Амінокислоти: міф чи реальність

Незважаючи на постійне вдосконалення сучасних агротехнологій, зниження витратної частини все ще залишається наріжним каменем процесу вирощування сільськогосподарських культур. Адже дедалі частіше до біотичних факторів (бур’яни, хвороби, шкідники) додаються ще й абіотичні (температури, посуха тощо).

Тому аграрії змушені витрачати додаткові кошти на догляд рослин, які, на превеликий жаль, не завжди окупляються врожаєм. І якщо за допомогою хімічних чи біологічних засобів захисту аграрії більш-менш успішно нівелюють негативний вплив біотичних чинників, то проти абіотичних —дарма що сучасний арсенал всіляких агротехнічних прийомів і препаратів достатньо великий — агрономи часто виявляються безсилими.

Ми проаналізували негативний вплив абіотичних факторів на продуктивність сільськогосподарських культур та шляхи їхнього нівелювання. Виявилося, що основною причиною низької ефективності агроприйомів є нехтування або недостатня обізнаність аграріїв у питаннях перебігу фізіолого- біохімічних процесів. А також передчасне або запізніле внесення препаратів і помилковий акцент на ціну, а не на склад продукту та його хімізм. І як показує практика, такий підхід завдає більше шкоди, аніж приносить користі, особливо за екстремальних умов.

Допрацьовуючи технологію чи обираючи сорт (гібрид), потрібно враховувати той факт, що останнім часом погодні умови стають усе більш непередбачуваними. Окрім здатності формувати продуктивність, рослини повинні проявляти високу стійкість до впливу несприятливих факторів. Тому виникає потреба цілеспрямованого підбору агротехнічних прийомів, які б підвищували або хоча б не знижували природні адаптаційні властивості сучасних сортів і гібридів. І незалежно від того, яку технологію вирощування сільськогосподарських культур використовують у господарстві, всі агроприйоми слід неодмінно пристосовувати до гідротермічних особливостей конкретного року. Інакше кажучи, під час розробки й корегування технології потріб­но враховувати три обставини: поточний стан рослин, режим дії певного фактора і результат його впливу, а головне, важливо розуміти біологічну значимість запланованого агрозаходу.

Численні спостереження та експерименти вказують, що рослини на різ­них етапах органогенезу реагують на дію чинників середовища по-різному. Кожна рослина має свій критичний період стосовно того чи іншого фактора, а вчасно проведені агроприйоми здатні суттєво знизити негативні прояви абіотичних чинників, у тому числі й стресових ситуацій. До таких агрозаходів можна віднести обробіток ґрунту, внесення добрив, обприскування посі­вів регуляторами росту та розчинами мікроелементів тощо.

Останніми роками дедалі частіше доводиться чути про амінокислоти як від аграріїв-виробничників, так і від продавців цих препаратів. Можливо, ми помиляємось, але амінокислотам намагаються приписати роль панацеї від усіх негараздів (посуха, спека, холод тощо). Беззаперечно, амінокислоти відіграють важливу роль у життєдіяльності рослин як рістстимулюючий компонент і є готовим запасом речовин, необхідних для перебігу біологічних процесів. Тобто вони є не тільки складовими білків, а й беруть безпосередню участь у регуляції росту та розвитку рослин, виступають попередниками в процесі утворення ряду ключових регуляторів обміну речовин. Амінокислоти також беруть участь у синтезі не лише білків, а й ферментів, нуклеїнових кислот, складних вуглеводів, жирів, фітогормонів і низки інших необхідних для рослинного організму сполук. Не викликає сумніву й той факт, що амінокислоти здатні підтримувати нормальне функціонування органів і систем у разі виникнення екстремального стану зовнішнього середовища.

Та що ми знаємо про амінокислоти з практичної точки зору? Зокрема, яким саме амінокислотам і за яких умов слід приділяти більше уваги?

Так, наприклад, усім відомий гетероауксин, або як його ще називають — індолілоцтова кислота (ІОК) — основний гормон із групи ауксинів, що активує обмін речовин у клітинах, сприяє їхньому росту в довжину і диференціюванню, визначає тропізми, упо­вільнює опадання листя тощо. Він синтезується на основі триптофану. За достатньої кількості ІОК краще розвивається коренева система рослин: зокрема, завдяки збільшенню кількості кореневих волосків зростає її поглинальна здатність. Проте незначне передозування або застосування ІОК на загущених чи затінених посівах нерідко зумовлює інгібуючий ефект.

