Фізіологічна дія мікроелементів на рослини

Мікроелементи у фізіологічному відношенні становлять досить різноманітну групу речовин. Незважаючи на різні функції, їх об'єднують у загальну групу, бо всі вони потрібні для нормаль­ного розвитку у дуже незначних кількостях. Серед багатьох мікроелементів особливе значення для рослин належить бору, міді, марганцю, молібдену та цинку.

На основі цих досліджень розробляється система оптимізації мінерального живлення сільськогосподарських рослин з урахуванням взаємодії макро- та мікроелементів, виявляють­ся критерії забезпеченості рослин елементами живлення в різних грунтово-кліматичних зонах.

Вивчається вплив їх на забруднення середовища токсичними елементами, в основному металами, особливо в районах з інтенсивно розвиненою промисловістю, та досліджується мі­грація їх в екологічній системі грунт-рослина-тварина-продукція-людина.

Молібден

Молібден — мало поширений елемент. В земній корі молібдену в 100 разів менше, ніж марганцю, в 60, ніж цинку, в 10, ніж міді, в 5, ніж бору. Він надходить в рослину в вигляді іонів МоО₄', концентруючись в молодих органах. На кінець вегетації більша частина його зосеред­жується в дозрілому насінні. Бобові рослини характеризуються унікальною здатністю нагрома­джувати молібден. Молібден активує азотний обмін, бере участь у відновленні нітратів як складовий компонент нітратредуктази. Він входить до складу активного центра нітрогенази, є необхідною складовою компонентою для біосинтезу фітоглобіну. Та роль молібдену не обме­жується лише участю його в первинних процесах редукції нітратів та біологічної азотфіксації, а й охоплює завершальну ланку азотного обміну — синтез білка. Зокрема, він активує реакції амінування та переамінування, ферментативні реакції нуклеїнового обміну, впливає на рибосо­ми, які безпосередньо здійснюють біосинтез білка за участю інформаційної РНК та активова­них амінокислот.

При дефіциті молібдену на листях з'являється крапчастість, хоч самі жилки залишаються світло-зеленими. Хлорозна тканина здимається, краї листків закручуються всередину, далі на них та на верхівках розвивається некроз.

Марганець

Середній вміст марганцю в рослинах до 0,001%. Винос марганцю з урожаєм на карбонат­них грунтах становить 0,1-0,7 кг, а на кислих і до 0,5-5 кг/га. Тому марганцеві добрива (мар­ганцевий шлак) широко застосовують для підвищення врожайності цукрових буряків, озимої пшениці, овочевих та плодових культур. Марганець надходить в рослину у вигляді іонів Мn²⁺. Він зосереджується в листках, активно впливає на процеси росту клітин як кофактор РНК-полімерази II, що відповідає за синтез м-РНК в ядрі, та як кофактор ауксин-оксидази, що роз­кладає індолілоцтову кислоту.

Марганець— сильний окислювач, тому він відіграє важливу роль в окислювально-віднов­них реакціях процесів дихання (цикл Кребса) та фотосинтезу (фотоокислення води, цикл Кальвіна).

Слід також врахувати специфічну потребу в іонах марганцю великої кількості ферментів, зокрема оксидаз. При використанні рослиною нітратного азоту він діє як відновник, тоді як при аміачному живленні — як сильний окислювач. В обох випадках інтенсивність окислювально-відновних процесів та синтез органічних речовин в рослині зростає.

При марганцевому голодуванні в рослинах розвивається плямистий хлороз, крапчастість, уповільнюється ріст та з'являються некротичні плями. На кислих грунтах доступність марганцю для рослин підвищується, тоді як на лужних мікрофлора переводить частину марганцю в фор­му, малодоступну для використання. Внесення в грунт марганцевих добрив поліпшує агро­номічні властивості його, сприяє кращому використанню рослинами аміачних, нітратних та інших добрив.

Мідь

Роль міді в житті рослин досить специфічна: її не можна замінити якимось іншим елемен­том. Вміст міді в грунті коливається від 0,5 до 20 мг/кг грунту, а в рослинах до 0,2 мг на 1 кг маси, причому найбільшим вмістом відрізняється листя. Надходить в рослинну клітину в формі іонів (Сu²⁺, Сu⁺), виявлена в різних білках, включаючи ключові ферменти метаболічних циклів, а також у білках з ще невідомими функціями. Близько 70% всієї міді листків знаходить­ся в хлоропластах, в основному у вигляді пластоціаніну. Мідь легко змінює свою валентність, віддаючи чи приймаючи один електрон, тому вона входить до складу компонентів електрон-транспортного ланцюга мітохондрій та хлоропластів.

