Сера и ее роль в жизни растений

Глава 8. Серосодержащие удобрения

Сера и ее роль в жизни растений

 

Сера была известна уже в глубокой древности: 2 тыс. лет до н.э. она использовалась в Древнем Египте, Гомер упоминает о сжигании серы для дезинфекции и т.д.

Сера – необходимый элемент питания растений. По физико-биохимичес-кому значению она стоит в одном ряду с азотом, фосфором, калием и другими важнейшими элементами. Она входит в состав белков, содержится в таких аминокислотах, как цистин, метионин, витаминах В (тиамин), Н (биотин), чесночном и горчичном масле, является составным элементом некоторых антибиотиков, в частности пенициллина. Сера присутствует в растениях в виде органических и минеральных соединений. Она составляет около 0,2 – 1 % сухой массы растений. Обычно только небольшое количество этого элемента находится в растениях в минеральной форме, как правило, в виде CaSO₄. Основная часть серы, поглощенной в виде сульфата, восстанавливается в тканях растений до уровня SH-групп органических соединений. Процесс восстановления серы происходит в листьях (хлоропластах) и является ключевым в ассимиляции серы. Ее минеральные формы служат резервом серы в растении, но как антагонисты одновалентных ионов участвуют в поддержании тургесцентного состояния плазмы.

Наиболее высокое содержание серы отмечено у семян бобовых культур, а также у растений, содержащих горчичные и луковые масла (капустные, луковые). По количеству серы, выносимой растениями из почвы (на единицу сухого вещества), семейства располагаются в следующей последовательности (по убывающей): капустные (капуста, брюква); луковые (лук, чеснок); маревые (свекла); зонтичные (укроп); астровые (подсолнечник); бобовые (клевер, люцерна); мятликовые (пшеница, ячмень). Количество серы, выносимой сельскохозяйственными культурами из почвы, ненамного меньше, чем фосфора, а некоторые культуры потребляют серы больше.

Сера играет большую роль в окислительно-восстановителъных процессах, в активировании ферментов, синтезе белков, участвует в синтезе хлорофилла. Окисленная форма серы – исходный продукт для синтеза белков, она же – конечный продукт их распада. В молодых органах растений, где преобладают синтетические процессы, сера находится в основном в восстановленной форме. По мере старения в растениях процессы гидролиза превалируют над синтезом, возрастает количество окисленных форм соединений серы. Работы последних лет подтвердили участие серы в ассимиляции нитратов растениями. Установлено, что серосодержащие удобрения способствуют сдерживанию накопления нитратов в клубнях картофеля и других культурах.

При недостатке серы задерживается синтез белков, так как затрудняется синтез аминокислот, которые содержат этот элемент. Поэтому внешние признаки недостатка серы сходны с симптомами азотного голодания растений. Это иногда приводит к ошибочным диагнозам, вследствие чего завышаются дозы азотных удобрений, а из-за этого снижается количество и качество продукции. В условиях нехватки серы растения приостанавливаются в развитии, уменьшается размер листьев, из-за меньшего образования хлоропластов они приобретают светлую желтовато-зеленую до желтой окраску. Однако, в отличие от азота недостаток серы сказывается большей частью на молодых листьях.

В настоящее время известно положительное влияние серы на величину и качество урожая: повышение содержания белка в зерновых культурах, масличности семян крестоцветных культур и другие. Это связано, прежде всего, с физиологической ролью серы, участием в синтезе незаменимых аминокислот, витаминов, ферментов, углеводном и азотном обмене.

Важнейшая функция серы в белках заключается в том, что SH-группы участвуют в образовании ковалентных, водородных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка. Дисульфидные мостики (-S-S-связи) между полипептидными цепями или двумя участками одной и той же цепи стабилизируют структуру белковых молекул.

Сера участвует в окислительно-восстановительных процессах в клетке, благодаря обратимому переходу восстановленных соединений в окисленные: 2(-SH) ↔ -S-S- при взаимопревращениях цистеин ↔ цисцин и 2SH - глутатион ↔ (S-S-глутатион). В цистине имеется дисульфидная (-S-S-), а в цистеине сульфгидридная (-SH) группы. Сульфгидрильная группа при окислении легко отдает водород и переходит в окислительную группу с образованием цистина.

В состав трипептида глутатиона также входит аминокислота цистеин, что определяет его участие в окислительно-восстановительных процессах.

Велика роль серы в составе кофермента А(КоА-SH), SH-группа которого участвует в образовании высокоэнергетической тиоэфирной связи ацетилкофермента А(СН₃СО-КоА). Ацетил-КоА играет важнейшую роль в метаболизме жирных кислот, аминокислот, углеводов, веществ вторичного обмена.

В природе сера встречается как в виде элемента, так и органических и неорганических соединений. Залежи серы часто встречаются в районах вулканической активности. Большие ее запасы найдены в Японии, Италии, США.

Источником серы для растений являются в основном соли серной кислоты, присутствующие в почве. В растения она поступает в виде ионов SO₄ из почвы, но может также усваиваться листьями (сернистый газ). Поглощение сернистого газа характерно прежде всего для промышленных районов, где возможно также повреждение растений при слишком высокой концентрации SО₂ в воздухе.

Общее содержание серы в почвах колеблется от 0,001 до 0,1%. Неорганические соединения представлены сульфатами (гипс CaSO₄∙2H₂O, ангидрид CaSО₄) и сульфидами (пирит FeS₂), FeS. Сульфидная сера становится доступной растениям после перехода в сульфатную форму. Запасы доступной растениям сульфатной серы в дерново-подзолистых почвах колеблются от 30 до 90 кг/га. Большая часть серы (от 70 до 90 %) присутствует в почве в виде органических соединений, которые не усваиваются растениями. При минерализации органического вещества сера переходит в сульфатную форму. Содержание сульфатов (как и нитратов) в почве меняется по сезонам. Больше всего сульфатов в почве летом, когда минерализация (сульфофикация) идет максимально активно. Обычно серы тем больше, чем выше содержание гумуса, много ее и в торфяных почвах. В дерново-подзолистых почвах дефицит серы ощущается на легких малогумусных, а также в переувлажненных почвах.