден двуокис почти никак не се е разложил.
Този опит бил много пъти повтарян от Климент Аркадиевич. Неведнъж са го повтаряли много други изследователи. И всеки път се е получавал един и същи резултат: в ивицата на червената светлина, най-жадно поглъщана от зеленият лист, се разлага най-голямо количество въглероден двуокис. Този извод Тимирязев подкрепил и с друг много нагледен опит. Въглеродът, който се освобождава при разлагането на въглеродния двуокис в зеленото растение, след много превръщания се явява във вид на скорбяла. Скорбялата под действието на йод се багри в синьо-виолетово. От тези две явления се възползвал Тимирязев, при поставянето на своя опит взел стайно растение и го поставил в тъмна стая. След два дена листата на растението се освободили от скорбялата — част от нея се разходвала за дишане, друга част се преместила в други органи. Без да отделя листа от растението Тимирязев му действувал със спектъра на слънчевите лъчи така, че една ивица от листа се намирала в червена светлина, друга съседна — в оранжева, трета — в жълта и т. н.
След тричасово осветяване листът бил отрязан, обезцветен със спирт и върху него се действувало с йодов разтвор. На това място от листа, където е падала червена светлина, се получила най-тъмна ивица от новообразувала се скорбяла. В оная част от листа, осветявана от оранжева светлина, скорбялата се указала по-малко и т. н. Този отпечатък върху зеления лист показва нагледно, че в ивицата на червената светлина се образува повече скорбяла, отколкото във всички други ивици на светлината.
По такъв начин, зеленият лист по-пълно и по-силно поглъща червените лъчи. В ивицата на червените лъчи той разлага въглеродния двуокис значително повече, отколкото в която и да е друга част на спектъра. В същата ивица на червените лъчи зеленият лист образува най-голямо количество скорбяла. Поглъщането на червените лъчи, разлагането на въглеродния двуокис и образуването на скорбяла в зеленото растение, по такъв начин се указват, явления свързани помежду си.
ЗАЩО ЧЕРВЕНИТЕ ЛЪЧИ СА ОСОБЕНО НЕОБХОДИМИ НА РАСТЕНИЯТА
Ако листата на растението бяха безцветни, те не биха поглъщали светлината, растението би било лишено от притока на сила, необходима за образуване на органически вещества. За да поглъщат светлина, листата трябва да бъдат непременно обагрени. Но пита се: защо техният цвят е именно зелен, или с други думи, защо на растението са необходими преди всичко червените лъчи.
Разлагането на въглеродния двуокис на съставните му части — въглерод и кислород — изисква загубата на големи количества енергия. Въглеродният двуокис се разлага в лабораторни условия при температура 2000-3000 °C. Възможни ли са подобни температури в живото растение? Смело можем да отговорим — не са възможни. Различните растения започват да разлагат въглеродния двуокис и да образуват органични вещества при нееднакви температури. Но разликата в тези начални температури у различните растения не е голяма. Малко се различават и температурите, при които растенията прекратяват разлагането на въглеродния двуокис. Последните се колебаят между 35-55°C . Това се обяснява с факта, че съществуванието на белтъчините е възможно само в доста тесни и при това ниски температурни граници. При 35-55°C (различно за различните растения) в растенията започват да загасват всички процеси на жизнената дейност.
Разлагането на въглеродния двуокис в растенията става при несравнено по-ниски температури, отколкото в лабораторията. Учените предполагат, че процесът за разлагане на въглеродния двуокис в растението се извършва в няколко стадии. За всеки стадий се изисква значително по-малко напрежение на сили, по малки температури, отколкото при разлагането на въглеродния двуокис при лабораторни условия, От големите количества енергия, необходима за разлагането на въглеродния двуокис растението изразходва само една малка част.
Установено е също, че различните цветни лъчи на слънчевата светлина притежават различни качества различна работоспособност. Отдавна е известно, че различните цветни лъчи действуват нееднакво на едно и също вещество, а различните вещества нееднакво реагират на един и същ цветен лъч.
Всички изложени факти ни позволяват да разберем защо няма черни растения, растения с чер хлорофил. Ако хлорофила беше черен, той би поглъщал всички видими лъчи — и тези, които са способни да разлагат въглеродния двуокис, и тези които нямат тази способност. От такова поглъщане на лъчите, „без избор”, растението не би усилило продуктивната си дейност, а само по-силно би се прегряло. От нагряването на обедното слънце растението с черен цвят би било убито за няколко минути. Растението не поглъща тези лъчи, които са най-малко работоспособни. На земната повърхност такива лъчи се указват зелените. При поглъщане, зелените лъчи биха произвели в растението малко работа и биха отишли главно за нагряване на растението.
