Микроэлементами называют химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности растений и животных, и используемые растениями и животными в микро количествах по сравнению с основными компонентами питания. Однако биологическая роль микроэлементов велика. Всем без исключения растениям для построения ферментных систем — биокатализаторов — необходимы микроэлементы, среди которых наибольшее значение имеют железо, марганец, цинк, бор, молибден, кобальт и др.
Ряд ученых называют их «элементами жизни», как бы подчеркивая, что при отсутствии указанных элементов жизнь растений и животных становится невозможной. Недостаток микроэлементов в почве не приводит к гибели растений, но является причиной снижения скорости и согласованности протекания процессов, ответственных за развитие организма. В конечном итоге растения не реализуют своих возможностей и дают низкий и не всегда качественный урожай.
Микроэлементы не могут быть заменены другими веществами и их недостаток обязательно должен быть восполнен с учетом формы, в которой они будут находиться в почве. Растения могут использовать микроэлементы только в водорастворимой форме (подвижной форме микроэлемента), а неподвижная форма может быть использована растением после протекания сложных биохимических процессов с участием гуминовых кислот почвы. В большинстве случаев эти процессы протекают очень медленно и при обильном поливе грунта значительная часть образующихся подвижных форм микроэлементов вымывается.
Все микроэлементы жизни, корме бора, входят в состав тех или иных ферментов. Бор не входит в состав ферментов, а локализуется в субстрате и участвует в перемещении сахаров через мембраны, благодаря образованию углеводно-боратного комплекса.
Главная роль микроэлементов в повышении качества и количества урожая заключается в следующем:
Большинство микроэлементов являются активными катализаторами, ускоряющими целый ряд биохимических реакций. Микроэлементы своими замечательными свойствами в ничтожных количествах способны оказывать сильнейшее действие на ход жизненных процессов и очень напоминают ферменты. Совместное влияние микроэлементов значительно усиливает их каталитические свойства. В ряде случаев только ком-позиции микроэлементов могут восстановить нормальное развитие растений или регенерировать гемоглобин при анемиях. Однако сведение роли микроэлементов только к их каталитическому действию неверно. Микроэлементы оказывают большое влияние на биоколлоиды и влияют на направленность биохимических процессов. Так марганец регулирует соотношение двух- и трехвалентного железа в клетке. Соотношение железо-марганец должно быть больше двух. Медь защищает от разрушения хлорофилл и способствует увеличению дозы азота и фосфора примерно в два раза. Бор и марганец повышают фотосинтез после подмораживания растений. Неблагоприятное соотношение азота, фосфора, калия может вызвать болезни растений, которое излечивается микроудобрениями.
Из анализа результатов отечественных и зарубежных специалистов по исследованию эффективности применения микроэлементов в сельском хозяйстве вытекает следующее:
ЖЕЛЕЗО
Железо играет ведущую роль среди всех содержащихся в растениях тяжелых металлов.Об этом свидетельствует уже тот факт, что оно содержится в тканях растений в количе-ствах более значительных, чем другие металлы. Так содержание железа в листьях дос-тигает сотых долей процента, за ним следует марганец, концентрация цинка выражаетсяуже в тысячных долях, а содержание меди не превышает десятитысячных процента [2].Органические соединения, в состав которых входит железо, необходимы в биохи-мических процессах, происходящих при дыхании и фотосинтезе. Это объясняется оченьвысокой степенью их каталитических свойств. Неорганические соединения железа такжеспособны катализировать многие биохимические реакции, а в соединении с органиче-скими веществами каталитические свойства железа возрастают во много раз.Каталитическое действие железа связано с его способностью менять степеньокисления. Атом железа окисляется и восстанавливается сравнительно легко, поэтомусоединения железа являются переносчиками электронов в биохимических процессах. Воснове реакций, происходящих при дыхании растений лежит процесс переноса электро-нов. Процесс этот осуществляется ферментами — дегидрогенезами и цитохромами, со-держащими железо.Железу принадлежит особая функция — непременное участие в биосинтезе хло-рофилла. Поэтому любая причина, ограничивающая доступность железа для растений,приводит к тяжелым заболеваниям, в частности к хлорозу.При нарушении и ослаблении фотосинтеза и дыхания вследствие недостаточногообразования органических веществ, из которых строится организм растения, и дефицитаорганических резервов, происходит общее расстройство обмена веществ. Поэтому приостром недостатке железа неизбежно наступает гибель растений. У деревьев и кустар-ников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почтибелыми, постепенно усыхают.
