Біостимулятори на основі амінокислот: принцип дії та роль у метаболізмі рослин
Шановні читачі, впевнений, що кожен із вас у своїй практиці хоча б раз стикався з необхідністю застосовувати біостимулятори росту рослин за тих чи інших умов. Проте поняття «біостимулятори росту» видається досить широким і може включати цілу низку абсолютно різних за призначенням, походженням та специфікою використання препаратів. Дуже часто до стимуляторів росту відносять препарати, що не мають жодного стосунку до даного типу продуктів. Наслідком неправильного застосування біостимуляторів росту або некоректного вибору препарату для вирішення конкретного завдання є відсутність бажаного результату та розчарування від такого типу продуктів. Також однією із причин, що стримує розвиток біостимуляторів, є досить велика кількість препаратів з відверто низькою якістю та ефективністю й водночас обіцянками майже чудодійного ефекту.
Мета даної статті класифікувати біостимулятори росту за призначенням і походженням та розібратися в тонкощах їх використання для досягнення бажаного результату.
Що таке біостимулятори?
Біостимулятори росту — це речовини чи мікроорганізми, що застосовуються для підвищення стійкості рослин до абіотичного стресу, покращення ефективності їх живлення та якості отримуваної продукції. Чи не найважливішим напрямом використання біостимуляторів є зменшення втрат урожаю внаслідок дії абіотичного стресу — дефіциту вологи, несприятливого температурного режиму, сонячної радіації, засолення. Продукти даного типу стають дедалі популярнішими і в майбутньому можуть стати важливим інструментом для зменшення наслідків абіотичного стресу рослин, що вже є звичним явищем та причиною значних втрат урожаю. Так, наприклад, щорічні втрати від повернення заморозків оцінюються в 27 млрд дол., втрати від високих температур — в 47 млрд дол., а дефіцит вологи щороку завдає збитків на суму 68 млрд дол. При цьому, за різними оцінками, культурою, яка найбільше страждає від абіотичного стресу, вважається кукурудза. За результатами багатьох досліджень, біостимулятори-антистресанти можуть зменшити втрати врожаю за умов помірного стресу на рівні 5–10 % порівняно з контролем, звісно, у разі вчасного їх застосування й правильно підібраного ефективного продукту.
Не варто плутати біостимулятори зі звичайними стимуляторами росту, наприклад рослинними гормонами, основним напрямом дії яких є стимуляція поділу клітин та їх розтягування. Так само недоречними під час стресу можуть бути і мікродобрива.
Найбільшу роль у зменшенні впливу абіотичного стресу відіграють біостимулятори росту на основі амінокислот, що беруть активну участь в процесах метаболізму рослин. Проте не всі амінокислоти є біостимуляторами. Більше того, не всі амінокислоти засвоюються рослинами. Як бачимо, завжди є нюанси щодо використання тих чи інших препаратів, тому потрібно розумітися на принципах їх дії та особливостях застосування.
Саме тому пропонуємо розглянути й спробувати класифікувати біостимулятори за походженням та принципом дії.
1. Гумінові та фульво кислоти є представниками органічних кислот, що містяться в ґрунті та утворюються в результаті розкладу рослинних і тваринних решток. Гумінові та фульво кислоти сприяють підвищенню родючості ґрунту та засвоєнню поживних речовин. Гуматами називають численну групу препаратів, виготовлених із легкорозчинних солей гумінових кислот. Найбільш поширеним методом отримання «природних» гуматів є виділення гумінових речовин з викопної сировини, наприклад торфу. В процесі такого типу виробництва отримують безбаластні та баластні (містять домішки) гумати. На сьогодні питання ефективності даного типу продуктів викликає багато суперечок, причиною чого є присутність на ринку значної кількості низькоякісних продуктів.
2. Екстракти морських водоростей (Ascophyllum nodosum) є джерелом полісахаридів, полінасичених жирних кислот, ферментів та пептидів. Використання екстрактів морських водоростей під час вегетації може стимулювати ріст, а також допомагати рослинам легше переносити періоди з дефіцитом вологи, засолення ґрунту. При цьому препарати на основі Ascophyllum nodosum (як найбільш вивчені) можуть значно відрізнятися за складом, біоактивністю та, відповідно, ефективністю залежно від методу екстракції, що використовувався в ході їх виготовлення.
