Амінокислоти в добривах та їх роль у розвитку рослин

У наш час ринок агрохімічної промисловості розвивається дуже стрімко й динамічно. Компанії хімічної галузі щорічно розробляють і впроваджують якісно нові види добрив, які крім традиційного набору макро- та мікроелементів містять компоненти та сполуки, що раніше не використовувались.

Сьогодні вже нікого не дивує включення низькомолекулярних органічних речовин (фітогормонів), гумінових кислот та фульвокислот, дисахаридів, трисахаридів та олігосахаридів, пептидів і нуклеотидів до складу сучасних живильних комплексів. 

Схоже, що наука дісталась і до амінокислот (органічних сполук, що містять карбоксильну та аміногрупу), оскільки нині вже офіційно зареєстровано близько п’ятдесяти препаратів, до складу яких входять зокрема й ці речовини.

Активне вивчення впливу амінокислот на рослини розпочалося ще в 70-ті роки минулого сторіччя. Вже тоді вчені звернули увагу, що ці речовини підвищують здатність рослин краще засвоювати поживні елементи, посилюють рівень фертильності пилку, сприяють прискореному формуванню зав’язі та позитивно впливають на імунну систему більшості культур.

Окрім того, науковцям вдалося визначити, що амінокислоти здатні активізувати в рослинах механізми швидкого відновлення після впливу несприятливих природних факторів, а також покращують їхню стійкість до різних захворювань і шкідників. З того часу ринок спеціалізованих добрив з амінокислотами, призначених для листових підживлень, невпинно зростає та збільшує свою різноманітність.

Серед ключових країн-лідерів, які виробляють добрива, що містять у своєму складі амінокислоти, окрім Китаю, Іспанії, Німеччини та Італії, знаходиться й Україна. Нині наша промисловість виробляє понад десяток таких препаратів.

Щоб вчасно запроваджувати передовий світовий досвід у свою діяльність, агрономам, фермерам та іншим представникам аграрного сектору доводиться тримати руку на пульсі та уважно стежити за змінами, які відбуваються на ринку добрив. Вони повинні вивчати склад, характеристики, визначати переваги того чи іншого препарату для максимально ефективного його використання. Сучасні аграрії значно краще обізнані в цьому питанні, ніж 50 років тому.

Роль амінокислот у розвитку рослин

Амінокислоти беруть активну участь у процесі метаболізму рослин. Власне, вони є основоположними елементами білків, з яких будуються рослинні клітини. Рослини (та деякі мікроорганізми), на відміну від тварин і людини, здатні продукувати усі необхідні для синтезу білка амінокислоти  самостійно.

Формування амінокислот є дуже складним процесом, який потребує від рослини значну кількість енергії. Ці речовини утворюються внаслідок фотосинтезу і беруть участь у багатьох біохімічних процесах, допомагаючи культурам нормально рости та розвиватися впродовж усього вегетаційного періоду.

До складу рослинного білка входять амінокислоти, що класифікуються як α-амінокислоти (в яких аміногрупа знаходиться біля того ж атома вуглецю, до якого приєднана й карбоксильна група). Зазвичай саме α-амінокислоти входять до базового складу мікродобрив, хоча в самих рослинах у вільному стані зустрічаються також β– (бета) й γ- (гама) амінокислоти.

Усі стандартні амінокислоти (окрім гліцину) можуть утворювати два оптичних ізомери з ідентичними хімічними властивостями, але з протилежним обертанням площини поляризації світла, які є дзеркальним відображенням один одного. 

· L-форма

· D-форма

Називають їх енантіомерами.

Ферментативні системи більшості живих організмів, зокрема й рослин, добре пристосовані саме до L-енантіомерів α-амінокислот, оскільки вони легко засвоюються й беруть активну участь у побудові рослинних білків, тоді як D-ізомери не лише не засвоюються рослинами, а й чинять на них токсичний вплив. 