МАРГАНЕЦ
Роль марганца в обмене веществ у растений сходна с функциями магния и желе-за. Марганец активирует многочисленные ферменты, особенно при фосфоролировании.Поскольку марганец активизирует ферменты в растении, его недостаток сказывается намногих процессах обмена веществ, в частности на синтезе углеводов и протеинов [3].Признаки дефицита марганца у растений чаще всего наблюдаются на карбонат-ных, сильноизвесткованных, а также на некоторых торфянистых и других почвах при рНвыше 6,5.Недостаток марганца становится заметным сначала на молодых листьях по болеесветлой зеленой окраске или по обесцвечиванию (хлорозу). В отличие от железистогохлороза у однодольных в нижней части пластинки листьев появляются серые, серо-зе-леные или бурые, постепенно сливающиеся пятна, часто с более темным окаймлением.Признаки марганцевого голодания у двудольных такие же, как при недостатке железа,только зеленые жилки обычно не так резко выделяются на пожелтевших тканях. Крометого, очень быстро появляются бурые некротические пятна. Листья отмирают даже бы-стрее, чем при недостатке железа.Марганцевая недостаточность у растений обостряется при низкой температуре ивысокой влажности. Видимо, в связи с этим озимые хлеба наиболее чувствительны к егонедостатку ранней весной.Марганец участвует не только в фотосинтезе, но и в синтезе витамина С. При не-достатке марганца понижается синтез органических веществ, уменьшается содержаниехлорофилла в растениях, и они заболевают хлорозом.Симптомы марганцевой недостаточности у растений проявляются чаще всего накарбонатных, торфянистых и других почвах с высоким содержанием органического ве-щества. Недостаток марганца у растений проявляется в появлении на листьях мелкиххлоротичных пятен, располагающихся между жилками, которые остаются зелеными. Узлаков хлоротичные пятна имеют вид удлиненных полосок, а у свеклы они располага-ются мелкими пятнами по листовой пластинке. При марганцевом голодании отмечаетсятакже слабое развитие корневой системы растений. Наиболее чувствительными культу-рами к недостатку марганца являются свекла сахарная, кормовая и столовая, овес, кар-тофель, яблоня, черешня и малина. У плодовых культур наряду с хлорозным заболева-нием листьев отмечается слабая облиственность деревьев, более раннее, чем обычноопадание листьев, а при сильном марганцевом голодании — засыхание и отмирание вер-хушек веток.Физиологическая роль марганца в растениях связана, прежде всего, с его уча-стием в окислительно-восстановительных процессах, проходящих в живой клетке, онвходит в ряд ферментных систем и принимает участие в фотосинтезе, дыхании, угле-водном и белковом обмене и т.п.[4].Изучение эффективности марганцевых удобрений на различных почвах Украины пока-зали, что урожай сахарной свеклы и содержание в ней сахара на их фоне был выше, бо-лее высоким был при этом и урожай зерновых [5-6].
