Problematika chelatizácie mikroelementov v kvapalných hnojivách
Pri výrobe viac zložkových kvapalných hnojív s mikroelementmi sa paušálne uplatňujú syntetické cheláty typu etylendiamin tetraoctovej kyseliny (EDTA).
Charakteristika chelátov: Do kategórie chelátov (komplexónov) patria latky, ktoré s kovmi vytvárajú komplexne stabilne zlúčeniny (soli). Vlastnosťami chelátov okrem EDTA vykazujú aj ďalšie zlúčeniny ako 8-hydroxychinolín, dietylen-triaminopenta kyselina octová, cyklohexan-trans-1,2 diaminotetra kyselina octová a ďalšie. Avšak okrem syntetických produktov je cela rada prírodných látok, ktoré majú podobne vlastnosti, príkladom môžu byť humáty, fytaty, glukonáty, minerálne a organické koloidy a iné látky. EDTA tým, že vo svojej štruktúre obsahuje štyri molekuly zvyškov kyseliny octovej dokáže prostredníctvom disociácie karboxylovej skupiny kovalentnou väzbou viazať katióny (Obr. 1).
|
Obr. 1: Štruktúra etylén diamintetraoctovej kyseliny (EDTA) vo väzbe s vápnikom |
Priestorová konformácia molekuly EDTA v roztoku vytvára stav, pri ktorom katióny sú akoby uzatvorene v štruktúre molekuly chelatu, čo obmedzuje ich interakciu zo zlúčeninami prítomnými v roztoku, predovšetkým s aniónmi kyseliny trihydrogénfosforečnej. V opačnom prípade by vznikali nerozpustne soli fosforečných zlúčenín.
Argumenty o negatívnom účinku EDTA na prijem živín. Experimentálne bola potvrdená vysoká reaktivita syntetických chelátov typu EDTA v narušení permeability biologických membrán, ktorá je zrovnateľná s účinkom detergentov (v koncentrácii 0,1-0,01 %). V dôsledku toho cytoplazmatická membrána stráca natívne vlastnosti, prestáva plniť bariernu funkciu pre vstupujúce latky vrátané živín do cytoplazmy. Bunka sa stáva otvoreným systémom, ktorý nie je schopný regulovať transportne procesy do cytoplazmy(influx a efflux). Za týchto podmienok do bunky nekontrolované vstupujú aj toxické latky, ktorých veľkosť molekuly presahuje rozmery Iónových kanálov a pór v cytoplazme. Deštrukcia biologických membrán je čiastočne zrovnateľná s účinkom povrchovo aktívnych látok (detergentov), ktoré sa prejavujú v štvornásobnom zväčšený voľného priestoru (AFS) v pletivách koreňov a listov v relácii s kontrolou. Voľný alebo zdanlivý voľný priestor je tvorený objemom bunkovej steny a medzibuňkového priestoru na, ktorý pripadá maximálne okolo 6-10 % objemu pletiva, ktorý je naplnený vodným roztokom. Zloženie živín v tomto priestore je zrovnateľne z obsahom živín v pôdnom roztoku. Do priestoru AFS sú ióny transportovane pasívne v zmysle smeru chemického gradientu. Vytvára sa stav, pri ktorom bunky ohraničene cytoplazmatickou membránou akoby boli „omývané“ pôdnym roztokom.
Bunková stena ako súčasť AFS je účinným kolektorom akumulácie(hromadenia) živín, pričom v podmienkach pH< 4 adsorpčne miesta bunkovej steny vykazujú kladný náboj, čo ma pozitívny efekt na akumuláciu aniónov. Naproti tomu pri pH > 4 nadobúda záporný náboj, ktorý stimuluje hromadenie katiónov. Z kinetiky priebehu adsorpčnej izotermy príjmu fosforu vyplýva, že akumulácia fosforu v priestore AFS je časove veľmi rýchla a polčas (t0,5) maximálnej saturácie adsorpčného povrchu bunkovej steny zodpovedá 12 minútam (Michalík, 1983). Maximálny prijem jednotlivých iónov v závislosti od pH je nasledovný: maximum pre NO3-pripadá na pH 3,3, pre NH4 + (pH 7,5), pre H2PO4 - - pH 3,4 a pre SO4 2- okolo pH 3,5. Podľa Sutcliffa (1964) prítomnosť iónov draslíka a vápnika stimuluje prijem aniónov v nasledovnom poradí: NO3 - > SO4 2- > Cl - > HPO4 2- . V zaujme ustálenia elektroneutrality prijem aniónov je vyvážený príjmom katiónov, čo sme poukázali na príklade príjmu dusičnanov a amoniaku.
Treba konštatovať, že katióny mikroelementov viazane v štruktúre chelátov vykazujú zvýšenú mobilitu v pôde, ale aj ich transportu do priestoru AFS a cytoplazmy, ktorý sa uskutočňuje cez jednotlivé pory a iónové kanály o rozmeroch okolo 0,4 nm a plazmodeziem (60-90 nm), pričom priemer jednotlivých živín a vody nepresahuje < 0,24 nm.
Detergenty a cheláty okrem narušenia štruktúry cytoplazmatickej membrány spôsobujú deštrukciu membrán mitochondrii a chloroplastov, čo spôsobuje narušenie biochemických procesov zrovnateľných z účinkom inhibítorov enzymatických reakcii. Inhibičný účinok EDTA na metabolické procesy bol potvrdený výsledkami príjmu a metabolizmu fosforu koreňmi kukurice (Obr. 2).
|
Obr. 2: Vplyv EDTA a inhibítorov latkového metabolizmu na prijem fosforu koreňmi kukurice (Michalík,1983) |
Je pozoruhodne, že inhibičný účinok EDTA (pri koncentrácii 10-3 mol) je zrovnateľný z inhibíciou glykolýzy kyselinou monojod octovou (v konc. 5.10-3 mol), oxidačnej fosforylácie 10-4 mol 2,4-dinitrofenylfosfátom a fosforylačnych reakcii (10-3 mol soli arzénu – NaHAsO4).
Výsledky individuálnych tokov iónov kyseliny trihydrogénfosforečnej značenej rádionuklídom 32P potvrdili negatívny účinok EDTA na akumuláciu fosforu (Tab. 1).
Tab. 1: Testovanie látok na priebeh individuálnych tokov fosfátov v koreňoch kukurice
Prítomnosť v živnom médiu EDTA spôsobila zníženie príjmu P (influx) a naproti tomu trojnásobné zvýšenie spätného toku (efflux) fosfátov z koreňov do vonkajšieho roztoku). V dôsledku uvedeného akumulácia fosforu bola znížená o 1/3 v porovnaní s kontrolou.
Z prezentovaných výsledkov jednoznačne vyplýva záver o negatívnom účinku EDTA na prijem živín a metabolické procesy v rastlinách. Na základe týchto výsledkov je zložite predikovať rozsah negatívneho účinku EDTA na tvorbu úrody. V každom prípade pestovateľom odporúčam maximálnu opatrnosť pri aplikácii syntetických chelátov typu EDTA a jeho chemických analógov. Výrobcom kvapalných hnojív s mikroelementmi odporúčam realizovať náhradu EDTA prírodnými látkami, ktoré vykazujú vlastnosti chelátov.
O toxicite EDTA pri aplikácii kvapalného hnojiva rozhoduje jeho prahová koncentrácia v biomase pestovaných plodín v rozsahu aproximatívne okolo 10-4 mol.