Властивості амінокислот

Окремі амінокислоти здатні формувати з іонами двовалентних металів (кальцію, магнію та інших) внутрішньокомплексні солі, які називаються комплексонатами. Саме цю природну здатність деяких амінокислот хіміки використовують у виробництві мікродобрив. Першою чергою до таких амінокислот належать: гліцин, аспарагінова кислота, глутамінова кислота.

Хоча в живих клітинах виявлено близько 700 різних амінокислот, проте лише 20 з них задіяні у створенні білка. Їх називають протеїногенними або стандартними. 

Попри те, що рослини здатні самі синтезувати всі необхідні амінокислоти в достатньому обсязі, у несприятливих умовах, під впливом значного стресу, додаткове надходження цих речових сприяє кращому перебігу обмінних процесів та прискорює метаболізм без залучення внутрішніх ресурсів для їх синтезу.

Вчені підтвердили, що в стресових ситуаціях рослини здатні накопичувати чималу кількість вільних амінокислот, не пов’язаних у пептиди та білки. Саме ці амінокислоти виступають у ролі захисного механізму за наявності несприятливих факторів, оскільки швидко задіюються у процес метаболізму як власні.

Тому, якщо в екстемальній стресовій ситуації забезпечити рослину додатковим підживленням амінокислотами – це позитивно позначиться з його подальшому зростанні та розвитку, оскільки завдяки амінокислотам L – зміни швидкість поглинання поживних речовин значно зросте.

Високий рівень засвоєння поживних елементів забезпечують насамперед такі амінокислоти, як глютамінова кислота, лізин, гістидин, гліцин, що утворюють з мікроелементами хелатні сполуки.

Своєю чергою валін, треонін, серин, пролін, аланін, аргинін та тирозин позитивно впливають на рівень метаболізму, завдяки чому рослини швидше відновлюються в стресових ситуаціях.

Найважливіші амінокислоти та їхні функції 

Протеїногенні та непротеїногенні амінокислоти

На сьогодні вченим вдалося визначити та скласти характеристики близько 700 амінокислот. З них лише 20 беруть участь у побудові білків і називаються протеїногенними.

До них належать натуральні альфа-амінокислоти, що входять до складу тварин та рослинних білків. Вони мають оптично активну L-конфігурацію і, синтезуючись усередині рослин, добре засвоюються ними (їх вбудовування в молекулу білка регулюється інформацією генетичного коду).

Непротеїногенні амінокислоти мають D-конфігурацію. До цієї категорії належить понад 200 сполук, які не входять до складу білків. Вони рідко зустрічаються в природі та зазвичай є продуктами обміну нижчих організмів з токсичними властивостями.

Виробництво амінокислот

Білок зазвичай виготовляється з рослинних відходів, екстрактів рослин, водоростей та відходів переробки сировинних ресурсів тваринного походження.

За способом отримання розрізняють два основні види амінокислот:

· синтетичні амінокислоти, які виробляються шляхом синтезу суміші D – енантіомерів (цю групу не використовують для приготування добрив)

та

· амінокислоти, добуті шляхом ферментованого чи хімічного гідролізу білка з використанням різних кислот і лугів (підходять для виготовлення добрив).

Ферментативний гідроліз білка, зокрема й L-амінокислот, є дуже складним і дорогим процесом, оскільки відбувається при безпосередньому використанні особливих різновидів бактерій, завдяки впливу яких утворюються повноцінні вільні біологічно активні речовини, що є найбільш цінними.

Мікродобрива з амінокислотами, виготовлені за допомогою ферментативного гідролізу, дуже ефективні, оскільки містять максимально наближені до природної амінограми рослин L-амінокислоти.

У разі хімічного гідролізу застосовуються кислоти або луги. Ця модель виробництва амінокислот вимагає менше витрат, тому є більш рентабельною і дозволяє значно знижувати вартість кінцевого продукту.

На жаль, під впливом кислоти чи лугу L-триптофан руйнується, а тому амінокислоти, отримані за такою технологією, втрачають свою біологічну активність і не можуть слугувати будівельним матеріалом у створенні білків.

Найбільш низькоякісні, а тому дешеві препарати, до складу яких входить близько 30% амінокислот тваринного походження, надходять на ринок з Китаю. Для виготовлення цих мікродобрив зазвичай використовують соляну кислоту.

