Спецвозможности
Агрохимия

Аминокислоты: миф или реальность

21.01.2020
8984
Аминокислоты: миф или реальность фото, иллюстрация

Несмотря на постоянное совершенствование современных агротехнологий, снижение затратной части все еще остается краеугольным камнем процесса выращивания сельскохозяйственных культур. Ведь все чаще к биотическим факторам (сорняки, болезни, вредители) добавляются еще и абиотические (температура, засуха и т.д.).

 

 

 

 

 

Поэтому аграрии вынуждены тратить дополнительные средства на уход растений, которые, к сожалению, не всегда окупаются урожаем. И если с помощью химических или биологических средств защиты аграрии более или менее успешно нивелируют негативное влияние биотических факторов, то против абиотических - несмотря на то, что современный арсенал всевозможных агротехнических приемов и препаратов достаточно большой - агрономы часто оказываются бессильными.
 
Мы проанализировали негативное влияние абиотических факторов на продуктивность сельскохозяйственных культур и пути их нивелирования. Оказалось, что основной причиной низкой эффективности агроприемов является пренебрежение или недостаточная осведомленность аграриев в вопросах течении физиолого-биохимических процессов. А также преждевременное или запоздалое внесение препаратов и ложный акцент на цену, а не на состав продукта и его химизм. И как показывает практика, такой подход приносит больше вреда, чем приносит пользы, особенно в экстремальных условиях.

Препарати на основі метіоніну впливають на довжину колоса і його озерненість

Дорабатывая технологию или выбирая сорт (гибрид), нужно учитывать тот факт, что в последнее время погодные условия становятся все более непредсказуемыми. Кроме способности формировать производительность, растения должны проявлять высокую устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов. Поэтому возникает потребность целенаправленного подбора агротехнических приемов, которые бы повышали или хотя бы не снижали природные адаптационные свойства современных сортов и гибридов. И независимо от того, какую технологию выращивания сельскохозяйственных культур используют в хозяйстве, все агроприемы следует непременно приспосабливать к гидротермическим особенностям конкретного года. Иначе говоря, при разработке и корректировке технологии нужно учитывать три обстоятельства: текущее состояние растений, режим действия определенного фактора и результат его воздействия, а главное, важно понимать биологическую значимость запланированного агромероприятия.

Многочисленные наблюдения и эксперименты показывают, что растения на разных этапах органогенеза реагируют на действие факторов среды по-разному. Каждое растение имеет свой критический период в отношении того или иного фактора, а вовремя проведенные агроприемы способны существенно снизить негативные проявления абиотических факторов, в том числе и стрессовых ситуаций. К таким агромероприятиям можно отнести обработку почвы, внесение удобрений, опрыскивание посевов регуляторами роста и растворами микроэлементов и др.
 
В последние годы все чаще приходится слышать об аминокислотах как от аграриев-производственников, так и от продавцов этих препаратов. Возможно, мы ошибаемся, но аминокислотам пытаются приписать роль панацеи от всех бед (засуха, жара, холод и т.д.). Безусловно, аминокислоты играют важную роль в жизнедеятельности растений как ростстимулирующий компонент и являются готовым запасом веществ, необходимых для протекания биологических процессов. То есть они не только являются составляющими белков, но и принимают непосредственное участие в регуляции роста и развития растений, выступают предшественниками в процессе образования ряда ключевых регуляторов обмена веществ. Аминокислоты также участвуют в синтезе не только белков, но и ферментов, нуклеиновых кислот, сложных углеводов, жиров, фитогормонов и ряда других необходимых для растительного организма соединений. Не вызывает сомнения и тот факт, что аминокислоты способны поддерживать нормальное функционирование органов и систем в случае возникновения экстремального состояния внешней среды.
 
Но что мы знаем об аминокислотах с практической точки зрения? В частности, каким именно аминокислотам и при каких условиях следует уделять больше внимания?

