Аминокислоты в удобрениях и их роль в развитии растений
В настоящее время рынок агрохимической промышленности развивается очень стремительно и динамично. Компании химической отрасли ежегодно разрабатывают и внедряют качественно новые виды удобрений, содержащие помимо традиционного набора макро- и микроэлементов ранее неиспользуемые компоненты и соединения.
Сегодня уже никого не удивляет включение в состав современных препаратов низкомолекулярных органических веществ (фитогормонов), гуминовых кислот и фульвокислот, дисахаридов, трисахаридов и олигосахаридов, пептидов и нуклеотидов.
Похоже, что наука добралась и до аминокислот, поскольку в настоящее время уже официально зарегистрировано порядка пятидесяти препаратов, в состав которых входят, в том числе и эти вещества.
Ученые начали активно изучать воздействие аминокислот на растения еще в 70-е годы прошлого столетия. Уже тогда они обратили внимание, что эти вещества повышают способность растений лучше усваивать питательные элементы, усиливают уровень фертильности пыльцы, способствуют ускоренному формированию завязи и оказывают положительное воздействие на иммунную систему большинства культур.
Кроме того, ученым удалось определить, что аминокислоты способны активизировать механизмы быстрого восстановления после воздействия неблагоприятных природных факторов, а также улучшают устойчивость растений к различным заболеваниям и вредителям.
С тех пор рынок специализированных удобрений предназначенных для листовых подкормок неумолимо растет и становится более разнообразным.
Сегодня в список ключевых стран – лидеров по производству удобрений, содержащих в своем составе аминокислоты, помимо Китая, Испании, Германии и Италии, входит и Украина. В настоящее время в нашей стране производится добрый десяток таких препаратов.
В этой ситуации агрономам, фермерам и другим представителям аграрного сектора, чтобы не отстать от передового мирового опыта, приходиться держать руку на пульсе и внимательно следить за изменениями, которые происходят на рынке удобрений. Они вынуждены изучать состав, характеристики, определять достоинства того или иного препарата, чтобы использовать его на практике с максимальной эффективностью. Современные аграрии, намного более осведомленные и требовательные в этом вопросе, чем 50 лет тому назад.
Роль аминокислот в развитии растений
Аминокислоты принимают активное участие в процессе метаболизма растений. По сути, они представляют собой элементы или кирпичики, благодаря которыми происходит строительство растительных клеток.
На самом деле формирование аминокислот представляет собой очень сложный процесс, на который растение затрачивает большое количество энергии. Эти вещества образуются в результате фотосинтеза, а затем участвуют во многих биохимических процессах, помогая культурам нормально расти и развиваться в течение всего вегетационного периода.
При этом аминокислоты, входящие в состав растительного белка, относятся к альфа (α) аминокислотам. Как правило, именно эта группа изомеров аминокислот входит в базовый состав микроудобрений, хотя внутри растений могут в свободном состоянии встречаться также бетта (β) и гамма (γ) изомеры.
В природе можно наблюдать два типа оптических изомеров:
Ферментативные системы большинства живых организмов и растений хорошо приспособлены именно к L — конфигурации аминокислоты, поскольку именно они принимают активное участие в построении растительных белков.
Кроме того, аминокислотные комплексы произведенные из сырья животного происхождения содержат не более 17 типов аминокислот, в то время, как комплексы из растительного сырья включают и важный 18-й элемент – триптофан.
В свою очередь D- изомеры могут не усваиваться растениями и к тому же иметь токсичность. Кроме того данная группа аминокислот часто входит в состав патогенных белков.
Отдельные разновидности аминокислот способны формировать с ионами двухвалентных металлов (кальция, магния и других) обычные или внутрикомплексные соли, которые обычно называются комплексонатами. Именно эту природную способность некоторых разновидностей аминокислот и используют химики при производстве микроудобрений.
В первую очередь к таковым аминокислотам относится:
Соединения этих веществ с ионами металлов часто называют хелатами, что является ошибкой. Кроме того, аминокислоты, входящие в состав современных препаратов многие производители иногда называют незаменимыми, что также некорректно. Дело в том, что именовать аминокислоты незаменимыми можно исключительно по отношению к животным или человеку, поскольку эти вещества должны обязательно входить в рацион их питания.
В природе существует 22 аминокислоты, из которых 14 (заменимые) синтезируются организмом человека, а 8 (незаменимые) поступают с пищей. К таковым относятся:
Что же касается растений, то они сами способны синтезировать все необходимые аминокислоты в достаточном объеме. При этом гораздо более важную роль для получения высокого и качественного урожая, выполняют белки-ферменты, участвующие во всех жизненно важных процессах, происходящих внутри растительных клеток.
И, тем не менее, при наличии неблагоприятных природных факторов, когда растения испытывают сильный стресс, дополнительное поступление аминокислот извне позволяет улучшить протекание внутренних обменных процессов и ускорить метаболизм, не затрачивая при этом внутренние ресурсы для обеспечения синтеза.
Кроме того, ученым удалось определить, что в стрессовых ситуациях, растения способны накапливать большое число свободных аминокислот, не связанных в пептиды и белки. Именно эти аминокислоты выступают в роли защитного механизма при наличии неблагоприятных факторов, поскольку быстро включаются в процесс метаболизма как собственные.