Отримати якісні та ефективні мікродобрива з амінокислотами можна виключно з сировини рослинного походження,  концентрація протеїногенних амінокислот в якій становить від 30% до 50%.

Завдяки таким препаратам рослини краще засвоюють поживні речовини, що своєю чергою позитивно вплине на врожайність і якість продукції навіть за наявності несприятливих кліматичних умов.

Роль амінокислот у підвищенні стійкості рослин до стресових ситуацій

До негативних факторів, що спричиняють у ролин стрес, належать: низька або надто висока температуру повітря, нестача чи надлишок світла й вологи, а також несприятливий склад ґрунту та наявність патогенних хвороб та шкідників. Окрім того, у стресову ситуацію культури потрапляють під час активної боротьби з бур’янами, коли аграрії активно застосовують пестициди.

Усі перелічені негативні фактори викликають зниження обмінних процесів усередині рослин і здатні призводити до таких захворювань як хлороз та некроз. Збитки від нанесених пошкоджень негативно впливають на загальну врожайність і складають від 5 до 70%.

Під впливом стресу в рослинах відбувається активний процес розпаду білково-синтетичного апарату – гідроліз та перетворення білків на амоній, що має токсичний вплив і утворює етилен (гормон старіння). У такій ситуації всередині сходів підвищується концентрація абсцизової кислоти, внаслідок чого відбувається гальмування ключових обмінних процесів. Це призводить до того, що рослина передчасно переходить до репродуктивної фази і перенаправлює внутрішні ресурси на формування плодів без повного завершення всіх етапів природного вегетативного розвитку.

Регулювання обмінних процесів за допомогою препаратів з амінокислотами

Вчені неодноразово доводили, що обробка культур препаратами, до складу яких входять амінокислоти, значно підвищує імунітет та ступінь життєздатності рослин, сприяє їх швидкому відновленню в несприятливих умовах.

До того ж усі зазначені вище амінокислоти не лише активують фітогормони, що керують обмінними процесами, але й визначають, в яку саме частину рослини слід направити ресурси для відновлення порушеного внутрішнього балансу.

Оскільки амінокислоти добре розчиняються в воді, під час кореневої чи позакореневої обробки рослин вони здатні легко проникати в рослинні клітини та допомагати їм протистояти впливу негативних факторів. Завдяки такій допомозі в рослинах покращується процес фотосинтезу, підтримується природний гормональний баланс та налагоджується азотний обмін. 

Що таке вільні амінокислоти

Виробники мікродобрив часто використовують термін «вільні амінокислоти», який можна застосовувати як до білкових амінокислот, що зустрічаються в незв’язаній у білки чи пептиди формі, так і до небілкових.

У вільних або непротеїногенних амінокислотах аміногрупа не має хімічних зв’язків з іншими молекулами, а це сприяє їх швидшому засвоєнню.

Молоді рослини містять більше вільних амінокислот, ніж старі, і відсоток їх вмісту у вегетативних органах вищий, ніж у репродуктивних.

Яким мікродобривам з амінокислотами слід насамперед віддавати перевагу?

По-перше, під час вибору того чи іншого препарату слід звертати увагу на склад амінокислот.

По-друге, необхідно звернути увагу на спосіб отримання амінокислот і сировину, яка для цього використовувалась. Вона обов’язково повинна мати рослинне походження. 

Способи застосування препаратів

Мікродобрива, що містять амінокислоти, добре розчиняються у воді, тому їх можна вкористовувати як для листкової обробки рослин, так і шляхом внесення препарату безпосередньо під кореневу систему.

Зазвичай усі мікродобрива з амінокислотами дозволяють здійснювати процес підживлення з використанням бакових сумішей одночасно з пестицидами, завдяки чому пом’якшується стресовий вплив останніх на рослини.

За будь-якого випадку, якісні препарати, що мають у своєму складі амінокислоти, є для аграріїв надійними засобами, які допомагають значно підвищити ефективність їхньої праці.