Многогодишните изследвания над живота на растенията, а също и данните на науката за физическите явления, които се извършват на земята довели К. А. Тимирязев до извода, че от всички вълни на лъчистата енергия на слънцето, които достигат повърхността на нашата земя, най-голяма работоспособност имат вълните на червената светлина. Те именно извършват в растението разлагането на въглеродния двуокис и образуването на органическите вещества.
Високата работоспособност на червените лъчи е доказана с опити. Известно е, че хлорофилът поглъща не само лъчите от червената половина на спектъра. К. А. Тимирязев определил, че синьо-виолетовите лъчи се поглъщат от растението едва ли не със същата сила, както и червените. Но, когатотой измерил продуктивността на тяхната работа (по количеството на разложения въглероден двуокис по образуването на скорбялата), то се указало, че тя съставлява всичко 54 на сто от продуктивността на червените лъчи. С други думи: равно количество синьо-виолетови лъчи погълнати от растението, произвеждат само половината от тази работа, която произвеждат червените лъчи. Изследванията на други учени потвърдили изводите на Тимирязев. Действително оказало се, че силата на синьо-виолетовите лъчи се използва от растенията със значително по-малък резултат, отколкото червените. Но, не трябва да мислим, че разлагането на въглеродния двуокис и образуването на органически вещества в растението се извършва под въздействието само на червените лъчи. Сега вече е известно, че при бяла светлина зеленият лист разлага повече въглероден двуокис и образува повече органически съединения отколкото при чисто червена. А това означава, че всички лъчи, които се поглъщат от зелените листа, произвеждат в тях някаква работа, като усилват действието на основните, червените лъчи.
ПРИСПОСОБИТЕЛНИЯТ ХАРАКТЕР НА ЗЕЛЕНАТА БАГРА
Хлорофилът е много добре приспособен да поглъща тези слънчеви лъчи, които притежават най-голяма работоспособност. За добрата приспособеност на хлорофила говори и отличието му от другите цветни тела: хлорофилът поглъща не само червените лъчи на слънчевия спектър. Нито едно друго цветно тяло (с изключение на черните) не може да поглъща така много различни лъчи, както хлорофила.
Рис. 5. Разположение на опита на Тимирязев за асимилация в различните части на спектъра и неговите резултати. В средата: цилиндри с ивици от един и същи лист, поставени в различните ивици на спектъра (кр — червена; о — оранжева; ж — жълта; з — зелена; с — синя; ф — виолетова). Горе: количеството на разложения СО2 във всеки цилиндър. Долу: част от лист, върху които е бил хвърлен спектърът. След йодната проба на мястото на червените лъчи се получава най-силно посиняване, понеже там се е образувала най-много скорбяла. Такива широки способности очевидно, осигуряват на растението възможност за най-добро приспособяване към променливите условия на осветление. Изменящите се условия на осветление и силно изменчивото състояние на самото зелено растение менят целия ход на разлагане на въглеродния двуокис в растението.
При слабо осветление зелените зрънца (хлоропласти) в едни растения се разполагат надлъж, покрай външните стени на клетката, у други са равномерно разпръснати в цялата клетка. При силно осветление хлоропластите се преместват покрай вътрешните стени на клетката или се събират около ядрото, като намаляват размерите си. След такова преместване на зрънцата зелената багра на листа става по-светла. А по-светлозеленият лист пропуска през себе си повече лъчи, отколкото тъмнозеленият. При отслабване наосветлението зрънцата заемат предишното си положение. С леките изменения в зеления цвет на един и същи лист, следствие преместването на хлоропластите, може да се обясни защо при слабо осветяване зеленият лист работи със същата (а понякога и с по-голяма) продуктивност, както и при по-силно осветление.
Известно е още, че при продължително засенчване, растенията отговарят с увеличаване съдържанието на хлорофила в листата, и в този случай листата стават по-тъмно обагрени. Тъмно-зелените листа поглъщат светлината повече, а я пропускат по-малко.
В лабораторията чрез поставяне листата един върху друг, можем да увеличим дебелината до такава степен, при която всички лъчи, в това число и зелените, ще се поглъщат напълно. Специални наблюдения са показали, че при тези условия и зелените лъчи започват да извършват работа.