Поэтому, если в момент стресса растение получит дополнительную помощь со стороны -это положительно отразится на его дальнейшем росте и развитии, поскольку благодаря аминокислотам L – конфигурации скорость поглощения питательных веществ значительно возрастет.
Высокий уровень усвоения питательных элементов обеспечивают в первую очередь такие аминокислоты, как глютаминовая кислота, лизин, гистидин, глицин, которые при соприкосновении с микроэлементами образуют хелатные соединения.
В свою очередь валин, треонин, серин, пролин, аланин, аргинин и тирозин положительно влияют на уровень метаболизма, благодаря чему растения быстрее восстанавливаются в стрессовых ситуациях.
Наиболее важные виды аминокислот и выполняемые ими функции
Участвует в процессе синтеза хлорофилла
Способствуют удержанию влаги и обмену газов
Укрепляет стенки растительных клеток и оптимизирует водный обмен
Повышает устойчивость растений к неблагоприятным природным факторам
Нивелирует последствия стресса
Повышает степень фертильности пыльцы
Улучшает процесс опыления и формирования плодов
Является источником синтеза хлорофилла и строительным материалом для построения других видов аминокислот
Активизирует обменные процессы и восстанавливает водный баланс
Способствует быстрому оплодотворению завязи
Укрепляет стенки растительных клеток
Улучшает жизнестойкость растений
Оказывает положительное влияние на процесс опыления и формирования плодов
Положительно влияет на осмотические процессы в протоплазме, способствуя открыванию и закрыванию устьиц
Способствует лучшему прорастанию семян
Является эффективным комплексоном (хелатирующим агентом)
Повышает концентрацию хлорофилла внутри растений
Регулирует работу листовых устьиц
Участвует в процессе опыления
Улучшает устойчивость растений в условиях стресса
Участвует в процессе опыления и формирования плодов
Улучшает процесс синтеза гормонов, связанных с формированием цветов и плодов
Способствует проникновению в корневую систему питательных веществ
Помогает растениям преодолевать стресс
Является активатором фитогормонов и веществ, оказывающих влияние на рост и развитие растений
Оптимизирует водный обмен
Оказывает стимулирующее действие на процесс созревания плодов
Регулирует работу листовых устьиц
Является базовым материалом, обеспечивающим синтез гормональных веществ ауксинового типа
Способствует быстрому формированию корневой системы
Помогает растению преодолевать стрессовую ситуацию
Предотвращает задержку в развитии растений
Принимает активное участие в азотном обмене и синтезе белка
Стимулирует прорастание семян
Является строительным материалом для других аминокислот
Улучшает вкусовые качества плодов
Способствует быстрому прорастанию семян
Ускоряет процесс опыления
Повышает устойчивость растений к неблагоприятным природным факторам
Является осмотическим протектантом
Повышает устойчивость растений в условиях засухи
Способствует быстрому прорастанию пыльцы
Помогает растениям преодолеть солевой стресс
Способствует синтезу хлорофилла
Повышает устойчивость растений в условиях засухи
Оптимизирует процесс водного обмена
Способствует лучшему созреванию плодов
Улучшает процесс поглощения питательных элементов
Оптимизирует процесс водного обмена
Регулирует работу листовых устьиц
Регулирует работу листовых устьиц при неблагоприятных погодных условиях
Помогает растениям преодолевать солевой стресс
Способствует быстрому прорастанию пыльцы
Повышает устойчивость растений при неблагоприятных природных факторах
Участвует в синтезе хлорофилла
Обеспечивает растениям устойчивость к засухе
Регулирует работу листовых устьиц
Обеспечивает лучшее прорастание пыльцы
Является осмотическим протектантом
Способствует устойчивости растений в условиях засухи
Является осмотическим протектантом
Ускоряет прорастание пыльцы
Повышает устойчивость растений в условиях засухи
Протеиногенные и непротеиногенные аминокислоты
В настоящее время ученые обнаружили и смогли определить характеристики более 300 видов различных аминокислот. При этом лишь около 20 из них входят в состав белков и называются протиногенными.
К такому виду аминокислот относятся натуральные альфа аминокислоты, которые входящие в состав животных и растительных белков. При этом они имеют оптически активную L-конфигурацию, и синтезируюсь внутри растений, хорошо ими усваиваются (их встраивание в молекулу белка регулируется информацией генетического кода).
Непротеиногенные аминокислоты имеют D-конфигурацию. К этой категории относится целая группа соединений (более 200 разновидностей), которые не входят в состав белков. Они редко встречаются в природе и, как правило, представляют продукты обмена низших организмов и могут быть токсичными.
Белок, как правило, изготавливается из растительных отходов, экстрактов растений, водорослей и отходов переработки сырьевых ресурсов животного происхождения.
