Взаимодействия и взаимосвязи в системе почва-растения всегда были одной из ключевых тем естествознания со времен античности. Наиболее ярко ее выразил В.И Вернадский в своей идее о «единстве живого и гумуса». Очевидную связь продуктивности растений с содержанием гумуса пытались объяснить еще алхимики. Отголоском этого явилась чисто умозрительная, простая и «красивая» теория «гумусового питания» растений. На деле связь гумусовых веществ (ГВ) с урожаем оказалась гораздо более многофакторной и сложной. И на одном из первых мест в этой связи стоит физиологическая стимуляция ГВ процессов метаболизма биоты.
С момента открытия физиологической активности (ФА) ГВ прошло уже более 100 лет и все это время ученые предпринимают пока безуспешные попытки разгадать механизм этого взаимодействия. На роль активных структур предлагались различные участки макромолекул ГВ, но ни одна из этих структур не дала четкой зависимости. Единственной из обнаруженных нами зависимостей, показавшая сравнительно высокий уровень корреляции (на уровне 0,86), оказалась связь ФА ГВ с концентрацией в их препаратах свободных радикалов.
Не утихают попытки объяснить явление ФА ГВ их проникновением внутрь клетки через цитоплазматическую мембрану (по сути, частичная реинкарнация «гумусовой» теории питания растений) и прямым включением ГВ в сложнейшие процессы биосинтеза внутри живой клетки. Однако, прямых доказательств этого маловероятного (хотя бы с точки зрения мембранного транспорта или цитоплазматического гомеостаза) процесса до сих пор нет. С нашей точки зрения наиболее вероятной является гипотеза мембранотропного действия ГВ, которые, сорбируясь на поверхности мембран, с одной стороны оптимизируют минеральное питание, стимулируют мембранный транспорт, а с другой – оказывают биопротекторное действие, защищая мембрану от ксенобиотиков и неблагоприятных воздействий.
В наших исследованиях мы изучали действие ГВ на одноклеточную водоросль Chlorella vulgaris. Методика опыта позволяет в каждом варианте одновременно оценивать фотосинтез и окислительную деструкцию (дыхание) в ее клетках. Результаты показали, что Chlorella vulgaris достаточно активно реагируют на присутствие ГВ в растворе, но ответ на физиологическое воздействие ГВ различается. Установленный нами факт, что ГК разных почв по-разному стимулируют фотосинтез и дыхание может говорить о том, что механизмов воздействия, по-видимому, не один, а как минимум два или несколько. Большинство препаратов ГК стимулируют в разных соотношениях и фотосинтез и дыхание, но есть и стимулирующие только фотосинтез или только дыхание. Причем ГК, выделенные из разных частей гумусового профиля чернозема карбонатно-мицеллярного, могут совершенно по-разному действовать на физиологические процессы Chlorella vulgaris.
Нами также проводились прямые микроскопические наблюдения за взаимодействием ГК с мембраной клеток Chlorella vulgaris. Оценка количества и размеров клеток методом прямого счета в камере Горяева показала значимый рост клеток в присутствии ГК, стимулирующих процесс фотосинтеза. В случае активной стимуляции окислительной деструкции рост клеток не обнаруживался.