Неотдавнашните изследвания на проф. А. Н. Данилов показаха, че отношението на зеления лист към лъчите с различен цвят зависи от условията на живота, от вътрешното състояние на растението. Така, ако държим растението до опита при неестествени условия на осветление (например, като го осветяваме с различни цветни лъчи), можем да заставим зеленият лист да измени отношението си към червените лъчи: синьо виолетовите лъчи започват понякога да действуват по-силно, отколкото червените. Естествено в живата природа такива изкуствени условия не се срещат. Но, опитите на проф. Данилов са интересни в две отношения: от една страна те разкриват голямата чувствителност на хлорофила към всички изменения в околната среда и от друга — показват, че различните почвени, а също и топлинни условия, които влияят на растението, могат в известна степен да изменят отношението му към слънчевите лъчи.
ПОСТОЯНСТВО И ИЗМЕНЧИВОСТ НА ЗЕЛЕНАТА БАГРА
Зелената багра е свойство, което притежават всички растения, които в много други отношения са съвършено различни. Растенията от една природна зона с нейния особен климат, почва и други външни условия се отличават от растенията на друга област, руга почва и друг климат, по много различни признаци и свойства, но не се различават по зеленият цвят на листата. При голямо разнообразие на растителни видове и при разнообразните условия на тяхното съществувание хлорофилът, е с един и същ химически състав, едни и същи физически свойства. Но едновременно има много факти, които говорят за това, че зелената багра на листата е свойство много чувствително към всички изменения във външните вия. Изследванията на академика Трофим Денисович Лисенко, помогнаха да се разберат причините на тези две особености, свойствени на зелената багра.
От посяването на семената в земята до прибиране на реколтата, в зеленото растение едни вещества се превръщат в други, едно състояние на растението се сменя с друго, докато цялото развитие се завършва с образуването на нови семена.
Измененията и превръщанията на веществата, които стават в растенията, довеждат до развитието у тях на различни белези, органи и свойства. Всяко от тези изменения и превръщения, а също и всички развиващи се органи и свойства имат различно значение за живота на растенията.
У пшеницата, сорт „Московска 02411″, която в централната част на Съветския съюз, класът по правило е бял. Но при засяване на същата пшеница в северните области, баграта на класа често става червена. Смяната на цвета може да се постигне и в Московската област, ако заставим тази пшеница да изкласи не през юни — началото на юли, а за тази през септември — началото на октомври.
Червенокласните сортове пшеница са разпространени повече в северните райони. Ако семена от червени класове се пренесат и засеят на юг, то там те дават растения с бледо-розови — а понякога и чисто бели класове. При възвръщане на следното поколение семена, от юг на север червеният цвят на класовете се възстановява.
Пшеницата „Меланопус 069и обикновено има нечисто-черни осили. Заради тях са я нарекли сивоосилеста. При усилно торене на почвата с азотни и калиеви соли, осилите стават по-черни, отколкото обикновено. Обратно, при изключването на азотно торене и при увеличена дажба фосфорни и калиеви соли в същата пшеница се образуват бели осили. Колкото повече фосфорнокисели торове се дават, толкова по-бял е цвета.
Развитието на пшеничното растение се завършва, както при едната, така и при другата багра на класа и белите и черните класове дават добра реколта. Развитието на растението зависи малко от процесите, които определят едната или другата багра на класа.
Но в растенията има и по-съществени свойства, например зимните растения (да кажем зимната пшеница), както е установил това Трофим Денисович Лисенко, в началото на своето развитие изискват определен период на ниска температура (-1 или +2 °C). Без задоволяване на това условие зимните пшеници не образуват класове, не дават семена.
Превращенията на веществата, които се извършват в зимните растения при ниски температури (яровизация), имат съществено значение за целия живот на растенията. Ако не са задоволени нормално изискванията на зимната пшеница от ниски температури, то поникналите растения са способни достатъчно дълго да чакат студа и незагиват.Тези растения, които се ползват от временните понижения на температурите, които не са редки в природата, като се ползват от понижаването на температурите през нощните часове, могат понякога постепенно (за по дълго време от нормалното), но все пак да завършат яровизацията и след това да продължат своето развитие. Получените семена от такива растения се оказват вече изменени.
