Позакореневе живлення рослин азотними добривами

Переважна більшість основних сільськогосподарських культур України (пшениця та інші зернові колосові, кукурудза, соняшник, буряки, ріпак тощо) є азотофілами й потребують належної кількості азотних добрив у органічній чи мінеральній формі. 

Головними джерелами азоту для рослин є нітрат і амоній. Вміст нітрату й амонію у грунтах значно варіює. Концентрації нітрату в грунті можуть досягати 1–5 мМ, натомість концентрації амонію рідко перевищують 0,5–1,0 мМ, за винятком зон внесення безводного аміаку чи аміачної води. Вміст нітрату та амонію залежить від багатьох факторів: грунтової відміни, компонентів агрофітоценозу, погодних умов, технологій живлення. Проведено велику кількість експериментальних та оглядових робіт із дослідження ролі різних форм азоту, насамперед нітрату та амонію, у живленні рослин. Натомість, протягом тривалого часу у вивченні ролі органічного азоту в житті рослин основну увагу приділяли агрохімічним та рідше — біологічним особливостям різних органічних добрив і сидератів. Проте пул низькомолекулярних азотних сполук у грунті дуже високий. Концентрація амінокислот в орному шарі грунту може досягати 50–200 мкМ. Зазначимо, що азот амінокислот і пептидів є домінуючою складовою серед зольних елементів частинок грунту.

За даними ФАО (2014 р.), у світі використовується понад 105 млн т мінеральних азотних добрив. При цьому ефективність застосування азоту не перевищує 33%, що, відповідно, завдає значних збитків виробникам і зумовлює високий рівень забруднення агрофітоценозів, повітря та водоносних горизонтів. Тому проблема підвищення ефективності використання азоту є однією з головних у сучасних технологіях рослинництва, а перспективним напрямом істотного підвищення ефективності використання азоту є застосування добрив, що містять органічний азот у вигляді низькомолекулярних сполук — амінокислот, пептидів тощо. 

Роль амінокислот у азотному метаболізмі рослин винятково важлива й загальновідома. У рослинах амінний азот утворюється в результаті засвоєння амонію, надходження та відновлення нітратів, біологічної фіксації азоту чи у процесі фотодихання. Далі амінний азот у циклі глутамінсинтетаза-глутаматсинтаза перетворюється через подальше трансамінування у численні важливі для рослин сполуки: амінокислоти, пептиди, білки, ферменти, нуклеїнові кислоти,уреїди та інші N-сполуки.

У рослинах низькомолекулярні органічні сполуки відіграють важливу роль як посередники у перетвореннях неорганічного азоту в органічну його форму, а також виконують транспортну функцію, переміщуючи органічний азот до меристематичних і генеративних органів у періоди найбільшої потреби рослин у цьому макроелементі. 

Глутамат і глутамін, аспартат та аспарагін відіграють ключову роль у метаболізмі амінокислот і взаємодії вуглецю й азоту в рослинах. Глутамін та аспарагін є головними транспортними сполуками азоту в пшениці та інших злакових рослинах. Аспарагін відіграє важливу транспортну функцію в рослинах бобових: горосі, люпині, люцерні, конюшині. У рослин сої та бобів транспортну функцію виконують уреїди — алантоїн та алантоїнова кислота. 