Так, например, всем известный гетероауксин, или как его еще называют - индолилуксусная кислота (ИУК) - основной гормон из группы ауксинов, который активизирует обмен веществ в клетках, способствует их росту в длину и дифференцированию, определяет тропизмы, замедляет опадание листьев и тому подобное. Он синтезируется на основе триптофана. При достаточном количестве ИУК лучше развивается корневая система растений: в частности, благодаря увеличению количества корневых волосков растет ее поглощающая способность. Однако незначительная передозировка или применение ИУК на загущенных или затененных посевах нередко обуславливает ингибирующий эффект.

Попутно отметим, что многие микроорганизмы, в том числе бактерии, способны также синтезировать ИВК, причем в несколько раз больше, чем полевые культуры. Однако не забывайте, что поверхность растения населена бактериями, способными превращать триптофан в ИВК. Однако механизм синергизма, биосинтеза индолов и фитогормонов требует более детального изучения. Так, выявлено, что имеет место факт подавления синтеза ауксинов и снижение их количественного содержания в растениях в течение нескольких суток после внесения фунгицидов.
В последнее время значительную роль как одному из параметров устойчивости растений к стрессовым факторам отводят пролину. Большое количество исследователей зафиксировало накопление этой аминокислоты под влиянием различных экологических стрессов (засуха, засоленность почв, усиленное световое и ультрафиолетовое облучение, повышенная концентрация тяжелых металлов; окислительный стресс и т.д.).
Однако корреляция между накоплением пролина в растениях и устойчивостью к абиотическим стрессам не всегда подтверждается. Зато у бактерий доказана связь между накоплением пролина в клетках и солеустойчивостью. Очевидно, эти данные и привели к появлению предположения, что накопление пролина в растениях (под действием любого стресса) связано с его защитной функцией. Вместе с тем, нет четкого понимания механизма увеличения содержания пролина в растениях при наступлении низких температур. Возможно, это действительно результат воздействия таких температур или же это связано с низкой активностью водного обмена в растительных клетках. Пролин имеет исключительное значение для первичного метаболизма, поскольку он является протеиногенной аминокислотой и входит в состав практически всех белков.
 
Просим обратить внимание на препараты с содержанием метионина. Хотя на рынке Украины их ассортимент несколько недостаточен, однако те, кто попробовал на собственном опыте, убедились в их эффективности. В частности, применение препаратов, содержащих метионин, на посевах злаков повышает устойчивость последних к полеганию и положительно влияет на длину колоса и его озерненность. Кроме того, установлено, что с внесением метионина у растений усиливается иммунитет к патогенным бактериям из родов Pseudomonas и Xanthmonas.

 

В научной литературе можно встретить информацию о группе так называемых стрессовых аминокислот. В отношении представителей этой группы следует четко осознать их специфику. То есть, при каких условиях растение активизирует синтез той или иной аминокислоты и какая из аминокислот лучше проявляет себя при возникновении определенного стресс-фактора (водный, температурный, солевой, влияние пестицидов и т.п.).

 

Так, например, при низкой интенсивности клеточного дыхания и низких температурах в растительных тканях накапливается пируват и оксалоацетат. Растение может использовать их для синтеза одних и тех же аминокислот (аспарагиновой, лизина, аланина). Однако включение аминокислот в цепь дыхание прекращается или уменьшается, причем интенсивность их накопления в значительной степени зависит от генотипов культуры, сорта (гибрида).

Установлено, что в процессе закалки озимой пшеницы в растениях одних сортов накапливался аланин, пролин, аспарагиновая кислота, тогда как у других сортов - существенно менялось содержание глицина. Изменение аминокислотного состава практически не сказывалась на перезимовке, однако существенно повлияло на производительность кущения, а в конечном итоге - и на урожай. Дальнейшие исследования аминокислотного состава подтвердили предположение о привлечении аланина, аспарагиновой и глутаминовой кислот в процесс акклиматизации и регулирования интенсивности фотосинтеза. Растения имели более интенсивный углеводный обмен веществ при низких температурах.
 
