Фотосинтез – наше все!

"Вино рождается на винограднике!"

Эту фразу - аксиому не нужно доказывать, ею обычно объясняют появление и великих, и самых заурядных вин. Однако, мне хочется отнести это утверждение в разряд теорем и заняться поисками доказательств. Все, на что мы ссылаемся при оценке терруаров - почвы, экспозиция, влага, температура, высота над уровнем моря и прочее - это лишь производные, необходимые для прохождения самого великого процесса на Земле под названием фотосинтез.

 

В сложных и удивительно "красивых" реакциях фотосинтеза энергия Солнца используется для создания химических связей между атомами углерода, кислорода и водорода. В результате, образуются органические соединения, которые служат "топливом" для всех существ на Земле - от бактерий до человека.

 

Солнце - гори!

Весьма затруднительно представить себе величие и мощь термоядерных реакций, происходящих на Солнце. Жизнь на нашей планете существует только благодаря электромагнитной энергии этой звезды — энергии тепла и света. Рентгеновские и радиоволны, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение мы не видим, только ощущаем их последствия, а волны в видимом диапазоне раскрашивают наш мир всеми цветами радуги - наше зрение способно это оценить. Энергию видимого света несут фотоны. Они отрываются от Солнца и отправляются в путешествие по Вселенной. Мизерная их часть попадает на Землю. И главная задача земных существ поглотить, использовать эту бесценную энергию для собственных нужд. Тепловой энергией умеют пользоваться все и животные и растения. А зафиксировать световую энергию фотонов могут только растения и некоторые очень древние бактерии.

 

Основной биологический смысл этих процессов: сохранить и направить фотоэнергию для разрыва химических связей в молекулах воды и СО2, и использовать ее для образования новых связей между атомами углерода, кислорода и водорода.  В результате заново образовавшихся союзов появляются самые разнообразные органические соединения, в том числе, главные действующие лица в будущем вине - сахара, источники спиртов.

 

Почему хлорофилл зеленый?

Молекулы, с которых все начинается, и которые умеют обращаться с солнечной энергией, используя ее на благо всего живого - знаменитое семейство хлорофиллов. У них есть помощники - каротиноиды (каротины и ксантофиллы). Эти пигменты общими силами способны улавливать свет практически в любой области видимого спектра - от 400 до 750 нм.

 

Хлорофиллы, как ни странно это звучит, переходят в рабочее состояние при воздействии синего и красного света (рис. 1). А зеленую область они не используют, этот свет лишь отражается, и мы его улавливаем. Поэтому, хлорофиллы для наших глаз - зеленые.

 

Ультрафиолет или как лозе защитить себя и будущее потомство?

Интересно, что синяя область спектра - ее более коротковолновая часть, интенсивнее выражена в горах и на восходе солнца. Совсем рядом находится коварное ультрафиолетовое излучение - кто катался на лыжах в горах, наверняка почувствовал это на себе! Ультрафиолет разрушительно влияет на все живое, в том числе на семена ягоды, что может вызвать нежелательные мутации. Поэтому, в процессе эволюции у лозы выработалась оборонительная реакция: усиленный синтез защитных веществ - полифенолов. И в их числе  - антоцианов, которые дарят будущему вину красивое "платье".

 

Они вырабатываются в клеточках кожицы и, как экран, закрывают зародыш будущего растения. А мы, зная это, и сажая виноград в высокогорье, получаем более окрашенные вина. Похожий, но менее выраженный эффект можно получить и на равнине - удаляя листья с восточной стороны, и подставляя ягоды утреннему "синему" солнцу.

 

Каротиноиды - вопрос в количестве

Кроме хлорофиллов, в фотосинтезе принимают участие каротиноиды - защитники от излишнего и слишком активного солнечного излучения. Они "отлавливают" - гасят избыток энергии и нейтрализуют окислители. У каротинов есть и другая функция - они образуют своеобразную сеть из молекул - «антенны» для улавливания фотонов и передачи их энергии на молекулы хлорофиллов. Работают каротиноиды в коротковолновой зоне сине-зеленого света. Это очень проблемная зона - короче длина волн и разрушительнее энергия.