ЦИНК
Все культурные растения по отношению к цинку делятся на 3 группы:- очень чувствительные (кукуруза, лен, хмель, виноград, плодовые);- средне чувствительные (соя, фасоль, кормовые бобовые, горох, сахарная свекла,подсолнечник, клевер, лук, картофель, капуста, огурцы, ягодники);- слабо чувствительные (овес, пшеница, ячмень, рожь, морковь, рис, люцерна).Недостаток цинка для растений чаще всего наблюдается на песчаных и карбо-натных почвах. [7].Мало доступного цинка на торфяниках, а также на некоторых мало-плодородных почвах. Недостаток цинка сильнее всего сказывается на образовании се-мян, чем на развитии вегетативных органов. Симптомы цинковой недостаточности ши-роко встречаются у различных плодовых культур (яблоня, черешня, японская слива,орех, пекан, абрикос, авокадо, лимон, виноград). Особенно страдают от недостатка цин-ка цитрусовые культуры.Физиологическая роль цинка в растениях очень разнообразна. Он оказывает боль-шое влияние на окислительно-восстановительные процессы, скорость которых при егонедостатке заметно снижается. Дефицит цинка ведет к нарушению процессов пре-вращения углеводородов. Установлено, что при недостатке цинка в листьях и корнях то-мата, цитрусовых и других культур, накапливаются фенольные соединения, фитосте-ролы или лецитины, уменьшается содержание крахмала. [8].Цинк входит в состав различных ферментов: карбоангидразы, триозофосфатде-гидрогеназы, пероксидазы, оксидазы, полифенолоксидазы и др.Обнаружено, что большие дозы фосфора и азота усиливают признаки недоста-точности цинка у растений и что цинковые удобрения особенно необходимы при внесе-нии высоких доз фосфора [9].Значение цинка для роста растений тесно связано с его участием в азотном об-мене. Дефицит цинка приводит к значительному накоплению растворимых азотных со-единений — аминов и аминокислот, что нарушает синтез белка. Многие исследованияподтвердили, что содержание белка в растениях при недостатке цинка уменьшается.Под влиянием цинка повышается синтез сахарозы, крахмала, общее содержаниеуглеводов и белковых веществ. Применение цинковых удобрений увеличивает содержа-ние аскорбиновой кислоты, сухого вещества и хлорофилла. Цинковые удобрения повы-шают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений [10].Агрохимическими исследованиями установлена необходимость цинка для большогоколичества видов высших растений. Его физиологическая роль в растениях много-сторонняя. Цинк играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах,протекающих в растительном организме, он является составляющей частью ферментов,непосредственно участвует в синтезе хлорофилла, влияет на углеводный обмен в рас-тениях и способствует синтезу витаминов [11].При цинковой недостаточности у растений появляются хлоротичные пятна на ли-стьях, которые становятся бледно-зелеными, а у некоторых растений почти белыми. У яблони, груши и ореха при недостатке цинка развивается так называемая розеточнаяболезнь, выражающаяся в образовании на концах ветвей мелких листьев, которые рас-полагаются в форме розетки [12]. При цинковом голодании плодовых почек закладыва-ется мало. Урожайность семечковых резко падает. Черешня еще более чувствительна кнедостатку цинка, чем яблоня и груша. Признаки цинкового голодания у черешни проявляются в появлении мелких, узких и деформированных листьев. Хлороз вначале появ-ляется на краях листьев и постепенно распространяется к средней жилке листа. При сильном развитии заболевания весь лист становится желтым или белым [7].Из полевых культур цинковая недостаточность чаще всего проявляется на куку-рузе в виде образования белого ростка или побеления верхушки. Показателем цинкового голодания у бобовых (фасоль, соя) является наличие хлороза на листьях, иногда асим-метрическое развитие листовой пластинки. Недостаток цинка для растений чаще всегонаблюдается на песчаных и супесчаных почвах с низким его содержанием, а также накарбонатных и старопахотных почвах.Применение цинковых удобрений повышает урожай всех полевых, овощных иплодовых культур. При этом отмечается снижение пораженности растений грибковымизаболеваниями, повышается сахаристость плодовых и ягодных культур [13].