3. Симбіотичні бактерії, зазвичай ендофіти (колонізують тканини рослин), що беруть участь в процесі фіксації атмосферного азоту й опосередковано можуть мати стимулюючу дію. Даний напрям лише починає розвиватися і в майбутньому може мати неабиякі перспективи.
4. Мікоризні гриби, які сприяють кращому засвоєнню поживних речовин із ґрунту, опосередковано можуть підвищувати стійкість рослин до стресових факторів.
5. Препарати на основі хітозану, що мають імуномодулюючу дію та активують гени, які відповідають за захисні реакції.
6. Продукти на основі амінокислот, що отримують завдяки гідролізу або ферментації сировини рослинного чи тваринного походження.
В перспективі продукти на основі амінокислот відіграватимуть значну роль у зменшенні впливу абіотичного стресу на кінцеву врожайність багатьох сільськогосподарських культур. Тому потрібно розумітися на особливостях їх використання вже зараз, щоб бути на крок попереду в майбутньому. Розуміння принципу їх дії та особливостей застосування також дозволить заздалегідь відсіяти недієві препарати.
Чим корисні амінокислоти, який принцип їх дії та які між ними відмінності?
Під час вивчення даних речовин було виявлено, що амінокислоти підвищують здатність рослин засвоювати елементи живлення, покращують фертильність пилку та мають позитивний вплив на імунну систему рослин. Та найголовніше, було доведено, що амінокислоти здатні активізувати власні захисні механізми рослин, а це дозволяє підвищити опір до дії несприятливих абіотичних факторів — несприятливого температурного режиму, дефіциту вологи, сонячної радіації та ін. Звичайно, амінокислоти не є панацеєю, але вчасне застосування правильно підібраного препарату дозволяє зменшити втрати врожаю за умови помірного стресу рослин.
Амінокислоти беруть активну участь в процесах метаболізму рослин та по своїй суті є будівельним матеріалом для їхніх клітин. Утворення амінокислот у рослині — це досить складний, поетапний процес, на який вона затрачує значну кількість енергії. Амінокислоти беруть участь в багатьох біохімічних процесах, у тому числі осморегуляції.
В періоди, коли рослини знаходяться в стані стресу та відбувається порушення нормальних фізіологічних процесів, насамперед порушується синтез білка, в такому разі надходження потрібних амінокислот із зовні в легкодоступній формі дає змогу швидше відновити нормальну життєдіяльність рослини без зайвих затрат її енергії.
В природі існують два оптичні ізомери амінокислот — L-форма та D-форма (D-форма не засвоюється рослинами). Деякі амінокислоти мають хелатуючі властивості (аспарагінова кислота, глутамінова кислота, гліцин) та здатні утворювати з іонами двовалентних металів комплексонати, що покращує їх засвоєння рослинами.
До найбільш важливих амінокислот можна віднести такі:
Пролін — відіграє основну роль у підвищенні стійкості рослин до абіотичного стресу та подолання його наслідків. Окрім того, бере участь в синтезі хлорофілу та оптимізує водний обмін.
Глутамінова кислота — бере участь в синтезі хлорофілу, активізує обмінні процеси та відновлює водний баланс, зміцнює клітинні стінки, відіграє роль осморегулятора, є учасницею процесу відкриття продихів, має хелатуючі властивості, покращує стійкість рослин та є джерелом дальшого синтезу інших амінокислот.
Аспарагінова кислота — бере активну участь в азотному обміні та синтезі білка, є будівельним матеріалом для синтезу інших амінокислот.
Аланін — підвищує стійкість рослин в умовах дефіциту вологи та низьких температур, бере участь у синтезі хлорофілу.
Гліцин — регулює відкриття продихів, має хелатуючі властивості, підвищує стійкість рослин в умовах стресу, бере участь в процесах запилення та формування плодів.
