Біологічна роль та агрономічне значення вуглеводів у життєдіяльності рослин

Вуглеводи — найважливіший елемент життєдіяльності рослин, що визначає їхню міцність, стійкість до несприятливих факторів та енергетичний баланс. У практичній агрономії вуглеводний обмін прямо впливає на стійкість посівів до вилягання, посухи та патогенів. Від того, наскільки ефективно рослина синтезує і розподіляє цукри, залежить підсумкова урожайність і якість продукції.

У живих організмах вуглеводи виконують шість ключових функцій:

• енергетичну;
• пластичну;
• захисну;
• опорну;
• регуляторну;
• запасну.

Енергетична і пластична ролі вуглеводів нерозривно пов'язані з ростом культур. Окислюючись у процесі дихання, вони вивільняють приховану хімічну енергію і забезпечують більшу частину потреб організму. Як пластичний матеріал вуглеводи необхідні для біосинтезу органічних і нуклеїнових кислот, з яких потім будуються білки, амінокислоти та ліпіди. Вони також використовуються для синтезу гомо- і гетерополісахаридів — обов'язкових структурних компонентів сполучних тканин (наприклад, мукополісахаридів).

Захисні та опорні властивості вуглеводів формують фізичний бар'єр проти агресивних факторів зовнішнього середовища. Вони беруть участь у побудові зовнішнього скелета комах і ракоподібних, утворюють основу клітинних стінок рослин і клітинних мембран всіх живих організмів. Саме міцний целюлозний остов забезпечує стійкість стебел до вилягання під вітровим навантаженням. У тварин і людини вуглеводи в комплексі з білками входять до складу хрящових тканин (хондроїтинсульфати), а в печінці глюкуронова кислота зв'язує токсини, переводячи їх у розчинні ефіри для виведення із сечею.

Регуляція водного режиму та накопичення вуглеводів у тканинах

У регулюванні життєдіяльності рослин вуглеводи працюють як швидкі диспетчери. Взаємні перетворення крохмалю та цукрів у замикальних клітинах продихів керують їхнім відкриттям і закриттям, контролюючи транспірацію. Моносахариди активно беруть участь у регуляції осмотичних процесів, допомагаючи клітинам утримувати воду під час посухи. На клітинному рівні вуглеводні мітки на мембранах дозволяють організму відрізняти свої клітини від чужих, а самі цукри входять до складу нуклеїнових кислот, що відповідають за передачу спадкової інформації. У тварин вони запобігають накопиченню кетонових тіл при окисленні жирів (при збої цього процесу, наприклад при цукровому діабеті, розвивається ацидоз), а клітковина механічно стимулює перистальтику кишечника.

Запасна функція дозволяє рослинам накопичувати резерви у вигляді крохмалю, інуліну та фруктозанів. У процесі фотосинтезу в хлоропластах утворюється первинний крохмаль, який потім перетворюється на цукри для транспортування по тканинах. У лейкопластах органів накопичення ці цукри знову переходять у вторинний крохмаль. Для рослин родини Айстрові головною резервною речовиною служить інулін, що замінює крохмаль.

Інулін накопичується в підземних органах і міститься у великих кількостях у бульбах земляної груші та жоржини, в корінні кульбаби, кок-сагизу, цикорію й артишоку, а також у всіх частинах каучуконосної гваюли (Parthenium argentatum). Він знаходиться в клітинному соку у вигляді колоїдного розчину і при взаємодії зі спиртом випадає у сферокристали. У процесі гідролізу інуліну утворюється фруктоза за такою реакцією:

(С6Н10О5)n + nH2O = nC6H12O6

Тварини і людина запасають вуглеводи у формі глікогену, який накопичується переважно в печінці. В організмі тварини, що регулярно харчується, його вміст може досягати 10% від маси тканини. При голодуванні цей запас швидко витрачається, і його концентрація знижується до 0,2%.