 

Ягоды красных сортов способны строить защитный цветной экран от слишком яркого солнечного света. А вот "северные белые мишки", например, Рислинг, такими обширными возможностями не обладают и защищаются, как могут. И если виноградник расположен в местности с высоким уровнем солнечной активности, например, на Южном острове Новой Зеландии, то в кожице мы получим повышенное, не свойственное этому сорту, содержание защитников - каротиноидов, потому что другой защиты в виде антоцианов у него нет.

 

В процессе винификации и выдержки, в кислой среде вина, каротиноиды начнут разрушаться с образованием 1,1,6-trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) и danascenone. Первое вещество - "нефтяные" тона, а второе дает более деликатный «аромат дамасской розы».

 

У северных Рислингов, этих веществ не так много, даже если год был хорошим. Поэтому, эти тона появляются не сразу, а только при выдержке, и являются показателем качественно вызревшего Рислинга. А в Новой Зеландии, где нет недостатка в ясных безоблачных днях, яркий бензольный тон присутствует даже у молодых винных представителей.

 

Углекислый газ и вода - от простого к сложному

Но, вернусь к самому процессу фотосинтеза. Одна из главных реакций - фотолиз воды, процесс при котором рвутся химические связи в молекуле, и для этого используется энергия Солнца (рис. 2). Водород при этом участвует в синтезе органических соединений, а кислород будет выделяться в окружающую среду. В данный момент он нежеланный гость в растительной ткани.

 

Следующий этап: фиксация углекислого газа из воздуха и использование составных частей этой молекулы для дальнейшего синтеза сахаров.

 

Виноградный лист кажется плотным и непроницаемым, и возникает вопрос: "Как клетки листа получают углекислый газ, и как им удается избавляться от жесткого окислителя - кислорода?"

 

Учет и контроль

Оказывается, на поверхности листа есть особые "дверки" - устьица. Через них внутрь поступает СО2, а наружу - ненужный кислород и пары воды. Частичная потеря воды - запрограммированная неизбежная трата, связанная с охлаждением листа, с транспортом минеральных веществ из почвы. Лишь небольшая ее часть тратится в реакциях фотосинтеза. Пока воды в почве хватает, "замок" устьиц открыт, и газообмен осуществляется без проблем, а значит и фотосинтез работает без перебоев. Но если наступила сушь, подул сильный ветер и лозе приходится экономить влагу - "ларчик" закрывается. Замыкающие клетки устьиц плотно смыкаются, причем очень быстро, иногда за 10-15 минут (рис. 3)!

 

Но тогда перестает поступать "топливо" для процессов фотосинтеза: единственный источник углерода - углекислый газ. И наступает пауза - растение расходует то, что синтезировало, на собственные нужды, а процесс транспортировки сахаров из листьев в ягоды прерывается.

 

То есть, в сильную жару при отсутствии влаги, нарушается процесс созревания ягод и тем самым удлиняется нормальный, положенный для данного сорта, вегетационный период.

 

Если климатические условия осени не позволят отложить дату уборки урожая, и компенсировать потерянные дни, мы не получим желаемую полифенольную зрелость.

 

В лучшем случае, накопится, достаточный уровень сахаров, но танины останутся "зелеными" и никакие технологические ухищрения не помогут. А в худшем случае, в вине будет низкий алкоголь, травянистые тона в аромате и во вкусе, и еще — извращенная, неприятная, режущая кислотность.

 

«Вроде бы жарко было! Но виноград не вызрел!», - эта ситуация часто встречается в ветреных, засушливых и знойных районах. А если там еще и солончаки, которые так не любит виноград......