Лейцин — відіграє роль осмопротектора, підвищує стійкість рослин в умовах посухи, допомагає рослинам подолати стрес, спричинений засоленням ґрунту.
Як бачимо, більшість амінокислот задіяні в процесі синтезу хлорофілу, підвищують стійкість рослин до тих чи інших стресових умов, регулюють відкриття продихів та є осмопротектантами.
Осмотичне регулювання — один із найважливіших механізмів рослин у протидії стресу, що допомагає рослинам краще адаптуватися до стресових умов та зберегти свою продуктивність.
Причиною осмотичного стресу найчастіше є дефіцит вологи, високі температури чи висока концентрація солей у ґрунті. Результатом дії вказаних чинників є втрата тургору в клітинах рослин та закриття продихів. Підтримка тургору — це важливий механізм адаптації клітин до умов стресу. Деякі з наведених амінокислот мають важливе значення в осмотичному регулюванні. Принцип їх дії полягає в зниженні осмотичного потенціалу клітин завдяки підвищенню концентрації розчинених органічних та неорганічних речовин (цукри та бетаїн). Зниження осмотичного потенціалу допомагає підтримувати тургор у клітинах, а отже, сприяти нормальному протіканню фізіологічних процесів у клітинах рослин та краще протистояти стресу. Серед неорганічних речовин важливу роль в осморегуляції відіграє калій.
Коли застосовувати біостимулятори?
З метою запобігання стресу, викликаного абіотичними чинниками, та зменшення його наслідків біостимулятори найкраще використовувати перед настанням стресових умов. Таким чином, ми готуємо рослину до стресу, стимулюючи власні захисні механізми. За вказаних умов працює принцип попередження та профілактики можливого стресу, що завжди дає більший ефект, аніж лікування рослин, які вже перебувають в стані стресу.
Проте теорія тим і відрізняється від практики, що не завжди вдається спрогнозувати стресові умови в конкретній ситуації. Якщо завдяки метеорологічному прогнозу ми можемо передбачити стрес внаслідок несприятливого температурного режиму, то фітотоксичність засобів захисту рослин може стати для нас неприємною несподіванкою. Тому досить поширеною практикою є застосування біостимуляторів уже за явних ознак стресу — чи то пошкодження градом чи фітотоксичність, спричинена застосуванням засобів захисту рослин через 3–5 днів після настання стресового фактора. За такого використання рослини швидше відновлюють нормальні фізіологічні процеси та ріст.
Які напрацювання в даному напрямі має компанія «Сингента»?
«Сингента» активно розвиває напрям біологічних засобів захисту рослин, у тому числі сегмент біостимуляторів. Яскравим прикладом є препарат Ізабіон® — потужний антистресант із високим вмістом вільних амінокислот. Ізабіон® вирізняється не тільки кількісним, а й якісним складом найважливіших амінокислот, як от гліцин, пролін, аланін, аспарагінова кислота, глутамінова кислота та ін. Завдяки якісному та кількісному вмісту амінокислот забезпечується стимулювання фізіологічних процесів у рослині, підвищується її стресостійкість. Після застосування Ізабіон® рослини швидше долають наслідки стресу, покращується ефективність живлення, що позначається на кінцевому результаті, а саме кількісних та якісних показниках урожаю. Ще однією важливою перевагою Ізабіон® є висока засвоюваність амінокислот, які входять до складу препарату, завдяки особливостям процесу
його виробництва та концентрованій сировині.
Також ми очікуємо на реєстрацію нового препарату, головною особливістю якого є унікальна рецептура, що дозволяє краще адаптувати рослини до теплового стресу та дефіциту вологи, з вираженими антиоксидантними й осмопротекторними властивостями.
Сподіваємось, дана стаття допомогла вам розібратися в особливостях біостимуляторів та тонкощах їх застосування, і бажаємо вам отримувати тільки позитивний «стрес» від гарного врожаю!
Олександр Соловйов, менеджер з технічної підтримки, напрям «Фунгіциди на технічних культурах»