А какво е положението със зелената багра на листата? Ако семената са неспособни да дават растения с хлорофил, или в околната външна среда няма условие за позеленяване на растенията (случва се и едното и другото), то покълнеците обикновено бързо загиват. Те са неспособни не само да образуват нови семена, но даже и малки безплодни растения. Ние сега знаем, че зелената багра е необходима на растението още от първите дни на растежа му, за разлагане на въглеродния двуокис, за хранене и изграждане на собственото тяло. Ето защо тя трябва да се намира всякога в растенията. Едновременно характерът на нейното развитие, като решаващо свойство за живота на растението, трябва винаги добре да съответства на условията на външната среда. Растенията, които не притежават такива качества, са неспособни да преживеят — те неизбежно загиват.
Климент Аркадиевич Тимирязев, като изучавал разлагането на въглеродния двуокис и усвояването на въглерода от зелените растения, установил важното общобиологично положение: всяко вътрешно свойство на растението (в нашия случай свойството на хлорофила), може да бъде правилно разбрано и обяснено, ако то бъде изучено във връзка с условията на външната среда, при които това свойство се развива и изпълнява своята роля.
Иван Владимирович Мичурин с опити върху многогодишни плодови растения и Трофим Денисович Лисенко върху едногодишни житни растения установиха причините за развитието на външните белези и на вътрешните свойства на растенията.
Рис. 6 Климент Аркадиевич Тимирязев. Тези причини всякога трябва да търсим едновременно в природните качества на семената (в миналата история на тези семена) и в особеностите на условията на тази външна среда (почва, климат сложните отношения на растенията помежду им, на растенията с животните и т. н.), в които семената се превръщат в растения и растенията преминават своя живот.
Разнообразни са условията за плодородието на почвата, разнообразни са и топлинните условия на земното кълбо. Още по голямо разнообразие се получава вследствие различните съчетания на почвените и топлинните условия. Растението трябва да бъде приспособено към различните условия на живот: растение, което не е приспособено към условията на живота, не може да преживее.
Освен от почвата и климата растенията в своя растеж и развитие зависят и от околните растения. Те зависят също и от растенията, които са расли на даденото място в миналото. Към всички тези условия растението трябва да бъде приспособено, също така, както към климата и към почвата. Но понеже условията на местообитаването, макар и бавно, непрестанно се изменят, то и растенията също са принудени да се изменят.Без изменчивостна растенията е невъзможно и приспособяването. В растенията се извършват непрестанно процеси на приспособяване към външни условия, които се изменят. Приспособените форми преживяват и се закрепват наследствено, а неприспособените загиват. Така се поражда разнообразието от белези и свойства у растенията. Това разнообразие се обяснява преди всичко с разнообразието на условията за живот. При това, колкото по важен е за живота на растението даден белег, толкова по-очевидна и тясна е връзката между развитието на този белег и жизнените условия.
Как стои въпроса с такова най-важно условие в живота на растенията, каквото е светлината. Оказва се, че това жизнено условие за растенията е по-малко изменчиво, отколкото много други.
Професор Л. А. Иванов, който се е занимавал много с изучаване усвояването въглеродния двуокис от растенията, дошел до следните интересни заключения. Ако силата на слънчевите лъчи, които падат в една минута на единица площ, се измери с количеството топлина, която те донасят със себе си, то се указва, че най-голямото количество топлина малко се изменя в различните места по земната повърхност. Тази малка изменчивост се обяснява със следното: на север, където слънцето не се издига така високо, както на юг, то грее по-слабо. Но това отслабване на слънчевите лъчи се изравнява от по-голямата прозрачност на въздуха на север във връзка с по-малката негова влажност. По-прозрачният въздух разсейва и поглъща по-малко слънчевите лъчи и затова по-значителна част от тях достига земната повърхност.
Но тук може да се възрази: хората по себе си знаят, че на север слънчевите лъчи греят по-слабо, отколкото на юг. На такова възражение Л. А. Иванов отговаря: физиологическото действие на светлината, която ние усещаме като топлина, силно зависи от температурата на въздуха и земята които ни заобикалят а също така и от общото състояние на организма. Една и съща сила на слънчевия лъч при ниска температура на околния въздух, само приятно стопля нашето тяло, а при висока — нетърпимо го сгрява.
Голямата разлика между севера и юга се открива, когато вземем цялото количество от топлина, която се донася от слънчевите лъчи през течение на годината. На юг то е значително по-голямо, отколкото на север. Но увеличаването на това количество не влияе на самия процес на разлагане въгледвуокис в растенията и на усвояването на въглерода. Годишното количество топлина оказва влияние на растението само чрез изменение на топлинните условия. Увеличаването на топлината, която донасят слънчевите лъчи в течение на годината, се отразява на климата, като средната годишна температура се повишава към юг. Топлинните условия определят продължителността на времето, през което е възможен живота на растенията. На север то е значително по-кратко, отколкото на юг. Въпроса за това, може ли или не може едно растение да вирее на едно или друго място на земята, се решава преди всичко в зависимост от топлинните условия.
