Светоимпульсная стимуляция растений. - Шахов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
промежуточные продукты
К пониманию влияния импульсного света на растения мы должны подходить в первую очередь с точки зрения электронной теории взаимодействия света и вещества. Это взаимодействие, как известно, сводится к действию электрического поля световой волны на атомы и молекулы вещества. Так как частота переменного светового поля очень большая (10 14-10 15 гц ), то только очень малые по массе электрические заряды-
т
электроны могут следовать за изменением поля световой врл-ны. ИК-излучение, обладающее частотой 10*^ - 10^ гц, может взаимодействовать с более тяжелыми зарядами - ионами, протонами.
Поскольку электронная энергия играет основную роль почти во всех молекулярных явлениях, то именно здесь и следует искать первичный механизм вообще биоэнергетических процессов. Первичный механизм, связанный с поглощением молекулами фотонов импульсного света, также реализуется на электронном уровне.
Растительный объект (лист, семя, пыльца и т.д.), облученный высокоэнергетическим импульсным светом, становится системой с большим запасом электронной энергии. Другими словами, в нем больше сумма кинетической и потенциальной энергий взаимодействия электронов с электронами, электронов с ядрами и т.д. (Коулсон, 1965 ). Можно рассчитывать, что при сильном светоимпульсном облучении и высокой плотности возбужденных состояний происходит частичное высвечивание энергии, интенсивность которого определяется величиной импульсной нагрузки. Это предстоит выяснить. Но независимо от возможности высвечивания энергии знание особенностей возбужденных состояний молекул в клетках облучаемых растений должно иметь важное место в изучении первичного механизма светоимпульсного эффекта. Пока кроме некоторых наших данных о фотоиндуци рованном образовании неспаренных электронов' при действии фотоимпульсов на семена и растения ничего не известно о возбужденных состояниях при импульсном облучении концентрированным светом. Поэтому следует рассмотреть новейшие данные по обсуждаемому вопросу - возбужденным состояниям.
Качественные различия между основными и'возбужденными состояниями, по современным представлениям ( Malrieu, 1968), кратко можно свести к следующему. Электронное возбуждение делокализовано, в частности в сопряженных системах, в связи с чем учение о молекулярных орбиталях приобретает большое значение не только для объяснения свойств в основных со-
стояниях, но и крайне важно для объяснения свойств возбужденных состояний. Однако представление о возбужден if ых состояниях с точки зрения применения к ним языка молекулярных орбиталей имеет ряд специальных трудностей. Для понимания возбужденных состояний используются следующие приближения: 1) отдельного детерминанта волновых функций, построенных по молекулярным орбиталям основного состояния (приближения Хюккеля или самосогласованного поля), или специальные молекулярные орбитали (модификации приближения Хартри-Фока) ; 2) конфигурационных взаимодействий, изучаемых по вводимым возмущениям; 3) экситонных расчетов,т.с, учета взаимодействий локализованных экситонов. Стабильная конфигурация молекулы в возбужденном состоянии отлична от ее конфигурации в основном состоянии, что отражается на наблюдаемых физических (дипольный момент, колебательная структура спектральных полос, время жизни) и химических свойствах этих двух состояний.
В настоящее время благодаря импульсному методу исследования ядерного квадрупольного резонанса имеется возможность проследить закономерности изменений анизотропии электронного окружения атомов, участвующих в химически различных связях. С помощью этого метода и выявляемых им закономерностей подтверждаются теоретические представления о влиянии тонких эффектов анизотропии электронного окружения ато- v мов на их химические свойства. Однако исследования квадрупол^ ного резонанса еще не нашли приложения в области квантовой биохимии.
Интересны исследования возбужденного состояния нуклеиновых кислот ( Eisinger9 1968), Здесь важно знать .каковы пути расходования энергии возбуждения молекул ДНК; насколько синглетное и триплетное возбужденные состояния ДНК сравнимы с соответствующими состояниями составляющих ее нуклеотидов; какие различия можно ожидать в свойствах возбужденных состояний нуклеиновых кислот по измерению при низкой температуре в твердых стеклах по сравнению с их обычным физиологическим окружением ; насколько важна миграция энергии между основаниями в ДНК. Автор считает, что самыми нижними синглетными состояниями в ДНК являются эксимерные (с Участием, вероятно, аденина и тимина), а самыми нижними триплетными состояниями являются триплеты тимина; сущест-Ве*ша миграция энергии на очень короткие расстояния, охватывающие лишь несколько оснований.
Световая энергия сообщается электронной системе молеку-Лы почти всегда в количествах, которые значительно превыша-Ют энергии активации обычных* химических реакций, протекающих между молекулами. Известно, насколько важна роль воз-
бужденных состояний в фотохимических преобразованиях, В настоящее время рассматривается в рамках теории молекулярных орбиталей корреляция между структурой электронно-возбужденных состояний и вероятностью того или иного пути фотореакции ( Zimmerman, 196S), Имеются расчеты, которые показывают, на какой стадии фотореакции происходит потеря энергии электронного возбуждения; получены данные о непрерывности процесса перераспределения электронной плотности в ходе фотореакции.