Существует две основных модели аминокислот:
· Синтетические аминокислоты, которые получаются путем синтеза смеси изомеров D – формы (данная группа, как правило, не используется при изготовлении удобрений)
· Аминокислоты, полученные благодаря ферментированному или химическому гидролизу белка с использованием различных кислот и щелочей (используются при изготовлении удобрений)
Ферментативный гидролиз белка, включающий L-аминокислоты является очень сложным и дорогостоящим процессом, поскольку происходит при непосредственном использовании особых разновидностей бактерий, благодаря воздействию которых и образуются полноценные свободные биологически активные вещества, представляющие наибольшую ценность.
Микроудобрения, содержащие аминокислоты, изготовленные при помощи ферментативного гидролиза очень эффективны, поскольку они содержат L-аминокислоты, которые максимально приближены к природной аминограмме растений.
Химический гидролиз, чаще всего происходит с применением кислоты или щелочи. Эта модель производства аминокислот требует меньше затрат, а потому является более рентабельной и позволяет значительно снижать цену на конечный продукт.
Увы, под воздействием кислоты или щелочи L-триптофан разрушается, а потому полученные таким способом аминокислоты перестают быть биологически активными и оказываются не способными участвовать в качестве строительного материала при построении белков.
Наиболее низкокачественные и потому дешевые препараты, содержащие около 30% аминокислот животного происхождения, поставляются в настоящее время из Китая. При изготовлении этих микроудобрений, как правило, используется соляная кислота.
Качественные и эффективные микроудобрения, содержащие аминокислоты можно получить исключительно из сырья растительного происхождения. При этом они должны иметь концентрацию протеиногенных аминокислот от 30% до 50%.
Благодаря таким препаратам растения будут лучше усваивать питательные вещества, что в свою очередь окажет положительное воздействие на урожайность и качество продукции даже при наличии неблагоприятных условий.
Роль аминокислот в борьбе растений со стрессовыми ситуациями
К негативным факторам, вызывающим стресс у растений можно отнести низкую или слишком высокую температуру воздуха, недостаток или переизбыток света и влаги, а также неблагоприятный состав почвы и наличие патогенных болезней и вредителей. Кроме того, в стрессовую ситуацию культуры попадают в период активной борьбы с сорняками, когда аграрии активно применяют пестициды.
Все перечисленные негативные факторы могут вызывать снижение обменных процессов внутри растений и способны приводить к таким заболеваниям, как хлороз и некроз. При этом ущерб от нанесенных повреждений может оказывать отрицательное влияние на общую урожайность и составлять от 5 до 70%.
Дело в том, что в результате стресса у растений происходит активный процесс распада белково-синтетического аппарата. При стрессовых ситуациях внутри растений происходит гидролиз и превращение белков в аммоний, который становится токсичным и вызывает гормон старения (этилен). При этом, внутри всходов повышается концентрация абсцизовой кислоты, в результате чего происходит торможение ключевых обменных процессов. Это чревато тем, что растение может раньше срока перейти к репродуктивной фазе и перенаправить внутренние ресурсы на формирование плодов, так и не завершив до конца этапы естественного вегетативного развития.
Управление обменными процессами при помощи препаратов, содержащих аминокислоты
Ученые неоднократно доказывали, что обработка культур препаратами, содержащими аминокислоты, значительно повышает иммунитет и степень жизнестойкости растений, способствует их быстрому восстановлению при неблагоприятных условиях.
При этом все обозначенные выше аминокислоты не только активируют фитогормоны, управляющие обменными процессами, но и определяют, в какую именно часть растения следует направить ресурсы, чтобы, восстановить нарушенный внутренний баланс.
Поскольку аминокислоты хорошо растворяются в воде, при листовой и корневой обработке растений они способны легко проникать в растительные клетки, помогая им противостоять негативным факторам. Благодаря этому улучшается процесс фотосинтеза, поддерживается естественный гормональный баланс и налаживается азотный обмен внутри растений.
Что такое свободные аминокислоты?
Производители микроудобрений часто используют термин «свободные аминокислоты», который можно применять как к белковым аминокислотам, которые встречаются в несвязанной в белки или пептиды форме, так и к небелковым формам.
Принято считать, что у свободных аминокислот молекула аминокислоты не связанна химическими связями с другими молекулами, что способствует их более быстрому усвоению.
При этом замечено, что молодые растения содержат большее количество свободных аминокислот, чем старые и в вегетативных органах их процент содержания выше, чем в репродуктивных.
Каким микроудобрениям, содержащим аминокислоты следует отдавать предпочтение в первую очередь
Во-первых, при выборе того или иного препарата следует обращать внимание на состав аминокислот.
Во-вторых, необходимо внимательно изучить способ получения аминокислот и применяемое при этом сырье. Оно обязательно должно иметь растительную основу.
Способы применения препаратов
Микроудобрения, включающие аминокислоты хорошо растворяются в воде, поэтому их можно вносить как при помощи листовой обработки растений, так и путем внесения препарата непосредственно к корневой системе.
Данная группа препаратов, как правило, позволяет осуществлять процесс подкормки с использованием баковых смесей одновременно с пестицидами, благодаря чему растения получают не такой сильный стресс.
В любом случае, качественные препараты с содержанием аминокислот являются в руках аграриев мощным оружием, которое призвано значительно повысить эффективность их труда.
Источник