А как стои работата с качествения състав на светлината ? Узнава се, че лъчите от видимата част на слънчевия спектър, т. е. тези лъчи, които предизвикват разлагане на въглеродния двуокис в растенията, се отличават с най-голямо постоянство.
Спектърът на слънчевия лъч се оказва практически еднакъв както в Арахангелск, така и в Батум.
Качественият състав на слънчевите лъчи и тяхната сила са подложени на значително по-малки изменения, отколкото всички другиусловия в живота на растенията (почва, климат и т. н.). Ако при това, вземем под внимание, че приизлишък от светлина и при високи температури наоколния въздух процесът за разлагане навъглеродниядвуокисв растението значително отслабва, то ще стане още по-очевидно, че условията за осигуряване растенията със светлина, необходима за разлагане на въглеродния двуокис, се изменят от север към юг съвсем незначително или остават практически постоянни. В тази малка изменчивост на качествения състав на слънчевите лъчи, в относителното им постоянство както на север, така и на юг, ние намираме отговор на въпроса: защо растенията са навсякъде зелена, защо като се отличават едно от друго по много свойства, навсякъде притежават зелен цвят и навсякъде този цвят се дължи на вещество с един и същ състав (хлорофил).
Правотата на изложените изводи се потвърждава също и от това, че растенията, които произлизат от най-южните страни могат да растат, в което и да е място на земното кълбо, в това число и на север, ако там им се създадат необходимите топлинни условия. Палми, банани, лимони, портокали и други южни растения виреят, дават плодове и в Ленинград, и в Арахангелск, ако се поставят в топли оранжерии. Южните растения, пренесени на север, не се нуждаят от някакви изкуствени изменения на светлината: за техния растеж и развитие са еднакво пригодни и светлината на северния Арахангелск и светлината на горещия юг. Може би, само плодовете на север няма да бъдат така сладки и ароматни, както на юг, но И. В. Мичурин показа, че чрез селекция може да се отстрани и тази разлика.
Но както на юг, така и на север, различните растения живеят при различни условия на осветление. Високите дървета в горите се осветяват повече, отколкото храстите, които растат под тях. Различните тревисти растения пък, които растат под храстите, се осветяват по-слабо, отколкото самите храсти. Даже на едно и също дърво листата на върха и листата на долните клони не се осветяват еднакво: първите се осветяват по-силно, вторите — по-слабо. Към такива различия в осветлението, растенията се приспособяват чрез изменение количеството на хлорофила в зелените части.
Всички растения се разделят грубо на две групи: на светлолюбиви и на сенкоиздържливи. Растенията от всяка група различно се отнасят към светлината 1 съдържат различно количество хлорофил у светлолюбивите растения хлорофилът в листата е по-малко отколкото у сенкоиздържливите. На едно и също дърво, в листата на долните клони има повече хлорофил, отколкото в листата на връхните клони, А колкото повече хлорофил има в листата, толкова по-пълно се поглъща от тях слънчевата светлина.
Но разделянето на растенията на светлолюбиви и сенкоиздържливи е условно. Едно и също растение може да се отнесе към едната или към другата група, в зависимост от условията на израстването, от възрастта и т, н. Например брезата се отнася към светлолюбивите растения, но младите едно-двугодишни брезички страдат от силната пряка светлина и се нуждаят от засенчване. Някои растения, които се крият в сянка в по-южните предели, към север, с понижаване на температурите, излизат на открита места и лесно понасят преките слънчеви лъчи.
Накрая, растенията на богата почва са най-често по-тъмно зелени, отколкото тези на бедни почви Заедно с това се променя и отношението на растенията към поглъщаната светлина. При всички подобни изменения, в отнасянето на растенията към светлината, се изменя и съдържанието на хлорофила в листата. Неговата багра обаче навсякъде остава една и съща — зелена, тъй като, в който и да е ъгъл на земното кълбо, хлорофилът изпълнява една и съща роля. Вълните на червената светлина, като въздействуват на хлорофила пораждат вечно нова сила, която движи целия живот на растенията, а чрез тях и целия органически живот на нашата земя.