БОР
Бор необходим для развития меристемы. Характерными признаками недостатка бораявляются отмирание точек роста, побегов и корней, нарушения в образовании и разви-тии репродуктивных органов, разрушение сосудистой ткани и т.д. Недостаток бора оченьчасто вызывает разрушение молодых растущих тканей.Под влиянием бора улучшаются синтез и перемещение углеводов, особенно са-харозы, из листьев к органам плодоношения и корням. Известно, что однодольные рас-тения менее требовательны к бору, чем двудольные.В литературе имеются данные о том, что бор улучшает передвижение ростовыхвеществ и аскорбиновой кислоты из листьев к органам плодоношения. Установлено, чтоцветки наиболее богаты бором по сравнению с другими частями растений. Он играетсущественную роль в процессах оплодотворения. При исключении его из питательнойсреды пыльца растений плохо или даже совсем не прорастает. В этих случаях внесениебора способствует лучшему прорастанию пыльцы, устраняет опадание завязей и усили-вает развитие репродуктивных органов[14].Бор играет важную роль в делении клеток и синтезе белков и является необходи-мым компонентом клеточной оболочки. Исключительно важную функцию выполняет борв углеводном обмене. Недостаток его в питательной среде вызывает накопление саха-ров в листьях растений. Это явление наблюдается у наиболее отзывчивых к борнымудобрениям культур. Бор способствует и лучшему использованию кальция в процессахобмена веществ в растениях. Поэтому при недостатке бора растения не могут нор-мально использо-вать кальций, хотя последний находится в почве в достаточном коли-честве. Установлено, что размеры поглощения и накопления бора растениями возрас-тают при повышении калия в почве.При недостатке бора в питательной среде наблюдается нарушение анатомиче-ского строения растений, например, слабое развитие ксилемы, раздробленность флоз-мы основной паренхимы и дегенерация камбия. Корневая система развивается слабо,так как бор играет значительную роль в ее развитии.Недостаток бора ведет не только к понижению урожая сельскохозяйственныхкультур, но и к ухудшению его качества. Следует отметить, что бор необходим расте-ниям в течение всего вегетационного периода. Исключение бора из питательной среды влюбой фазе роста растения приводит к его заболеванию.Внешние признаки борного голодания изменяются в зависимости от вида расте-ний, однако, можно привести ряд общих признаков, которые характерны для большин-ства высших растений [15]. При этом наблюдается остановка роста корня и стебля, за-тем появляется хлороз верхушечной точки роста, а позже при сильном борном голода-нии следует полное его отмирание. Из пазух листьев развиваются боковые побеги, рас-тение усиленно кустится, однако вновь образовавшиеся побеги, вскоре тоже останавли-ваются в росте и повторяются все симптомы заболевания главного стебля. Особенносильно страдают от недостатка бора репродуктивные органы растений, при этом боль-ное растение может совершенно не образовывать цветков или их образу-ется очень ма-ло, отмечается пустоцвет опадание завязей.В этой связи применение борсодержащих удобрений и улучшение обеспечениярастений этим элементом способствует не только увеличению урожайности, но и значи-тельному повышению качества продукции. Улучшение борного питания ведет к повыше-нию сахаристости сахарной свеклы, повышению содержания витамина С и сахаровв плодово-ягодных культурах, томатах и т. д. [4,15,16,17].Наиболее отзывчивы на борные удобрения сахарная и кормовая свекла, люцерна и кле-вер (семенные посевы), овощные культуры, лен, подсолнечник, конопля, эфиромаслич-ные и зерновые культуры.
МЕДЬ
Различные сельскохозяйственные культуры обладают неодинаковой чувствительностьюк недостатку меди. Растения можно расположить в следующем порядке по убывающейотзывчивости на медь: пшеница, ячмень, овес, лен, кукуруза, морковь, свекла, лук, шпи-нат, люцерна и белокочанная капуста. Средней отзывчивостью отличаются картофель,томат, клевер красный, фасоль, соя. Сортовые особенности растений в пределах одногои тоже вида имеют большое значение и существенно влияют на степень проявлениясимптомов медной недостаточности. [18].Недостаток меди часто совпадает с недостатком цинка, а на песчаных почвахтакже с недостатком магния. Внесение высоких доз азотных удобрений усиливает по-требность растений в меди и способствует обострению симптомов медной недостаточ-ности.