Роль других макроэлементов в жизни растений

Сера выполняет важную роль в организме растений, поскольку входит в качестве структурного элемента в молекулы серосодержащих аминокислот. В белках обязательно есть и серосодержащие кислоты, поэтому можно говорить о роли серы, сравнимой с ролью азота по их значимости в формировании строительных компонентов клеточных систем. В составе белков сера находится в составе сульфидной (-SH-) группы, эти группы при формировании спирали белковой цепочки стабилизируют структуру белка благодаря образованию дисульфидных мостиков. Сера находится в растении как в окисленной, так и в восстановленной форме. В хлоропластах происходит восстановление сульфата до глутатиона и сульфидных групп. Наиболее часто встречающейся серосодержащей аминокислоты является метионин, но есть и еще 9 других серосодержащих аминокислот, которые играют очень важную роль в общем метаболизме белковых соединений. Сера входит в состав многих витаминов, коферментов и аминокислот, таких, как биотин, коэнзим А, глутатион, липоевая кислота, цистин, тиамин, чесночном и горчичном маслах [12].
Самое высокое содержание серы выявлено у семян бобовых культур, у капустных и луковых растений, богатых горчичными и луковыми (эфирными) маслами. В молодых растениях сера находится преимущественно в восстановленной форме, сера участвует в восстановлении нитратов в растениях и обеспечивает сдерживание накопления нитратов в клубных и плодах растений. Поскольку сера участвует в биосинтезе белков, то нехватка вызывает симптомы, сходные с азотным голоданием [23].
При изучении Л.С. Ибраевой с соавторами [8] было показано, что содержание серы распределяется в семействах лекарственных растений следующим образом: Fabaceae Parmeliaceae Asteraceae Lamiaceae. выявлено, что различие между семействами растений по среднему содержанию натрия и серы составляет – 1,2 раза, магния – 39,5; калия – 7,5, фосфора – 1,9; кальция – 2,1; кремния – 1,3 раза. Растения некоторых семейств накапливают повышенные концентрации сразу нескольких элементов. Так, растения семейства Lamiaceae имеют высокое содержание магния, калия и кальция; Fabaceae – натрия, серы и кремния. Растения семейства Lamiaceae, являясь концентраторами магния, калия и кальция, также содержат минимальные концентрации серы и кремния. Определены также семейства растений, которые содержат низкие концентрации сразу нескольких элементов. Так, растения семейства Parmeliaceae имеет низкое содержание магния, калия и фосфора [8].
Магний входит в состав важнейшего компонента растения – хлорофилла, поэтому является главным участником процесса фотосинтеза. Потребность растений в этом элементе может значительно колебаться, больше всего магний поглощают свекла (сахарная и кормовая), картофель, бобовые культуры, табак. Магний участвует в транспорте фосфора, синтезе сахаров, перераспределении крахмала, образовании жира, фиксации азота в клубеньках бобовых. Магний также входит в состав многих энзимов и является их активатором, контролирует потребление питательных элементов, улучшает усвоение железа. Магний также входит в состав пектинов, фитина, значительная его часть распределяется между растущими частями растений и семенами, является коферментом у более, чем 300 ферментов. Магний также относится к реутилизируемым элементам, поэтому при его нехватке молодые листья получают этот элемент из старых. Магний участвует в формировании семян, клубней и плодов, в накоплении эфирных масел и жиров. Низкая величина рН почвы отрицательно влияет на поглощение магния растениями вследствие антагонизма магния с катионами Н+, А13+, Мп2+, Fe3+ при рН 4,2 и при высоком содержании в почве подвижных алюминия, марганца и железа оно настолько нарушается, что даже при достаточном удобрении магнием растения страдают от его недостатка [2, 11, 23].
