Функции биоэлемента цинка для растений достаточно широки: он участвует в метаболизме углеводов, фосфатов и протеинов; образовании ауксинов, ДНК, рибосом; способствует синтезу витаминов в растениях; играет важную роль в регулировании процессов роста. Это обусловлено, прежде всего, вхождением в состав разнообразных энзимов: щелочной фосфатазы, фосфолипазы, дегидрогеназы, пептидазы и др. Каталитическая и структурнаяую функция цинка связана с его способность формировать комплексные соединения с N-, О- и S-лигандами [1]..
Каталитическую функцию цинк выполняет в карбоангидразе и карбоксипептидазе. В этом случае металл координируется четырьмя лигандами, три из них представлены аминокислотными остатками (гистидин, глутамин, аспарагин), а четвертый – это молекула воды. Структурную функцию цинк несет в алкогольдегидрогеназе и Zn-белках, включенных в репликацию ДНК и экспрессию генов. В данном случае атомы цинка координируются S-группами четырех остатков цистеина.
Еще в 1869 г. Poлин обнаружил, что добавление ничтожного количества цинка положительно влияет на рост грибов и водорослей. Показано, что при устранении цинка из питательной среды вес мицеллия гриба уменьшается в 2000 раз. Необходимость цинка для высших растений впервые была продемонстрирована К.А. Тимирязевым (1872).
При дефиците цинка возрастает содержание неорганического фосфата, замедляется его превращение в органические формы, это проявляется в том, что листья вырастают бледно-зелеными, а у некоторых растений почти белыми, молодые побеги отмирают. При недостатке цинка в почве уже сформированные листья растений приобретают желто - зеленый окрас, покрываются пятнами и отмирают; молодые листья мелкие, с волнистыми краями, асимметричные; на деревьях, плохо закладываются плодовые почки, на верхушках ветвей образуются побеги с укороченными междоузлиями и мелкими листьями - розеточность. Плоды становятся мелкими, уродливыми, снижается урожайность. На кукурузе недостаток цинка проявляется в виде образования белого проростка или побеления верхушки. Показатель цинкового голодания бобовых культур - наличие хлороза на листьях. У подсолнечника и гречихи наблюдаются признаки недостатка цинка на ранних фазах роста (впоследствии у них образовалось мало семян). Пшеница и ячмень после двух недель выращивания без цинка резко отстаёт в росте, листья усыхают и отмирают. У бобов не обнаруживается проявление недостаточности цинка вплоть до цветения. В период цветения они внезапно и быстро теряют листья и цветки; образуется мало стручков, не содержащих семян [1].
У картофеля признаком цинкового голодания является прекращение роста, вследствие чего уменьшаются размеры растений и листьев, укорачиваются междоузлия и др. Вес листьев и клубней при этом уменьшается. Описаны симптомы недостаточности цинка у овощных культур, имеющие ряд общих признаков — пятнистость, хлороз, уменьшение размеров листовой пластинки. Особенно сильно страдают от недостатка цинка тыква, томаты и горчица. Показана эффективность биостимулятора, содержащего цинк, на культуру табака [1, 2].
Высокие нормы фосфорных и азотных удобрений усиливают признаки недостатка цинка у растений. Особенно цинковые удобрения нужны в случае внесения высоких доз фосфора.
Связь цинка с белковым синтезом проявляется в том, что он является структурным компонентом рибосом. Влияние цинка на белковый синтез осуществляется через регуляцию активности РНК-азы, существенно возрастающую в условиях Zn-дефицита. Интересно, что повышение активности этого фермента опережает появление у растений симптоматики недостатка цинка. Под влиянием цинка улучшаются синтез сахаров и крахмала, белковых веществ, аскорбиновой кислоты и хлорофилла. Кроме того, цинк влияет на проницаемость мембран, стабилизирует клеточные компоненты и системы микроорганизмов, повышает устойчивость растений к сухому жаркому климату и морозу, грибковым и бактериальным заболеваниям.
В некоторых районах земного шара по степени потребности для растений цинк стоит на втором месте после азота [1]. Почти 60 % почв имеет низкое его содержимое - в среднем 0,2 мг/кг, а этого недостаточно для формирования высоких урожаев многих культур. По оценке специалистов, в Крымской области процент пораженности мелколистностью составлял в 18,4% культур. Снижается урожай цитрусовых деревьев, а также у грецкого ореха, тунгового дерева; деревья подвергаются в значительной степени вымерзанию и дают плохой посадочный материал. Устранить мелколистность не удается улучшением водного режима, опрыскиванием растворами солей бора, марганца, меди и применением стимуляторов роста; в то же время растворы солей цинка снижают пораженность деревьев в четыре раза.
Применяя метод меченых атомов, показано, что при инъекции меченого цинкосульфата в штамб или скелетные ветви плодовых деревьев, а также нанесении его на листья, кору и почки происходит подъем меченого цинка с восходящим током и передвижение к точкам роста. Особенно интенсивно деревья поглощают введенный цинк в весенний период [1].
Большинство растительных генотипов и видов обладает высокой степенью приспособляемости к избыточным значениям цинка. Известно, что высокое содержание цинка в почве снижает усвояемость меди растениями.
Все растения по отношению к цинку делятся на 3 группы: очень чувствительные, средне чувствительные и нечувствительные.
К группе очень чувствительных культур (для них в почве должно быть доступного цинка потребность в среднем 50 мг/кг) относятся рис, кукуруза, лен, хмель, виноград, плодовые (в частности яблони, груши), цитрусовые. Для них по классификации с учётом латинских названий приставок цинк является милиэлементом второго рода.
Среднюю чувствительность к Zn проявляют: соя, фасоль, сорго, кормовые бобовые, горох, сахарная свекла, подсолнечник, клевер, лук, картофель, капуста, огурцы, помидоры, ягодники. Для этих культур цинк – милиэлемент первого рода (потребность примерно 5 мг/кг).
Слабо чувствительными (в среднем потребность 0,5 Zn мг/кг) являются: овес, пшеница, ячмень, рожь, морковь, рис, люцерна. Таким образом, только для них цинк является микроэлементом (третьего порядка). Применение цинковых удобрений для этих культур эффективно лишь при содержании подвижного цинка в почве менее 0,2-0,3 мг/кг. Если в почве содержится 0,4-1,5 мг/кг цинка, рекомендуют проводить только при предпосевной обработки семян и внекорневой подкормки.
Таким образом, цинк является важнейшим милиэлементом для многих сельскохозяйственных растений, плодовых и цитрусовых деревьев, а также у грецкого ореха, тунгового дерева и др.
.
Литература и примечания:
[1] Значение цинка в жизнедеятельности растений Агрохимия https://agrohimija24.ru
[2] Плотникова Т.В., Тютюнникова Е.М. Эффективность применения биостимулятора Эмистим С при выращивании табака. - Земледелие. – 2017. - №3. С. 9-11.
[3] Полянская И.С. Новая классификация биоэлементов в биоэлементологии // Молочнохозяйственный вестник. 2014. №1 (13). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/novaya-klassifikatsiya-bioelementov-v-bioelementologii -bioelementov-v-bioelementologii (дата обращения: 28.09.2017).
© В.А. Волков, 2017