Несмотря на то, что ряд других макро- и микроэлементов оказывает большоевлияние на скорость окислительно-восстановительных процессов, действие меди в этихреакциях является специфическим, и она не может быть заменена каким-либо другимэлементом. Под влиянием меди повышается как активность пероксисилазы, так и сни-жение активности синтетических центров и ведет к накоплению растворимых углеводов,аминокислот и других продуктов распада сложных органических веществ. Медь являетсясоставной частью ряда важнейших окислительных ферментов — полифенолксидазы, ас-корбинатоксидазы, лактазы, дегидрогеназы и др. Все указанные ферменты осуществ-ляют реакции окисления переносом электронов с субстрата к молекулярному кислороду,который является акцептором электронов. В связи с этой функцией валентность меди вокислительно-восстановительных реакциях изменяется от двухвалентного до однова-лентного состояния и обратно.Медь играет большую роль в процессах фотосинтеза. Под влиянием меди повы-шается как активность пароксидазы, так и синтез белков, углеводов и жиров. При ее не-достатке разрушение хлорофилла происходит значительно быстрее, чем при нормаль-ном уровне питания растений медью, наблюдается понижение активности синтетическихпроцессов, что ведет к накоплению растворимых углеводов, аминокислот и других про-дуктов распада сложных органических веществ [19].При питании аммиачным азотом недостаток меди задерживает включение азота вбелок, пептоны и пептиды уже в первые часы после внесения азотной подкормки. Этоуказывает на особо важную роль меди при применении аммиачного азота.Характерной особенностью действия меди является то, что этот микроэлементповышает устойчивость растений против грибковых и бактериальных заболеваний. Медьснижает заболевание зерновых культур различными видами головни, повышает устой-чивость растений к бурой пятнистости и т.д. [20].Признаки медной недостаточности проявляются чаще всего на торфянистых и накислых песчаных почвах. Симптомы заболевания растений при недостатке в почве медипроявляются для зерновых в побелении и засыхании кончиков листовой пластинки. Присильном недостатке меди растения начинают усиленно куститься, но в дальнейшем ко-лошения не происходит и весь стебель постепенно засыхает.Плодовые культуры при недостатке меди заболевают так называемой суховер-шинностью или экзантемой. При этом на листовых пластинках слив и абрикосов междужилками развивается отчетливый хлороз.У томатов при недостатке меди отмечается замедление роста побегов, слабоеразвитие корней, появление темной синевато-зеленой окраски листьев и их закручива-ние, отсутствие образования цветков.Все указанные выше заболевания сельскохозяйственных культур при применениимедных удобрений полностью устраняются, и продуктивность растений резко возрастает[21,22].
МОЛИБДЕН
В настоящее время молибден по своему практическому значению выдвинут на одно изпервых мест среди других микроэлементов, так как этот элемент оказался весьма важ-ным фактором в решении двух кардинальных проблем современного сельского хозяй-ства — обеспечения растений азотом, а сельскохозяйственных животных белком [23].В настоящее время установлена необходимость молибдена для роста растенийвообще. При недостатке молибдена в тканях растений накапливается большое количе-ство нитратов и нарушается нормальный азотный обмен.Молибден участвует в углеводородном обмене, в обмене фосфорных удобрений,в синтезе витаминов и хлорофилла, влияет на интенсивность окислительно-восстанови-тельных реакций. После обработки семян молибденом в листьях повышается содержа-ние хлорофилла, каротина, фосфора и азота.Установлено, что молибден входит в состав фермента нитратрадуктазы,осуществляющей восстановление нитратов в растениях. Активность этого фермента зависитот уровня обеспеченности растений молибденом, а так же от форм азота, применяемыхдля их питания. При недостатке молибдена в питательной среде резко снижается актив-ность нитратрадуктазы.Внесение молибдена отдельно и совместно с бором в различные фазы роста го-роха улучшало активность аскорбинатоксидазы, полифенолоксидазы и пароксидазы. Наибольшее влияние на на активность аскорбинатоксидазы и полифенолоксидазы ока-зывает молибден, а активность пароксидазы — бор на фоне молибдена.Нитратредуктаза при участии молибдена катализирует восстановление нитратов и нитритов, а нитрит редуктаза также при участии молибдена восстанавливает нитратыдо аммиака. Этим объясняется положительное действие молибдена на повышение со-держания белков в растениях.Под влиянием молибдена в растениях увеличивается также содержание углеводов, каротина и аскорбиновой кислоты, повышается содержание белковых веществ.Воздействием молибдена в растениях увеличивается содержание хлорофилла и повышается интенсивность фотосинтеза.Недостаток молибдена приводит к глубокому нарушению обмена веществ у растений. Симптомам молибденовой недостаточности предшествует в первую очередь изменение в азотном обмене у растений. При недостатке молибдена тормозится процесс биологической редукции нитратов, замедляется синтез амидов, аминокислот и белков.Все это приводит не только к снижению урожая, но и к резкому ухудшению его качества.
