Ионы металла в растениях

Оценивались только полные, подробные и законченные версии. В случае хорошо аргументированной и подробно изложенной верной версии участнику присуждали 2 б.; верную, но недостаточно детально обоснованную версию оценивали на 1 б. За версию, в которой не содержалось объяснения описанного явления (например, «металлы нужны для жесткости растения», «калий помогает росту корня»), ставилось 0 баллов. За версию, в которой содержалась биологическая ошибка (например, «ионы металлов улавливают свет для фотосинтеза и передают его растению»), ставилось 0 баллов. За верное предположение, содержащее в обосновании биологическую ошибку, также ставилось 0 баллов.

Максимальное количество баллов за задание – 16.

Версии, за которые можно было получить 2 балла:

1. Защита. Повышенное содержание ионов металлов может предотвращать поедание растений фитофагами, изменяя органолептические свойства растения или даже придавая ему ядовитые свойства.

К этому же пункту относилось упоминание, например, кристаллов оксалата кальция и других солей металлов, откладывающихся в разнообразных частях растений.

2. Привлечение опылителей и распространителей семян. Известно, что некоторые ионы металлов, связываясь с антоцианами, способны изменять их цвет, а, следовательно, и окраску цветов и плодов, в которых они присутствуют, тем самым вначале способствуя опылению цветка, а затем распространению образовавшегося плода.

Сюда же относили версию о полезных свойствах плодов для животных, намеренно употребляющих плоды, содержащие, например, соли витаминов и т.п., и способствующих их распространению. Версия с цианокобаламином (витамин В12) не засчитывалась, так как этот витамин не синтезируется в растениях.

3. Фотосинтез. В хлоренхиме и других тканях, осуществляющих активный фотосинтез, будет повышено содержание хлорофиллов, а, соответственно, и магния. Версии, в которых вместо магния хлорофиллу приписывалось наличие цинка, железа, протонов и т.п., не засчитывались.

4. Коферменты. Известно, что металлы способны выполнять роль коферментов для ряда разнообразных ферментов. Например, в состав карбоангидразы, катализирующей гидратацию углекислого газа и присутствующей в больших количествах в хлоропластах, входит цинк, поэтому содержание этого металла в фотосинтезирующих тканях будет выше.

5. Передача сигнала. Многие движения растений (адаптивные и защитные), как и у животных, сопряжены с изменением мембранного потенциала. Например, в 2022 году было установлено, что мимоза в ответ на прикосновение сворачивает листья по кальцийопосредованному механизму (https://doi.org/10.1038/s41467-022-34106-x).

6. Поддержание рН. Некоторые металлы способны образовывать нерастворимые соединения с остатками кислот, накапливающихся из-за неполного окисления углеводов, и тем самым поддерживать рН, предотвращая закисление внутренней среды и накапливаясь в тканях растения.

7. Геотропизм. Статоциты, обеспечивающие регуляцию направления роста отдельных органов растения, содержат статолиты, включающие сульфат бария. Таким образом, повышенное по сравнению с остальными частями растения содержание бария будет наблюдаться, например, в корневых чехликах.

8. Поддержание оптимальных условий для жизнедеятельности симбиотических организмов. Известно, что на корнях бобовых, а точнее, в их корневых волосках, могут развиваться симбиотические бактерии, которым для фиксации азота необходима анаэробная среда. Анаэробность поддерживается, в том числе, и за счет синтеза леггемоглобина – гемсодержащего белка, способного связывать кислород в симбиосомах. Таким образом, в корнях растений может наблюдаться повышенное содержание железа, входящего в состав гема леггемоглобина.

9. Газообмен. Калий участвует в регуляции размера устьичной щели, поэтому присутствует в повышенном количестве в замыкающих клетках устьиц.

10. Прорастание семян. Для начальных этапов прорастания семян необходимо поддержание высокого тургорного давления. Кроме того, в прорастающих семенах происходят интенсивные процессы биосинтеза структурных белков и ферментов, в частности содержащих различные ионы металлов в качестве кофакторов. Например, многие семена богаты натрием, калием и кальцием.

11. Произрастание на почвах с повышенным содержанием ионов металлов. Наличие белков и остатков кислот, способных связывать ионы металлов (в том числе токсичных), обуславливает возможность некоторых растений выживать в экологических нишах, непригодных для жизнедеятельности других видов. При этом с видами, неспособными расти на таких почвах, не нужно будет конкурировать за общие ресурсы.

12. Накопление металлов может также наблюдаться в местах пониженной плодородности почв, например, при их вымывании за пределы почвенного профиля после внесения удобрений. В таких случаях может наблюдаться накопление солей и комплексов металлов, которые по мере роста растения будут являться донорами дефицитных ионов.

13. Поддержание тургорного давления. Увеличение ионной силы и формирование градиента водного потенциала осуществляется, среди прочего, с использованием катионов металлов.

14. Минерализация клеточной стенки. Отвердение клеточной стенки, содержащей пектин или лигнин, происходит за счет связывания ионов металлов, поэтому они могут накапливаться в тканях, богатых этими полимерами.

Это исчерпывающий список правильных ответов, которые приведены в работах всех участников. Все остальные варианты ответов не засчитывались и не будут засчитаны в случае апелляции.