Принагідно зазначимо, що багато мікроорганізмів, зокрема й бактерії, здатні також синтезувати ІОК, причому в кілька разів більше, ніж польові культури. Однак не забуваймо, що поверхня рослини населена бактеріями, здатними перетворювати триптофан на ІОК. Проте механізм синергізму, біосинтезу індолів і фітогормонів потребує детальнішого вивчення. Так, виявлено, що має місце факт пригнічення синтезу ауксинів і зниження їхнього кількісного вмісту в рослинах протягом кількох діб після внесення фунгіцидів.

Останнім часом значну роль як одному з параметрів стійкості рослин до стресових факторів відводять проліну. Велика кількість дослідників зафіксувала накопичення цієї амінокислоти під впливом різних екологічних стресів (посуха, засоленість ґрунтів, посилене світлове та ультрафіолетове опромінення; підвищена концентрація важких металів; окислювальний стрес,  тощо).

Однак кореляція між накопиченням проліну в рослинах і стійкістю до абіотичних стресів не завжди підтверджується. Натомість у бактерій доведено зв’язок між накопиченням проліну в клітинах і солестійкістю. Очевидно, ці дані й спричинили появу припущення, що накопичення проліну в рослинах (під дією будь-якого стресу) пов’язане з його захисною функцією. Разом з тим, немає чіткого розуміння механізму збільшення вмісту проліну в рослинах за настання низьких температур. Можливо, це й справді результат впливу таких температур або ж це пов’язано з низькою активністю водного обміну в рослинних клітинах. Пролін має виняткове значення для первинного метаболізму, оскільки він є протеїногенною амінокислотою і входить до складу практично всіх білків.

Просимо звернути увагу на препарати з умістом метіоніну. Хоча на ринку України їхній асортимент дещо недостатній, проте ті, хто спробував на власному досвіді переконались у їхній ефективності. Зокрема, застосування препаратів, що містять метіонін, на посівах злаків підвищує стійкість останніх до вилягання та позитивно впливає на довжину колоса і його озерненість. Крім того, встановлено, що з унесенням метіоніну в рослин посилюється імунітет до патогенних бактерій із родів Pseudomonas та Xanthmonas.

У науковій літературі можна зустріти інформацію про групу так званих стресових амінокислот. Щодо представників цієї групи слід чітко усвідомити їхню специфіку. Тобто за яких умов рослина активізує синтез тієї чи іншої амінокислоти і яка з амінокислот краще проявляє себе за виникнення певного стрес-фактора (водний, температурний, сольовий, вплив пестицидів тощо).

Так, наприклад, за умови низької інтенсивності клітинного дихання і низьких температур у рослинних тканинах накопичується піруват і оксалоацетат. Рослина може використовувати їх для синтезу одних і тих самих амінокислот (аспарагінової, лізину, аланіну). Однак включення амінокислот у ланцюг дихання припиняється або зменшується, причому інтенсивність їхнього накопичення значно залежить від генотипів культури, сорту (гібрида).

Встановлено, що в процесі загартування озимої пшениці в рослинах одних сортів накопичувався аланін, пролін, аспарагінова кислота, тоді як у інших сортів — суттєво змінювався вміст гліцину. Зміна амінокислотного складу практично не позначалася на перезимівлі, проте суттєво вплинула на продуктивність кущення, а в кінцевому результаті — й на врожай. Подальші дослідження амінокислотного складу підтвердили припущення про залучення аланіну, аспарагінової і глутамінової кислот у процес акліматизації й регулювання інтенсивності фотосинтезу. Рослини мали інтенсивніший вуглеводний обмін речовин за низьких температур.

Варто зазначити, що деградаційні процеси виникають не лише під впливом несприятливих температур, а й унаслідок посухи, що є істотним фактором негативного впливу на врожайність сільськогосподарських культур. Адже ні для кого не секрет, що водний стрес розглядають як один із обмежувальних факторів урожайності, який впливає на фізіологічні та біохімічні процеси в рослинах.

Питаннями нівелювання негативного впливу посухи переймаються як науковці, так і аграрії в усьому світі. Дефіцит вологи відчутно зменшує врожайність, а глобальна зміна клімату зробила цю проблему ще серйознішою. Наприклад, рослини пшениці потребують зрошення вже після 50–55% втрати вологи в прикореневій зоні.

Для зниження ступеня шкідливого впливу посухи є безліч рекомендацій, починаючи з добору сортів (гібридів) і закінчуючи цілою низкою агроприйомів з обробітку ґрунту, способів сівби, застосування агрохімікатів тощо. Щодо агрохімікатів, то наукові дослідження і практичний досвід переконливо довели, що амінокислоти прямо впливають на фізіологічні процеси в рослинах. Крім того, науковці встановили, що посуха може модифікувати імунні реакції рослин і стійкість до патогенів. А рослини, які накопичують аргінін, глутамін, глі­цин і пролін, показують найменшу втрату води та зниження фотосинтетичної ефективності листя. Обробка рослин у період посухи комплексом амінокислот не раз доводила свою ефективність, що засвідчує наявність взаємозв’язку між механізмами посухостійкості та імунної відповіді рослин.