Стоит отметить, что деградационные процессы возникают не только под влиянием неблагоприятных температур, а в результате засухи, которая является существенным фактором негативного влияния на урожайность сельскохозяйственных культур. Ведь ни для кого не секрет, что водный стресс рассматривают как один из ограничительных факторов урожайности, который влияет на физиологические и биохимические процессы в растениях.

Вопросами нивелирования негативного влияния засухи занимаются как ученые, так и аграрии во всем мире. Дефицит влаги ощутимо уменьшает урожайность, а глобальное изменение климата сделало эту проблему еще серьезнее. Например, растения пшеницы требуют орошения уже после 50-55% потери влаги в прикорневой зоне.
 
Для снижения степени вредного влияния засухи существует множество рекомендаций, начиная с подбора сортов (гибридов) и заканчивая целым рядом агроприемов по обработке почвы, способов посева, применению агрохимикатов и тому подобное. Что касается агрохимикатов, то научные исследования и практический опыт убедительно доказали, что аминокислоты напрямую влияют на физиологические процессы в растениях. Кроме того, ученые установили, что засуха может модифицировать иммунные реакции растений и устойчивость к патогенам. А растения, которые накапливают аргинин, глутамин, глицин и пролин, показывают наименьшую потерю воды и снижение фотосинтетической эффективности листьев. Обработка растений в период засухи комплексом аминокислот не раз доказывала свою эффективность, что свидетельствует о наличии взаимосвязи между механизмами засухоустойчивости и иммунного ответа растений.
 
К тому же экспериментально установлено, что в стрессовых условиях свободные аминокислоты влияют на работу синтезирующего аппарата, а некоторые из них участвуют в регуляции метаболизма, определяя эффективность работы фитогормонов. Так, например, аланин способен коньюгировать с цитокининами. Кроме того, без участия свободных аминокислот невозможно формирование пептидов - элементов сигнальных белков, которые выполняют регуляторные функции. В таком случае действие пептидов в клетках проявляется их взаимодействием с комплементарными участками фермента, производными которых он является. В результате меняется его каталитическая активность и функциональная действие. И, наконец, пептиды путем воздействия на межмолекулярные комплексы и их стабильность между сигнальными белками вызывают изменения в клеточном метаболизме растений. Несмотря на то, что эти механизмы разные, но функционируют они согласованно. Механизм или его комбинация связана с природой и функцией сигнального белка, производным которого является тот же пептид, который, в свою очередь, также образовался при участии аминокислот.

Общеизвестно, что использование только одного какого-либо агромероприятия редко может обеспечить повышение урожайности. Исключение составляет лишь доминирующее влияние какого-то фактора, определяющего основу формирования производительности агробиоценозов. Типичным примером может быть сильное поражение растений возбудителем бактериальных корневых гнилей. При успешном преодолении этого негативного фактора можно достичь максимальных результатов. Однако, как правило, для реализации максимальной производительности нужно задействовать комплекс мероприятий.
 
Большинство биопрепаратов эффективны против многих микозов, однако от бактериальных болезней микробиологические средства обычно действуют слабее. Это подтвердили результаты наших испытаний по поиску вариантов баковых смесей для обработки семян злаков. Так, обработка семян микробиологическими препаратами обеспечила достаточно существенное снижение уровня инфицирования проростков возбудителями фузариоза, но при этом поражения бактериозами оставалось на достаточно высоком уровне. В то же время комплекс на основе этих микроорганизмов с аминокислотами обеспечил существенное уменьшение поражения бактериозом. Кроме того, под влиянием этой баковой смеси существенно выросли биометрические показатели проростков, такие как длина корня и количество корневых волосков. Протравливание семян традиционным препаратом (эталон) также обеспечило подавление поражения фузариозом, но против бактериальной инфекции он оказался почти неэффективным. Полученные результаты доказывают целесообразность использования аминокислот в баковых смесях при обработке семян.

