Збалансоване живлення — запорука формування стресостійкості рослин

Сільськогосподарські рослини часто піддаються впливу різних стресових факторів середовища, таких як посуха, кислотність ґрунту, зараженість шкідниками та ін., що серйозно впливають на їхню продуктивність.

Відносне зниження врожайності викликане абіотичними стресорами (від потенціалу за ідеальних умов вирощування) може становити від 60 до 82% залежності від культури (рис. 1). Найбільші абіотичні втрати врожаю спричинені посухами, кислотністю ґрунту, засоленням, дією екстремальних температур та дисбалансом мінерального живлення рослин. Щонайменше 60% культивованих грунтів у всьому світі характеризуються дефіцитом відповідних елементів живлення. Комбінування порушень режиму живлення з екологічними стресами призводить до значних втрат продуктивності сільськогосподарських культур.

Відомо, що на фоні дефіциту азоту та фосфору у рослин значно знижується здатність до поглинання клітинами кореня води та поживних речовин. Дефіцит калію викликає сильне зниження фотосинтетичної фіксації вуглекислого газу і порушення розподілу продуктів фотосинтезу, що в кінцевому результаті призводить до пошкодження мембран хлоропластів і деградації хлорофілу.

Застосування калійних добрив пом’якшує наслідки стресу шляхом підтримання осмотичного тиску клітин, регуляції продихів і активації ферментних систем. Важливі функції в підвищенні толерантності до несприятливих мов вирощування має кремній. Формування біокремнієвих структур у клітинах епідермісу листя перешкоджає втратам води через зменшення кутикулярної транспірації та діаметру продихів в умовах посухи та захищає від надмірної інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. Формування  кремнієвих відкладень у місцях інфікування та накопичення в клітинах токсичних для патогенів фенольних сполук сприяє стійкості до біотичних стресорів.

Крім того, підживлення кремнієм призводить до збільшення об'єму і маси кореневої системи та поліпшення ефективності використання вологи. Кремній ефективно захищає рослини від індукованого окисного стресу та підвищує толерантність до токсичності важких металів. За несприятливих умов вирощування значно знижується надходження мікроелементів з ґрунту. Так, наприклад, висока температура та низькі значення pH знижують надходження бору, міді та магнію, а низька температур  та зміщення показника кислотності в лужний бік блокують засвоєння заліза, марганцю та цинку.

Відомо, що мікроелементи відіграють надзвичайно важливу фізіологічну роль у боротьбі зі стресом шляхом зміни активності ферментів та утворення певних метаболітів, що беруть участь у реакції рослин на стрес (рис. 2). Надходження в клітини, наприклад, молібдену, цинку і міді стимулює біосинтез гормонів, які беруть участь в експресії стрес-реагуючих генів. Молібденкофактори беруть участь у синтезі абсцизової кислоти, регулюючи темпи транспірації за рахунок контролю продихів.

Цинк підвищує активність триптофансинтетази, чим впливає на утворення амінокислоти триптофану — попередника ауксину. Під впливом міді відбувається накопичення вільних амінокислот і проліну.

Іонні форми заліза, цинку, міді, марганцю, бору та нікелю входять до складу або виступають в якості кофакторів у багатьох антиоксидантних ферментів (Cu-Zn-супероксиддисмутази, Mn-супероксиддисмутази, Fe-супероксиддисмутази, каталази, неспецифічні пероксидази та ін.), рівень яких зростає, як відповідь на стреси навколишнього середовища.

Під дією дефіциту мікроелементів активність антиоксидантних ферментів знижується, що, своєю чергою, підвищує чутливість рослин до екологічних стресів. Марганець, мідь та бор активізує ферменти, які каналізують різні етапи біосинтезу кутикулярних парафінів та утворення жирних кислот, що зумовлює обмеження непродихової транспірації і зниження теплового навантаження на листок та сприятливо відображається на продуктивності у посушливих умовах вирощування.

В умовах посухи цинк також здійснює регуляцію продихів, іонного балансу в рослинних системах, а збільшення доступності заліза модулює катіоннозв'язувальну здатність клітинної стінки, що своєю чергою підвищує  толерантність до посухи та токсичності важких металів. Кобальт сприяє підвищенню стійкості до біотичних стресів шляхом накопичення алкалоїдів.

Отже, вирішальним чинником у посиленні стійкості рослин до екстремальних погодних умов є збалансована система удобрення, що відповідає потребам рослин на певних етапах їхнього розвитку. При цьому забезпечення рослин відповідними мікроелементами навіть в умовах дії несприятливих факторів гарантує отримання стабільних високих урожаїв сільськогосподарських культур.

О. Капітанська

Журнал «Пропозиція», №3, 2017 р.