До того ж експериментально встановлено, що в стресових умовах вільні амінокислоти впливають на роботу синтезуючого апарату, а деякі з них беруть участь у регуляції метаболізму, визначаючи ефективність роботи фітогормонів. Так, наприклад, аланін здатен кон’югувати з цитокінінами. Крім того, без учас­ті вільних амінокислот неможливе формування пептидів — елементів сигнальних білків, які виконують регуляторні функції. У такому разі дія пептидів у клітинах проявляється їхньою взаємоді­єю з комплементарними ділянками фермента, похідними яких він є. У результаті змінюється його каталітична активність і функціональна дія. І, нарешті, пептиди шляхом впливу на міжмолекулярні комплекси і їхню стабільність між сигнальними білками викликають зміни в клітинному метаболізмі рослин. Попри те, що ці механізми різні, проте функціонують вони узгоджено. Механізм або його комбінація пов’язана з природою і функцією сигнального білка, похідним якого є той самий пептид, який, в свою чергу, також утворився за участі амінокислот.

Загальновідомо, що використання лише одного якогось агрозаходу рідко може забезпечити підвищення врожайності. Виняток становить лише домінуючий вплив якогось фактора, що визначає основу формування продуктивності агробіоценозів. Типовим прикладом може бути сильне ураження рослин збудником бактеріальних кореневих гнилей. За успішного подолання цього негативного фактора можна досягти максимальних результатів. Однак, як правило, для реалізації максимальної продуктивності потрібно задіяти комплекс заходів.

Більшість біопрепаратів ефективні проти багатьох мікозів, проте від бактеріальних хвороб мікробіологічні засоби зазвичай діють слабше. Це підтвердили результати наших випробувань із пошуку варіантів бакових сумішей для обробки насіння злаків. Так, обробка насіння мікробіологічними препаратами забезпечила досить істотне зниження рівня інфікування проростків збудниками фузаріозу, але при цьому ураження бактеріозами залишалося на досить високому рівні. Водночас комплекс на основі цих мікроорганізмів з амінокислотами забезпечив суттєве зменшення ураження бактеріозом. Крім того, під впливом цієї бакової суміші істотно зросли біометричні показники проростків, такі як довжина кореня та кількість кореневих волосків. Протруювання насіння традиційним препаратом (еталон) також забезпечило пригнічення ураження фузаріозом, але проти бактеріальної інфекції він виявився майже неефективним. Одержані результати доводять доцільність використання амінокислот у бакових сумішах під час обробки насіння.

Щодо пестицидів, то ринок стрімко наповнюється селективними гербіцидами, цільовою «мішенню» яких виступають ферменти, амінокислоти, гормони, а то й цілі процеси біохімічного синтезу. Тож у разі, якщо плануєте одночасне внесення селективних гербіцидів і амінокислот, насамперед необхідно з’ясувати, що виступає «мішенню» того чи іншого гербіциду. За певних умов вони можуть інгібувати широкий спектр цільових ферментів у ряду різних біохі­мічних шляхів обміну речовин, виявлених у деяких бур’янах, грибах, комахах, що спричинить порушення їхньої життєдіяльності. За певних концентрацій ці амінокислоти або їхні похідні наділені високим ефектом. Тому способи, що ґрунтуються на їхньому використанні, отримали комерційний успіх. Нині амінокислоти широко застосовують у якості засобів захисту рослин.

Для полегшення вибору препаратів із амінокислотною складовою пропонуємо детальніше ознайомитись із напрямом дії низки представників цієї функціональної групи.

Аспарагінова кислота — стимулює проростання насіння; це вихідний матеріал для треоніну, метіоніну, ізолейцину, лізину та нуклеотидів; джерело органічного азоту; бере участь у формуванні заряду білкової молекули.

Треонін — стимулює проростання насіння; визначає гідрофільність біл­ків; за високих температур регулює механізм захисту рослин під час стресу та роботу відкривання-закривання продихів.

Метіонін — стимулює проростання насіння; посилює ріст коренів, регулює відкривання-закривання продихів; посилює процеси запилення та зав’язування плодів; оптимізує водообмін; регулює утворення етилену; є попередником гормонів росту.

Лейцин, ізолейцин — посилює стій­кість рослин до жари, посухи та засолення (сольового стресу); підвищує життєздатність пилку; впливає на гідрофобність білків.

Глутамінова кислота — стимулює проростання насіння; сприяє росту рослин; бере участь у синтезі хлорофілу; покращує запилення; є компонентом білка.