Поскольку магний входит в состав хлорофилла и является реутилизируемым элементом, то, прежде всего, признаки голодания в виде пожелтения или «межжилкового хлороза» появляются на нижних листьях. Отток магния идет по жилкам, поэтому сами жилки сохраняют зеленую окраску. Последующий признак – некроз тканей между жилками. Магний весьма важен и при формировании семян, поэтому его недостаток сильнее влияет на урожай зерна, чем на урожай соломы

. Во время цветения и образования семян происходит усиленный отток магния из вегетативных органов, поэтому при его недостатке цветение и созревание затягиваются. Магний участвует в виде кофактора ряда ферментов в синтезе углеводов, поэтому при его недостатке снижается содержание крахмала в картофеле и сахара в сахарной свекле. У гороха недостаток магния вызывает болотную пятнистость (в семени образуется полость с буроватыми стенками), у свеклы – пятнистую желтуху (скручивание листьев и желтые пятна между жилками) (рис. 14 – 17) [9].
Антагонистами магния выступают калий и натрий. Имеет значение и форма вносимых азотных удобрений. Так при использовании аммиачных солей действие недостатка магния усиливается, а применение нитратных форм азота способствует ослаблению признаков магниевого голодания.
Рис. 14. Признаки магниевого голодания у кукурузы [9].
Меры борьбы с магниевым голоданием: при раннем проявлении голодания проводят подкормку такими веществами, как калимагнезией в дозе 1-2 ц/га, или золой в дозе 3-6 ц/га, или сульфатом магния в дозе 1-2 ц/га, или каинитом в дозе 2-4 ц/га. Если магниевое голодание проявилось в поздней фазе развития растений, то необходимо внести магниевые удобрения на данном массиве перед вспашкой почвы, а на кислых почвах этот процесс нужно совмещать с известкованием. Внесение доломита под вспашку в дозе 10-15 ц/га обеспечивает растения магнием на 5-8 лет [9].
Рис. 15. Признаки магниевого голодания у винограда: внизу - зеленый непораженный лист, рядом с ним - начало заболевания из-за дефицита магния: появляются белесые пятна. Вверху: заболевание усиливается: обесцвечивание начинается с кончиков листовых долек; рядом - сильнейшее поражение - из-за дефицита магния пластинка листа обесцвечена, остались зелеными только жилки [9].
Рис. 16. Признаки магниевого голодания у кормовой свеклы [9].
Рис. 17. Признаки магниевого голодания у подсолнечника [9].
Кальций встречается в почве в достаточном количестве, поэтому внесение кальция в качестве отдельной подкормки производят в агропроизводстве в особых случаях, когда необходима поддержка растений в получении именно этого элемента. Кальций накапливается в тканях двудольных растений больше, чем в тканях однодольных. Поскольку это нереутилизируемый элемент, то в определенных фазах развития растений необходимо обеспечить растениям внешнюю подкормку этим элементом. Главная функциональная роль кальция – это обеспечение связей в пектиновых веществах, обеспечение соответствующего состава срединной пластинки в клеточных стенках, т.е. обеспечение механической прочности структурных элементов органов растения. Кальций сохраняется в клетках в вакуоли, где откладывается в форме нерастворимых солей органических кислот. Регулирующее действие кальция на многие стороны метаболизма определяется его взаимодействием с внутриклеточным рецептором кальция – белком кальмодулином. Это кислый с изоэлектрической точкой при рН 3,0– 4,3 термостабильный низкомолекулярный (мол. масса 16,7 кДа) белок. Он обладает большим сродством к кальцию. Его комплекс с кальцием активирует многие ферменты, например протеинкиназы (фосфорилирование белков), фосфоэстеразу, транспортную Са2+-АТФазу и др. Кальмодулин может связываться с мембранами в клетке и легко переходит в цитозоль. Влиянием кальция на сборку и разборку элементов цитоскелета объясняется его необходимость для митоза, так как комплекс кальция с кальмодулином регулирует сборку микротрубочек веретена. Кальций участвует в слиянии везикул Гольджи при формировании новой клеточной стенки [12].
Поскольку кальций накапливается в растении преимущественно в составе вегетирующих органов, то он затем возвращается в почву в составе растительных остатков. Дефицит кальция может возникать при выщелачивании на кислых и легких по составу почвах. По требовательности к потреблению кальция виды сельскохозяйственных культур существенно отличаются. Больше всего выносит кальция капуста, затем – люцерна, клевер, затем идут картофель, кукуруза, сахарная свекла, затем бобовые, гречиха и лен