Збалансоване живлення як засіб підвищення посухостійкості

Дефіцит вологи значно зменшує надходження та транспорт поживних речовин, які поглинаються рослиною з водою, як способом масового току, так і дифузією. Поєднання негативної дії екологічних стресів з порушеннями режиму живлення призводить до значних втрат продуктивності сільгоспкультур. Сучасні технології передбачають низку підходів для підвищення стресостійкості, зниження непродуктивних втрат вологи та мінімізації шкідливого впливу водного стресу на рослини. При цьому, збалансоване живлення рослин, є дієвою стратегію підвищення ефективності використання води та збереження врожаю.

Реакція рослин на посуху

За нестачі вологи в рослинах відбуваються значні зміни обміну речовин. Уміст вільної води в клітинах зменшується і підвищує концентрація клітинного соку. Проникність мембран зростає та знижується активність ферментів, структура білків та інших полімерів порушуються, що в кінцевому результаті призводить до їх денатурації. Гідроліз різних органічних речовин починає переважати над їх синтезом. Відбувається накопичення низько молекулярних білків, посилюється розпад полісахаридів і збільшується концентрація розчинних вуглеводів. З одного боку, це осмотично активні речовини, і збільшення їхнього вмісту сприяє підвищенню концентрації вакуолярного клітинного соку і зростанню осмотичного тиску, а значить, і більшому надходженню води. З іншого боку, склад клітин змінюється, значна частина іонів виходить із клітин, що призводить до придушення синтезу та інактивації ферментів. У підсумку порушується баланс між виробництвом активних форм кисню (АФК) та захисних антиоксидантів, викликаючи їх накопичення, що призводить до окисного пошкодження білків, мембранних ліпідів та інших клітинних компонентів.

У результаті відбувається затримка росту, внаслідок гальмування клітинного ділення та розтягування клітини стають дрібнішими. Обмежене надходження води гальмує фотосинтез рослин, що зумовлено закриттям продихів і зменшенням надходження вуглекислого газу, а також порушенням структури мітохондрій та синтезу хлорофілу. До того ж під час посухи накопичуються токсичні продукти обміну в клітинах.

Механізми толерантності (рис. 1) забезпечують рослинам виживання і ріст за низького водного потенціалу. Поживні речовини рослин відіграють дуже важливу роль у підвищення ефективності використання води та посухостійкості в умовах обмеженого водопостачання. І головне, забезпечення рослин відповідними макро- та мікроелементами, навіть в умовах дії несприятливих факторів, дає змогу отримувати стабільні високі врожаї.

Роль поживних речовин

Оптимальне забезпечення макроелементами та особливо вчасне їх надходження, мають вирішальне значення в підвищенні ефективності використання вологи рослиною. Відомо, що на фоні дефіциту азоту та фосфору значно знижується здатність клітин кореня до поглинання води та поживних речовин. Забезпечення калієм пом’якшує наслідки водного стресу шляхом регулювання відкривання та закривання продихів, зменшенням транспіраційних втрат вологи, підтримання осмотичного тиску, тургору клітин та активації ферментних систем.

Високоефективним виявилося застосування кремнієвих препаратів в умовах посухи. Кремній сприяє поліпшенню ефективності використання води та стимуляції антиоксидантної системи захисту. Збільшення синтезу антиоксидантів та зниження генерації АФК, призводить до зменшення фотоокислювального ушкодження, підтримання цілісності мембран хлоропласту та посилення толерантності рослин до посухи. Формування біокремнієвих структур в клітинах епідермісу листя перешкоджає втратам води через зменшення кутикулярної транспірації, діаметру продихів в умовах посухи та зниженню температури листкової поверхні. Крім того, підживлення кремнієм призводить до збільшення об’єму і ваги кореневої системи та покращення поглинання вологи.

Цинк відіграє важливу роль у регуляції продихів та балансі іонів у рослинних клітинах. Крім того, Zn є коферментом для синтезу триптофану, попередника ауксину. Підвищення рівня ауксину покращує ріст коренів, що, в свою чергу, підвищує стійкість до посухи. Під дією цинку посилюється активність антиоксидантних ферментів, що сприяє зменшенню генерації АФК та захищає клітини від окисного пошкодження.

Мідь пом’якшує несприятливий вплив водного стресу шляхом поліпшення обміну азоту, стимулювання утворення фенольних сполук та лігніну, який підвищує стійкість клітинних стінок та запобігає в’яненню.

Позакореневі підживлення бором сприяють транспорту цукрів, збереженню квіток, утворенню та проростанню пилку. Бор стимулює синтез гетероауксину та лігніну, підсилює диференціацію ксилеми. Його застосування активує антиоксидантну систему.

Молібден також суттєво впливає на підвищенні посухостійкості. Молібденоферменти беруть участь у біосинтезі абсцизової кислоти — фітогормону, який регулює роботу продихів. Його накопичення сприяє скороченню втрат води, активації регульованих стресом генів та полегшенням стресу від посухи.

Ефективними для підвищення посухостійкості є позакореневі підживлення добривами на основі екстрактів морських водоростей та амінокислотними препаратами (рис. 2). Вони містять компоненти, що сприяють формуванню розвиненішої кореневої системи та підвищенню використанню вологи. Антистресова дія проявляється в регуляції роботи продихів та транспірації, синтезі антиоксидантних ферментів, фенольних сполук та підвищенні міцності клітинних стінок, що знижує чутливість рослин до дефіциту вологи.  Скоригувати мінеральне живлення та підготувати рослину до посухи можна шляхом позакореневого підживлення рослин відповідними добривами.

Розуміння основних механізмів, пов’язаних зі стресом під час посухи, дає уявлення можливих стратегій підвищення ефективності використання водних ресурсів та пом’якшення негативної дії від нестачі вологи. І саме забезпечення рослин оптимальним рівнем поживних речовин у критичні фази їхнього розвитку є дієвою стратегію підвищення посухостійкості та збереження врожайності рослин.

С. Полянчиков, директор з розвитку,

О. Капітанська, науковий консультант НВК «Квадрат»

Журнал «Пропозиція», №7-8, 2018 р.