Что касается пестицидов, то рынок стремительно наполняется селективными гербицидами, целевой «мишенью» которых выступают ферменты, аминокислоты, гормоны, а то и целые процессы биохимического синтеза. Поэтому в случае, если планируете одновременное внесение селективных гербицидов и аминокислот, прежде всего необходимо выяснить, что выступает «мишенью» того или иного гербицида. При определенных условиях они могут ингибировать широкий спектр целевых ферментов в ряду различных биохимических путей обмена веществ, обнаруженных в некоторых сорняках, грибах, насекомых, что повлечет нарушение их жизнедеятельности. При определенных концентраций эти аминокислоты или их производные обладают высоким эффектом. Поэтому способы, основанные на их использовании, получили коммерческий успех. Сейчас аминокислоты широко применяют в качестве средств защиты растений.

 

Для облегчения выбора препаратов с аминокислотной составляющей предлагаем подробнее ознакомиться с направлением действия ряда представителей этой функциональной группы.

Аспарагиновая кислота - стимулирует прорастание семян; это исходный материал для треонина, метионина, изолейцина, лизина и нуклеотидов; источник органического азота; участвует в формировании заряда белковой молекулы.
 
Треонин - стимулирует прорастание семян; определяет гидрофильность белков; при высоких температурах регулирует механизм защиты растений во время стресса и работу открывания-закрывания устьиц.
 
Метионин - стимулирует прорастание семян; усиливает рост корней, регулирует открывание-закрывание устьиц; усиливает процессы опыления и завязывания плодов; оптимизирует водообмен; регулирует образование этилена; является предшественником гормонов роста.
 
Лейцин, изолейцин - усиливает устойчивость растений к жаре, засухе и засолению (солевому стрессу), повышает жизнеспособность пыльцы; влияет на гидрофобность белков.
 
Глутаминовая кислота - стимулирует прорастание семян; способствует росту растений; участвует в синтезе хлорофилла; улучшает опыление; является компонентом белка.
 
Глицин - способствует росту тканей, синтеза хлорофилла, витаминов, цитохромов (транспортеры электронов в процессах внутриклеточного дыхания, фотосинтеза, фосфорилирования и т.п.), улучшает вкус плодов.
 
Аланин - усиливает холодостойкость растительного организма; стимулирует синтез хлорофилла; повышает устойчивость растений к засухе, суховеев; регулирует открывание-закрывание устьиц; оптимизирует водообмен.
 
Валин - предшественник ауксина; повышает устойчивость растений к засухе, суховеям и жизнеспособность пыльцы; усиливает формирование семян и вкусовые свойства плодов.
 
Тирозин - составная белков; улучшает прорастание пыльцы; усиливает устойчивость растений к жаре, засоление (солевому стрессу).
 
Фенилаланин - влияет на гидрофобность белков и толщину стенок клеток; активизирует прорастание семян и процессы опыления.
 
Гистидин - входит в состав белков; участвует в формировании заряда белковой молекулы; регулирует открывание-закрывание устьиц и процесс водообмена; влияет на созревание плодов.
 
Лизин - стимулирует прорастание семян; участвует в синтезе хлорофилла; усиливает процессы опыления и завязывания плодов; повышает устойчивость растений к засухе и суховеям; участвует в формировании заряда белковой молекулы.
 
Аргинин - входит в состав белков; участвует в формировании заряда белковой молекулы; усиливает холодостойкость и развитие корневой системы; стимулирует синтез хлорофилла, алкалоидов и гормонов, связанных с цветением и плодоношением; повышает устойчивость растений к засолению.

 

М. Августинович, канд. с-х. наук

А. Чумак,

ООО «УНПЦ “Институт питанияя растений»

Журнал «Пропозиція», № 12, 2018 р.

Ключевые слова: аминокислоты

Интервью
Олег Вагин более всего примечателен своей открытостью и готовностью делиться секретами выращивания многих растений. В последние годы он полностью сконцентрировался на выращивании голубики, перейдя от выращивания саженцев до закладки... Подробнее
Николай Сафонов
Потенциал роста органического сегмента велик, его доля может достигнуть 5-10%. Но пока что в Украине на него приходится это менее 0,1% от общего потребления продуктов питания. И произойти это может в ближайшие 5-10 лет. Многое зависит от... Подробнее

1
0