Хоча рослини можуть мати до 200 амінокислот, лише близько 20 з них необхідні для синтезу білка. Роль інших непротеїногенних амінокислот активно вивчається. Наприклад, нікотинамід є попередником у синтезі спеціалізованих фітосидерофорів — мугеїнової кислоти у пшениці тощо. Показано, що S-похідні нікотинаміду є антидотами гербіцидів. Важливою для рослин низькомолекулярною сполукою є бетаїн (гліцин бетаїну), який бере участь в осморегуляції. За дії посухи чи сольового стресу синтез бетаїну в цитоплазмі клітин суттєво зростає. Бетаїн стимулює синтез хлорофілу, посилює здатність кореневої системи поглинати воду, підвищує стійкість рослин до низьких і високих температур, зменшує осмотичний потенціал усередині клітини, ефективний у стабілізації мембран і регулюванні активності ферментів. Класичний у фізіології рослин напрям дослідження механізмів стресу за дії високих температур, посухи тощо пов’язаний з вивченням біологічної активності проліну. Пролін накопичується у тканинах рослин у відповідь на стрес і може виконувати функції сигнальної молекули для модулювання багатьох реакцій рослин, індукувати експресію генів, необхідних для відновлення рослин після стресу. Він має властивості протектора макромолекул та біомембран, являється антиоксидантом. Антиоксидантні властивості проявляють й ряд інших амінокислот (аргінін, гістидин, цистеїн тощо). Окремі амінокислоти можуть брати участь у регуляції фітогормональної активності та є попередниками фітогормонів. 

Зважаючи на те, що перетворення неорганічного азоту в низькомолекулярні органічні сполуки потребує значних енергетичних витрат рослини, високоперспективним є позакореневе застосування комплексних добрив із вмістом амінокислот. Останніми роками на ринку України зареєстровано вже кілька десятків добрив цього класу. За нашими даними, на основі польових та виробничих досліджень у зерновому поясі України (від Сумської до Хмельницької області) протягом останніх п’яти років добрива із умістом амінокислот на основі рослинної або тваринної сировини (на ринку це, переважно, гідролізати водоростей і тваринних решток) вирізняються високою ефективністю за позакореневого застосування. 

Слід зауважити, що добрива на основі амінокислот є багатокомпонентними розрахованими композиціями з одним із найвищих серед органічних та мінеральних добрив рівнем наукомісткості. Розробка цих препаративних форм здійснюється на основі технологій GeneChip, що стало можливим після розшифровки геному Arabodopsis Thaliana (Science, 2000). Наприклад, у пептидній карті добрива на основі амінокислот дія гена АТ1G02930.1 (що пов’язаний із реакцією на водний та окиснювальний стрес) вище у 6 разів, порівняно з контролем, що, відповідно, у 6 разів посилює толерантність рослини за дії водного дефіциту чи окиснювального стресу.

Таким чином, добрива із умістом амінокислот є багатокомпонентними композиціями, які містять амінокислоти, зокрема непротеіногенні, пептиди, вітаміни, регулятори росту рослин різних класів, низку макро- та мікроелементів, тому мають широкий спектр біологічної активності. Отже, вони:

• є потужним інструментом забезпечення культурних рослин доступними формами азоту в органічній формі за позакореневого застосування, що особливо важливо у генеративний період розвитку;

• розглядаються як потенційні регулятори росту рослин. Фізіологічна дія біостимуляторів пов’язана з їхньою участю в процесах росту та розвитку рослин, цвітіння, стресових реакціях і т. д. При цьому підвищуються ефективність використання мінеральних добрив, стійкість рослин до дії патогенів, урожай та його якість тощо;

• мають антистресову/антидотну активність у широкому спектрі — від посухи і теплового стресу до протидії фітотоксичності фосфорорганічних сполук тощо;

• є важливими складовими сучасних технологій живлення з підвищення ефективності використання макро- і мікроелементів культурними рослинами;

• як низькомолекулярні азотні сполуки виступають в якості хелантів для біологічно важливих для рослини металів;

• слугують носіями/транспортними засобами інших агрохімікатів.

Отже, добрива, що містять амінокислоти, є високоефективними композиціями, де доступний для рослин азот перебуває в органічній формі, та можуть бути перспективними для використання в якості антистресових препаратів й для підвищення ефективності асвоєння макро- та мікроелементів культурними рослинами, а також є важливими складовими сучасних технологій вирощування високопродуктивних сортів та гібридів у рослинництві України.

В. Швартау, чл.-кор. НАН України, д-р біол. наук, професор,

Л. Михальська, канд. біол. наук, ст. наук. співробітник, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України

ж. Пропозиція, 2016, № 4