В рослинах виявлено ряд каталітичних мідь-протеїнів: поліфенолоксидаза, аскорбатоксидаза, тирозиназата ін. Найпоширенішим ферментом є поліфенолоксидаза, яку знайдено в хло­ропластах, мітохондріях. Вона бере участь в окисленні поліфенолів і дубильних речовин та біосинтезі вторинних метаболітів (наприклад, лігніну). Досить поширеною в росли­нах амінооксидазою є діаміноксидаза.

Мідь впливає на синтез фітоглобіну та активність ферментів, пов'язаних з біологічною фіксацією азоту. Цілий ряд мідьвмісних ферментів каталізують відновлення О₂ до Н₂О₂ або Н₂О (поліфенолоксидаза, моно- та діамінооксидаза, аскорбатоксидаза, цитохромоксидаза). Полі­фенолоксидаза бере участь в окисленні поліфенолів та дубильних речовин в процесі фермен­тації чайного листка, її впливом пояснюється потемніння плодів та овочів при висушуванні.

Виявлені факти прямої залежності між енергією проростання насіння злаків, бобових та вмістом міді дають змогу припустити участь їх в процесах обміну рістактивуючих фізіологічно активних речовин. Вона потрібна і для синтезу етилену. Позитивна дія міді на стійкість до полягання, ймовірно, також пов'язана з впливом її на вміст фенольних інгибіторів, зниження вмісту яких призводить до витягування стебла та полягання. Мідь підвищує також стійкість до посухи, жаро- і морозостійкості. Рівень доступності міді виявляється також на процесах росту та поглинальної здатності кореневої системи злаків.

Мідь практично застосовують в рослинництві, особливо на бідних торфово-болотних грун­тах. При дефіциті її молоде листя швидко в'яне та засихає без видимих ознак хлорозу. Часто спостерігається ненормальне інтенсивне опадання листя. Слід зазначити той факт, що мідь мо­же спричинювати і токсичні ефекти як забруднювач, особливо, водних екосистем.

Цинк

У грунті вміст загального цинку становить від 20 до 100 мг/кг, а в рослині 15-60 мг на 1 кг сухої маси. Винос цинку з урожаєм коливається в межах від 50 г до 2 кг з 1 га. Доступність катіонів Zn²⁺ для рослин залежить від рН грунту, вмісту органічних речовин, фосфатів. Водно-розчинні гумусні речовини утворюють в грунті розчинні органічні комплекси, які містять цинк. Цинк входить до складу значної кількості різноманітних ферментів, потрібних для функціону­вання гексокінази, енолази, тріозофосфатдегідрогенази, альдолази, алкогольдегідрогенази. Цинк досить міцно утримує карбоангідраза, з активного центра якої метал не може бути вида­лений діалізом та іншими способами. Як відомо, вуглекислий газ при надходженні в клітину, розчиняється у воді утворюючи Н₂СО₃. Фермент карбоангідраза, каталізує виділення СО₂ із Н₂СО₃ з наступним використанням його в процесах темнової фази фотосинтезу.

Вплив цинку на ріст має пряме відношення до участі його в обміні ауксинів та особливо індолілоцтової кислоти.

Нестача цинку пригнічує швидкість поділу клітин, що призводить до морфологічних змін листків, порушень фаз розтягування клітин та диференціації тканин. Перший симптом нестачі цинку — міжжилковий хлороз. Пізніше на листках з'являються некрози, які набувають пурпур­ного забарвлення. Характерною ознакою дефіциту цинку є розеточність — зменшення довжини пагонів, дрібнолисткість. Цинк, які інші мікроелементи, використовують для позакореневого підживлення. Вперше вплив цинкових добрив під сільськогосподарські культури ще в 30-і роки розглядав П.А. Власюк.

Виявлено, що підвищені дози фосфору та азоту посилюють ознаки нестачі цинку. Дефіцит цинку призводить до значного накопичення розчинних азотних сполук — амідів, амінокислот, вміст вуглеводів та білкових речовин. Цинкові добрива підвищують посухо-, жаро- та холо­достійкість рослин.