Значение молибдена в жизни растений довольно разнообразно. Он активизирует процессы связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями, способствует синтезу и обмену белковых веществ в растениях. Наиболее чувствительны к недостатку молибдена такие культуры как соя, зерновые бобовые культуры, клевер, многолетние травы. Потребность растений в молибденовых удобрениях обычно возрастает на кислых почвах, имеющих рН ниже 5,2.Физиологическая роль молибдена связана с фиксацией атмосферного азота, редукцией нитратного азота в растениях, участием в окислительно-восстановительных процессах, углеводном обмене, в синтезе хлорофилла и витаминов.
Недостаток молибдена в растениях проявляется в светло-зеленой окраске листьев, при этом сами листья становятся узкими, края их закручиваются внутрь и постепенно отмирают, появляется крапчатость, жилки листа остаются светло-зелеными. Не-достаток молибдена выражается, прежде всего, в появлении желто-зеленой окраски ли-стьев, что является следствием ослабления фиксации азота атмосферы, стебли и че-решки растений становятся красновато-бурыми.
Результаты опытов по изучению молибденовых удобрений показали, что при ихприменении повышается урожай сельскохозяйственных культур и его качество, но особенно важна его роль в интенсификации симбиотической азотофиксации бобовыми куль-турами и улучшении азотного питания последующих культур.
КОБАЛЬТ
Кобальт необходим для усиления азотофиксирующей деятельности клубеньковых бактерий Он входит в состав витамина В12, который имеется в клубеньках, оказывает за-метное положительное действие на активность фермента гидрогеназы, а также увеличивает активность нитрат редуктазы в клубеньках бобовых культур.Этот микроэлемент влияет на накопление сахаров и жиров в растениях. Кобальтблагоприятно действует на процесс синтеза хлорофилла в листьях растений, уменьшаетего распад в темноте, увеличивает интенсивность дыхания, содержание аскорбиновой кислоты в растениях. В результате внекорневых подкормок кобальтом в листьях растений повышается общее содержание нуклеиновых кислот.
Кобальт оказывает заметное положительное действие на активность фермента гидрогеназы, а также увеличивает активность нитрат редуктазы в клубеньках бобовых культур. Доказано положительное действие кобальта на томаты, горох, гречиху, ячмень, овес и другие культуры.Кобальт принимает активное участие в реакциях окисления и восстановления,стимулирует цикл Кребса и оказывает положительное влияние на дыхание и энергетический обмен, а также биосинтез белка нуклеиновых кислот. Благодаря своему положи-тельному влиянию на обмен веществ, синтез белков, усвоение углеводов и т.п. он является могучим стимулятором роста.
Положительное действие кобальта на сельскохозяйственные культуры проявляется в усилении азотофиксации бобовыми, повышении содержания хлорофилла в листьях и витамина В 12 в клубеньках.Применение кобальта в виде удобрений под полевые культуры повышало урожай сахарной свеклы, зерновых культур и льна. При удобрении кобальтом винограда повышался урожай его ягод, их сахаристость и снижалась кислотность.
В таблице 1 приведены обобщенные характеристики влияния микроэлементов на функции растений, поведение их в почве при различных условиях, симптомы их дефицита и его последствия.Приведенный обзор физиологической роли микроэлементов для высших растений свидетельствует о том, что недостаток почти каждого из них ведет к проявлению в той или иной степени хлороза у растений.На засоленных почвах применение микроэлементов усиливает поглощение растениями питательных веществ из почвы и снижается поглощение хлора, повышается накопление сахаров и аскорбиновой кислоты, наблюдается некоторое увеличение содержания хлорофилла и повышается продуктивность фотосинтеза. Кроме этого необходимо отметить и фунгицидные свойства микроэлементов, подавление грибковых заболеваний при обработке семян и при внесении их по вегетирующим растениям.
Plantators® © 2014 - 2024