Вода необходима для нормального функционирования любой клетки или ткани. Она входит в состав углеводов, белков и других соединений, служащих материалом для построения оболочек и протопласта растительных клеток. Вода принимает самое активное участие во многих процессах. обмена веществ «... нельзя говорить о белках, нуклеиновых кислотах или нуклеопротеидах и о воде так, как если бы это были две различные системы. Они образуют единую систему, которую нельзя разделить на компоненты без разрушения ее сущности» (А. Сент-Дьердьи, 1964). Поэтому при рассмотрении любых физиолого-биохимических процессов растительного организма, в том числе и тех, которые обусловливают устойчивость к низким температурам, очень важно уделять внимание вопросам водообмена.
Вода состоит из полярных молекул, образующих определенную структуру, сходную со строением кристаллической решетки. Независимо от того, в каком состоянии находится вода (в твердом или жидком) ее структура в основном определяется образованием водородных связей между соседними молекулами.
Изучение оводненности коллоидов привело к созданию представления об адсорбции воды, о существовании так называемой связанной воды. Связанная вода, или вода, которая удерживается биоколлоидами, отличается рядом свойств: она не является растворителем, трудно замерзает, находится под большим сжатием. Однако однозначное, поддающееся физическому определению разграничение свободной и связанной воды невозможно. Понятие связанной воды следует рассматривать только условно: это та вода, которая при выжимании сока нз растительной ткани под давлением определенной силы все еще остается в ткани, или вода, не переходящая в лед при определенной температуре (обычно при —20°), или, наконец, вода, остающаяся в растительной ткани при высушивании в эксикаторе и выделяющаяся лишь при высушивании ткани в сушильном шкафу (Р. Библь, 1965).
Общепринято, что наличие связанной воды определяет агрегативную устойчивость биоколлоидов растений, а свободная вода определяет активность физиологических процессов. При изучении вопросов водного режима в связи с морозостойкостью было отмечено, что многие из морозостойких растений содержат несколько больше связанной воды в тканях.
Виноградное растение обладает ярко выраженной способностью изменять водообмен при воздействии низких температур. Рассмотрим показатели водного режима в органах и тканях виноградной лозы при изменении температуры и в течение вегетации. По содержанию общей влаги в листьях (оводненности) морозостойкие сорта мало отличаются от неморозостойких. Общее количество воды в листьях винограда за вегетацию составляет 65— 75% сырого вещества. В молодых листьях воды больше, чем в старых. За вегетацию содержание связанной и свободной воды в листьях колеблется: в начале периода в листьях морозостойких сортов связанной воды больше, чем у неморозостойких. Затем этот показатель одинаков у разных по морозостойкости сортов, а в конце вегетации количество связанной воды резко возрастает в листьях неморозостойких сортов.
Одним из основных показателей водного режима является способность органов и тканей удерживать воду. Этот показатель тесно связан с важнейшими биологическими свойствами растений. Определение водоудерживающей способности листьев в течение вегетации показало различия между морозостойкими и неморозостойкими сортами (В. А. Шерер и др., 1972). Листья морозостойких сортов (РипарияХРупестрис 101-14) обладают меньшей водоудерживающей способностью, чем неморозостойких (Карабурну и Алиготе). Особенно четко эти различия проявляются в начале вегетации. С возрастом, к концу вегетации, водоудерживающая способность листьев РипарияХРупестрис 101-14 возрастает, а у Алиготе и Карабурну значительно уменьшается.
Водоудерживающая способность растений, по мнению одних исследователей, определяется морфологическими особенностями и анатомическим строением листьев; по мнению других — она зависит от характера обмена вещества и физико-химического состояния протоплазмы. Мы считаем, что определяющим фактором является физико-химическое состояние высокомолекулярных компонентов протоплазмы.
Содержание общей влаги в осенне-зимний период в одревесневших однолетних побегах виноградной лозы всех изучаемых сортов примерно одинаково и составляет 45—55% сырого вещества; с понижением температуры в зимний период оно уменьшается.
Содержание связанной воды в побегах в течение осенне-зимнего периода претерпевает большие изменения, которые коррелируют с изменениями температуры. Количество связанной воды, как правило, увеличивается, если температура понижается постепенно и равномерно. При резком снижении температуры мы всегда наблюдали резкое уменьшение количества связанной воды, сменяющееся в дальнейшем ее увеличением. Морозостойкие сорта Рипария × Рупестрис 101-14 и Северный быстрее отвечают на изменение температуры изменением содержания связанной воды в однолетних побегах по сравнению с неморозостойкими Алиготе и Карабурну. С повышением температуры в весенние месяцы количество связанной воды в побегах виноградной лозы всех изучаемых сортов уменьшается.
