Мікроелемент Залізо

Залізо (хімічний символ Fe) є одним із шести мікронутрієнтів або мікроелементів, необхідних для росту та розмноження рослин. З багатьох особливих властивостей заліза його здатність легко піддаватися змінам валентності, або легко окислюватися є сутністю його біологічної важливості. У більшості наукових публікацій та досліджень обговорюється залізо у ґрунті, де воно присутнє у вигляді мінералів (наприклад, гематит), неорганічних опадів (наприклад, оксидів заліза), органічних комплексів (наприклад, гумати) та іонів у ґрунтовому розчині. Хімічно це відбувається у двох формах або ступенях окиснення: Fe 3+ та Fe 2+ . Двовалентне залізо легко окислюється до тривалентного, яке практично нерозчинне у воді. У нормальних, добре аерованих сільськогосподарських ґрунтах активно відбуваються процеси окислення і, отже, переважає тривалентне залізо. Ці явища є головною причиною проблеми дефіциту заліза у сільськогосподарських культурах.

Як і всі поживні речовини для рослин, залізо повинно знаходитися у водному розчині, для того, щоб коріння змогло його поглинути. Будь-який фактор, який зменшує активність або концентрацію розчиненого заліза (іонів Fe), негативно впливатиме на поглинання. Ця реакція сильно залежить від рівня рН – активність розчинного заліза зменшується у 1000 разів при кожному підвищенні рН на одиницю.

Функції заліза

Залізо переважно поглинається рослинами у ґрунті у вигляді заліза (Fe 2+ ). Однак, оскільки більшість сільськогосподарських ґрунтів містять залізо у формі заліза (Fe 3+ ), рослини повинні якимось чином спочатку розчинити Fe 3+ , а потім зменшити його до Fe2+ так, щоб він міг проходити черезплазматичну мембрану кореня волосся (плазмалемму). Точний механізм, який описує цей процес, ще погано вивчений. Очевидно, він варіює між видами рослин.

У більшості культур поглинання заліза є активним процесом, що потребує енергії. Кореневі волоски рослини виділяють протони (іони H + ) та ексудати в навколишній ґрунт. Протони допомагають розчинити Fe 3+ , знижуючи pH, та сприяють хелированию іонів Fe 3+ фенольними ексудатами. На поверхні кореня хелат заліза Fe3+ відновлюється до хелату заліза Fe2+, який легко вивільняє Fe2+ для поглинання кореневими волосками. Як тільки він перейшов у корінь, Fe 2+ окислюється до Fe 3+ і потім хелатується іонами цитрату. Залізо-цитратний хелат потім транспортують в області рослини, що активно ростуть. Після транслокації залізо має тенденцію фіксуватися і може бути повторно переведено з органу до органу. З цієї причини симптоми дефіциту заліза мають тенденцію впливати лише на нове зростання.

Дефіцит заліза

Майже без винятку дефіцит заліза призводить до хлорозу молодого, швидко зростаючого листя, а більш старе листя залишається темно-зеленим. Жилки залишаються різко зеленими на відміну жовтих міжжилкових областей. У рослинах з паралельним житловим листям (наприклад злаки) спостерігається ефект трампліну. На широколистяних рослинах видно тонку сітчасту структуру (див. рис). Спочатку вени залишаються зеленими, що дає сітчастий рисунок. На пізніх стадіях жилки також стають хлоротичними і можуть руйнуватися, і весь листок здається вибіленим. Некроз зазвичай немає до заключних етапів розвитку симптомів.

Діагностика та усунення дефіциту заліза

Візуальні симптоми характерні для точної діагностики дефіциту заліза. Якщо є сумніви,можна провести обприскування сполуками заліза – реакція зазвичай дуже швидка. Загальна дія хлорозу з дефіцитом заліза є зниженням фотосинтетичної активності, необхідної для зростання та розвитку. Це, у свою чергу, знижує врожайність сільськогосподарських культур та їхнє економічне використання людиною. Дефіцит магнію також показує хлороз у міжжилкових областях, але ці симптоми починаються на старішому листі, а хлороз має більш жовто-оранжевий колір. Дефіцит марганцю також показує хлороз на молодому листі, але вени залишаються зеленими навіть при серйозному дефіциті.

Оптимальні концентрації заліза різних рослин різняться. Наприклад, для більшості виноградних культур, що вирощуються, поживний розчин повинен містити 2-3 ppm Fe (2-3 мг/л).

Надлишок заліза

Накопичення заліза в клітинах може бути токсичним. Воно може діяти каталітично для генерування гідроксильних радикалів, які можуть ушкоджувати ліпіди, білки та ДНК. Через потенційну токсичність, пов'язану з високим рівнем заліза, клітини зберігають залізо з внутрішньоклітинним білком феритином, який виділяє залізо контрольованим чином. Цей білок виробляється майже всіма живими організмами, включаючи водорості, бактерії, вищі рослини та тварини.

Діагностика та усунення надлишку заліза