длина волны уменьшается. Человеческий глаз воспринимает лишь небольшую часть электромагнитных волн. Непосредственно перед красными лучами лежит зона инфракрасного излучения, а за фиолетовыми — ультрафиолетового.

В живых хлоропластах хлорофилл находится в связанном с белками состоянии. Опыты по изучению свойств фотоактивных пигментов проводились при выделении их из природного материала и растворении в органических растворителях. Любое химическое вещество поглощает лучи определенных длин волн из видимых и невидимых участков спектра. Как видно на графике спектров поглощения, хлорофилл а имеет максимум поглощения при длине волн 420 и 660 нанометров (нм), хлорофилл b — 435 и 643 нм, сс-каротин — 470 им.

В отношении не выделенного in vitro хлорофилла существует мнение, что это комплекс зеленых пигментов, компоненты которого имеют различные максимумы поглощения в дальних и ближних красных лучах при длинах волн 670, 685, 705 и 720 нм.

Зеленое растение при попадании на него солнечного света отражает прежде всего зеленые лучи и поглощает более всего красные. Максимальное поглощение квантов энергии, переносимых красными лучами, приходится на утренние и вечерние часы, когда доля красных лучей в спектре  увеличивается (красные лучи при прохождении через атмосферу меньше преломляются и рассеиваются, чем другие).

На широте Москвы процентное соотношение лучей в спектре солнечного света следующее:

Область оптического излучения   (нм)

Высота солнца над горизонтом (град)

0,5

10

30

50

90

ультрафиолетовая    (295 — 380)

0

1,0

2,7

3,2

4,7

видимая         (380 — 780)

31,2

41,0

43,7

43,9

45,3

в том числе:

фиолетовая    (380 — 430)

0

0,8

3,8

4,5

5,4

синяя              (430 — 490)

0

4,6

7,8

8,2

9,0

зеленая           (490 — 570)

1,7

5,9

8,8

9,2

9,2

желтая            (570 — 600)

4,1

10,0

9,8

9,7

10,1

красная          (600 — 780)

25,4

19,7

13,5

12,2

11,5

инфракрасная  (780 — 1100)

68,8

58,0

53,6

52,9

50,0

Рис. 39. Спектры поглощения хлорофилла а (1),

хлорофилла b (2) и каротиноидов (3) (по С.И.Лебедеву).

Высоко в горах, где воздух более разрежен и ниже степень преломления, короткие волны не рассеиваются в такой степени, как внизу, на равнине. Поэтому солнечная энергия для фотосинтетических процессов воспринимается растениями и на сине-фиолетовых лучах. У Neochilenia sp.sp., Pyrrhocactus sp.sp. и т.п. в хлоропластах увеличилось содержание каротина и ксантофилла — оранжево-желтых пигментов. Вместе с зеленым хлорофиллом они придают стеблю буроватый цвет.

Кроме фотосинтетического, т.е. образования из углекислого газа и воды органических соединений, свет оказывает и другие воздействия. Это деление и растяжение клеток, прорастание семян и т.п. процессы.

В 1872 году  Ю.Сакс обнаружил, что рост стебля замедляется в период интенсивного света и  назвал это явление световое торможение. Позднее Колебс в своих опытах наблюдал, что синие и фиолетовые лучи стимулируют клеточное деление, но задерживают растяжение клеток (вот почему горные растения имеют укороченный стебель, т.к. в этих условиях в солнечном спектре возрастает доля синих и фиолетовых лучей). При освещении красными лучами наблюдается усиленное растяжение клеток. Зеленый свет и темнота вызывают этиоляцию.

Несомненно, для того чтобы свет оказал свое физиологическое действие, он должен быть поглощен каким-либо веществом. Американские ученые Бортвик и Хендрикс открыли в конце 40-х годов существование такого вещества, изучая механизм действия света на прорастание семян  салата-латука. Они назвали его фитохром (ФХ).

Автор провел серию подобных опытов на семенах различных видов Gymnocalycium sp.sp., Mammillaria sp.sp., Parodia sp.sp. и Astrophytum sp.sp. и получил почти

аналогичные результаты, что говорит об универсальности открытия Бортвика и Хендрикса. Во всех опытах при незначительных цифровых различиях было получено доказательство того, что наиболее быстрое прорастание семян происходило при облучении их красным светом с длиной волны 660 нм. При облучении синим светом семена проклевывались несколько интенсивнее по сравнению с контролем, а при зеленом и дальнем красном свете (длина волны 730 нм) прорастали очень медленно и долго. Причем в случае чередования цветов объект исследования отвечал на последнее облучение.

В таблице приведены усредненные данные по всем экспериментам при облучении семян кактусов (42 вида) красным (К) и дальним красным (ДК) светом:

темнота

0% прорастания

К

45%

к + дк

0%

К + ДК + К

69%

К + ДК + К + ДК

6%

к+дк+к+дк+к

75%

К + ДК + К + ДК + К + ДК

7%

к+дк+к+дк+к+дк+к

89%

Бортвик и Хендрикс пришли к заключению, что в семенах существует пигмент, который обладает максимумом поглощения в красных (660 нм) и минимумом в дальних красных (730 нм) лучах и что этот пигмент способен к фотообратимости. Красный свет превращает пигмент в физиологически активную форму (ФХ 730), а дальний красный — в физиологически неактивную форму (ФХ 660):

Они же показали, что достаточно облучить культуру ткани красным светом в течение пяти минут, чтобы обеспечить растяжение клеток в течение 2-х часов.

Фитохром универсален: он регулирует дифференциацию тканей и органов, разного рода ростовые реакции, движения, метаболизм и фотопериодическую активность. Достаточно лишь 50 %  активной формы фитохрома, для того чтобы началось растяжение клеток.

В спектре солнечного света лучей с длиной волны 660 нм и 730 нм содержится примерно в одинаковом количестве. Однако ФХ 730 неустойчив и легко разрушается на свету. В темноте период его распада длится около четырех часов.

Опираясь на то, что у кактусов, как у растений с С4-типом метаболизма, на свету запасается энергия в виде химических связей, и что чрезмерная концентрация вновь синтезированных органических веществ в клетке оказывает отрицательное влияние на ход фотосинтеза, возникает потребность, с одной стороны, быстрейшего вывода этих веществ из клетки, и, с другой — - повышения содержания двуокиси углерода в паренхимной ткани.