Такой общий характер изменения содержания связанной воды в однолетних побегах виноградной лозы. Но различные сорта винограда не всегда ведут себя одинаково относительно связанной воды в зимний период. Например, в зиму 1963/64 г. в побегах сорта Северный было значительно меньше связанной воды, чем у Рипария × Рупестрис 101-14, и по характеру изменения последней Северный больше подходит к неустойчивому сорту Карабурну, а Алиготе — к Рипария × Рупестрис 101-14. Содержание связанной воды может быть лишь одним из многих косвенных показателей, характеризующих процессы перестройки и устойчивость тканей виноградной лозы к низким температурам. У различных по происхождению и устойчивости сортов механизмы устойчивости могут быть разными. Это и сказывается на том, что у Северного и Рипария × Рупестрис 101-14, как и у неустойчивых к морозу Карабурну и Алиготе, характер изменения количества связанной воды неодинаков.
Водоудерживающая способность зеленых побегов в течение вегетации изменяется незначительно, причем у морозостойких сортов этот показатель
выше, чем у неморозостойких. Определение гидрофильности коллоидов листьев показало, что к концу вегетации в них образуются высокомолекулярные вещества с большей устойчивостью к коагуляции: процесс образования таких веществ преобладает у морозостойких сортов.
Учет потерь воды во времени, который позволяет судить о наличии прочно- или слабосвязанной воды, подтверждает наше предположение. Так, содержание прочносвязанной воды в начале вегетации несколько выше в листьях неморозостойких сортов, а к концу вегетации оно возрастает в листьях морозостойких, т. е. последние обладают более высокой водоудерживающей способностью.
Количество влаги в зеленых побегах винограда достаточно высокое — 65—80%. При этом характерно уменьшение влаги к концу вегетации в побегах всех сортов — и устойчивых, и неустойчивых к морозу. Вместе с тем к концу вегетации в зеленых побегах значительно уменьшается водоудерживающая способность, причем у морозостойких сортов эти изменения более выражены. Содержание связанной воды в зеленых побегах винограда в течение вегетации различное, но и в этом случае необходимо отметить, что в побегах морозостойких сортов ее больше, чем у неморозостойких.
Коллоидная система протоплазмы тканей побегов винограда наименее устойчива в середине вегетации, особенно у Рипария ХРупестрис 101-14. С началом одревеснения устойчивость коллоидной системы значительно возрастает в побегах морозостойких сортов, о чем свидетельствует резкое уменьшение зоны частичной коагуляции и увеличение зоны помутнения на коагулограммах. Устойчивость коллоидной системы у неморозостойких сортов увеличивается в меньшей степени.
Изменяется не только количество белков, но и их качественный состав и свойства. Об этих изменениях свидетельствуют электрофореграммы белков винограда в полиакриламидном геле, полученные нами в УНИИВиВ им. В. Е. Таирова (В. А. Шерер, 1972). В период интенсивного роста, закладки урожая и его созревания количество фракций белков наибольшее у неморозостойкого сорта Карабурну. В побегах сортов Алиготе, Северный и Рипария × Рупестрис 101-14 содержание фракций, отмеченных на электрофореграммах, меньше. Самой малой электрофоретической подвижностью отличаются белки, выделенные из побегов сортов Северный и Рипария × Рупестрис 101-14. Во время вызревания побегов и в период низких температур количество фракций белков и их электрофоретическая подвижность значительно уменьшаются.
Характеризуя белковый обмен в побегах виноградной лозы, нельзя не остановиться на прочности связей молекул белка с другими компонентами протоплазмы. Известно, что все клеточные структуры живых клеток построены из макромолекул, из которых одна всегда белок; митохондрии — из белка и липоидов, рибосомы — из белка и рибосомальной РНК, хроматин ядра — из белка, ДНК и липоидов и т. д. Проведенные нами эксперименты с извлечением из тканей белков экстрагентами разной силы (трис-буфер, слабая щелочь и этиленхлоргидрин) показали, что прочность связи молекул белков с другими макромолекулами в тканях побегов морозостойкого сорта значительно выше, чем у неморозостойкого. В период вегетации белки подвижны и хорошо экстрагируются слабыми растворителями. Прочность их связи с другими компонентами протоплазмы значительно увеличивается в осенний период и особенно у морозостойких сортов.
Дополнительные исследования показали, что в зимний период в составе общего белка морозостойких сортов значительно уменьшается фракция легкорастворимых белков. Так, у сорта Рипария х Рупестрис 101-14 легкорастворимые белки в феврале 1069 г. составили около 37 % общего количества белков, у Карабурну — более 80, а в 1970 г.— соответственно 28 и 51 %.
Приведенные выше изменения в количестве и свойствах белков виноградной лозы являются отражением приспособительных изменений структуры и свойств протоплазмы клеток к изменениям условий среды.