 

Мал золотник, но как дорог!

Действительно, почвы очень важны для правильного течения фотосинтеза, а значит для правильного вызревания винограда (рис. 4).

 

В центре молекулы хлорофилла находится атом магния. Вспомните, с какой гордостью владельцы виноградников упоминают о том, что у них в почве достаточное количество этого элемента. Во многом, это залог того, что хлорофилла в клетках будет достаточно, и солнечная энергия сможет фиксироваться листом. В противном случае наступит дефицит хлорофилла - хлороз, дающий желтые немощные листья, которые никогда не обеспечат правильное развитие ягоды (рис. 5).

 

Конечно, не магнием единым....

Фотосинтез объединяет бесчисленное количество биохимических реакций, и прохождение каждой из них обеспечивают ферментные системы - биологические катализаторы. В состав ферментов очень часто входят микроэлементы. Поэтому, и ценят не "тучные", богатые органическими остатками почвы, а "бедные" на которых лоза находится в постоянном поиске пищи. При этом она "растет над собой", совершенствуется, удлиняется ее корневая система, а значит больше вероятность получить полный набор микроэлементов, если конечно, повезло с терруаром.

 

Рисунок 5. Хлороз

у винограда

Чем большее количество ферментных систем сможет работать, тем разнообразнее будет палитра химических соединений в сусле и в вине, и тем больше вероятность, что вино сможет правильно и красиво развиваться при выдержке.

 

Ферменты – «примадонны» биохимии и требуют особого отношения

Ферментные системы - сложные и довольно капризные сообщества. Каждый вид работает на своих субстратах, при определенной кислотности или щелочности среды, и конечно, очень большое значение имеет температура. Известно, что виноградная лоза сформировалась в условиях относительно теплого климата, и у нее нет таких же защитных приспособлений, как, например, у высокогорных растений. Они умудряются цвести весной, при ночных температурах ниже минус 10-15 градусов! Лоза - не альпийский цветок! Полноценно процессы метаболизма в ней начинают идти только после 10 градусов по Цельсию. Причем, скорость ферментационных реакций будет возрастать вдвое при повышении температуры на следующие 10 градусов.

Все температурные индексы, которые были придуманы для оценки климатических особенностей терруара, привязаны к этой магической цифре "+ 10 градусов".

 

Только при этих условиях  начинают полноценно работать ферментные системы фотосинтеза. Самая комфортная температура для роста – около 25 градусов. В жару, после 30-35 градусов, постепенно наступает затишье. Лоза бережет силы и тратит их на снижение собственной температуры, на борьбу с излишней инсоляцией. А после 40 градусов фотосинтез совсем прекращается.

 

Не все золото, что блестит!

Индекс "сумма активных температур", которым часто пользуются у нас в стране при оценке климатических перспектив для конкретных сортов, не учитывает эту паузу.

Среднеарифметическая сумма может "прятать" летнюю экстремальную жару за низкими температурами холодной весны и осени. В таких условиях существенно нарушается длительность реального вегетационного периода (рис. 6). А если и с водой были проблемы? И ветер?

 

Поэтому, бывает так, что вроде бы и широта та же, и температурный индекс одинаковый, и сорта те же, а не Бордо!

Лоза, одно из самых замечательных растений на Земле, нужно только знать, как с ней обращаться. Но, даже если человек сделал все, что мог на винограднике, с силами природы не поспоришь! И нам приходится отслеживать прогнозы погоды, оценивать, какой же выдался год - было  ли достаточно солнца, тепла и воды, не было ли слишком жарко и ветрено.

И обязательно волноваться: «Как там шел фотосинтез?»

 

Автор текста и фото Ирина Годунова

Опубликовано в газете "Винная карта" № 164, март 2016 года

© 2017 ООО "Медиа Бизнес Пресс".

Любое воспроизведение материалов или их фрагментов возможно только с письменного разрешения редакции.