- Wstęp.
Cynk jest metalem ciężkim; jego masa atomowa wynosi 65,38. Wykazuje dość dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne. Tworzy związki wyłącznie w stopniu utleniania +2. Cynk rozpuszcza się nawet w rozcieńczonych kwasach rugując z nich wodór. W przyrodzie nie występuje nigdy w stanie rodzimym Cynk, podobnie jak miedź, tworzy związki kompleksowe, jednak mniej trwałe.
W minimalnych ilościach cynk jest niezbędnym składnikiem pokarmowym dla wszystkich roślin (wyższych i niższych). Objawy niedoboru cynku u roślin wyższych po raz pierwszy opisał Mazć (1914) na kukurydzy rosnącej w kulturach wodnych. Badacze zainteresowali się jednak szerzej problemem cynku dopiero w chwili, gdy poznano, że niektóre choroby drzew owocowych, a także innych roślin uprawnych są wywołane brakiem tego składnika. Były to: choroba „małych liści” i „rozette”, występujące na różnych drzewach owocowych (jabłonie, grusze, śliwy, wiśnie, brzoskwinie, morele i in.), oraz choroba „cętkowanych liści” drzew cytnusowych. W latach trzydziestych choroby te występowały na dużych przestrzeniach sadów kalifornijskich, na Florydzie, Hawajach, w Australii i in. i przez szereg lat nie umiano znaleźć istotnej ich przyczyny. Dopiero przypadek sprawił, że rozpoznano je jako choroby wywołane brakiem cynku, to wtedy stwierdzono, że radykalnym środkiem zaradczym była niewielka dawka cynku dana do gleby lub stosowana dolistnie przez opryskiwania chorych drzew roztworem ZnSO4, (Hoagland, 1948).
2. Pobieranie i zawartość cynku w roślinach.
Na pobieranie cynku przesz rośliny wpływa szereg czynników. Pobieranie to stoi w ścisłym związku z zawartością przyswajalnego cynku w glebach, która z kolei jest w dużym stopniu uzależniona od pH. Największa dostępność cynku w podłożu występuje do pH 6,5, dostępność cynku poprawia także obecność w podłożu materii organicznej. Pobieranie cynku mogą ograniczać wysokie stężenia fosforanów. Pod wpływem fosforu następowało wytrącanie nierozpuszczalnych związków cynku w glebie. Dostępność Zn dla roślin jest również zależna od mikroflory jaka występuje w podłożu.
Wśród roślin istnieją duże różnice gatunkowe (a nawet odmianowe) co do zdolności pobierania cynku z gleby i pod względem ich wrażliwości na niedobór lub nadmiar tego składnika. Składają się na to zarówno specyficzne różnice w zapotrzebowaniu poszczególnych gatunków (czy odmian) na ten składnik, różne tempo jego pobierania, a także wpływ innych jonów (fosforanów, manganu i in.), przyswajanych wraz z cynkiem przez korzenie roślin w bardzo różnych proporcjach; wchodzi tu w grę również zakres reutylizacji cynku w roślinie. Duża część cynku zawartego w komórce mieści się w soku komórkowym w formie rozpuszczalnej. Niemniej ruchliwość cynku w całej roślinie nie jest duża.
Odmiennie przedstawia się też u różnych roślin wrażliwość na nadmiar cynku. Badacze usiłują określić tzw. graniczne zawartości cynku w roślinach, jednak wiadomości na ten temat są jeszcze bardzo niekompletne. Dla większości roślin za właściwe zawartości cynku uważa się 30—50 ppm Zn. Rośliny wykazują jednak na ogół dużą tolerancję na wyższe koncentracje cynku w tkankach. Wiadomo również z praktyki rolniczej, że szeroko stosowane grzybobójcze preparaty cynkowe w stężeniach 0,1—0,2%, nie uszkadzają opryskiwanych nimi roślin. Ustalenie granicznych zakresów zaopatrzenia roślin w cynk może oddać duże usługi przy diagnostyce niedoborów (ewentualnie nadmiarów) tego składnika w glebie. Badacze zwracają jednak uwagę, że w roślinie należy oznaczać nie tylko zawartość cynku, ale również stosunek P:Zn, a także stosunek Mn:Zn. Niski poziom manganu obniża zapotrzebowanie roślin na cynk, wysoki poziom manganu podnosi granicę tolerancji na wysokie stężenia cynku.
Zapotrzebowanie roślin na cynk zależy również od typu uprawy. Niedobory cynku mogą na przykład wystąpić w warunkach intensywnego oświetlenia.
3. Rozmieszczenie i formy cynku w komórce roślinnej.
Charakterystyczną cechą rozmieszczenia cynku w obrębie komórki jest występowanie znacznej jego części w soku komórkowym, gdzie mikroskładnik ten znajduje się w rozpuszczalnej formie. Interesujący jest fakt, że forma ta jest obecna również w warunkach niedoboru cynku. Badania nad poszczególnymi frakcjami komórkowymi wykazały obecność cynku we wszystkich strukturach subkomórkowych (również w ścianie komórkowej), z których żadna nie wyróżnia się jednak jakąś specjalną zasobnością w ten mikroskładnik. Mitochondria zawierają cynku nieco więcej niż chloroplasty; w tych obu organellach jest on przeważnie związany z jakąś wielkocząsteczkową substancją, prawdopodobnie z białkami.
Wyniki badań stwierdzające, że duża część cynku zawartego w komórce jest rozpuszczalna, nie pokrywają się z wiadomościami na temat ruchliwości omawianego mikroelementu w roślinie. Mianowicie zaobserwowano. że ruchliwość ta nie jest duża, zwłaszcza w starych liściach oraz w korzeniach, gdzie przypuszczalnie cynk jest wytrącany w trudno | przemieszczającą się formę. Badacze natomiast są zgodni co do tego, że w młodych liściach cynk jest bardziej ruchliwy.
4. Objawy niedoboru i nadmiaru cynku w roślinach.
Pierwszym objawem niedoboru cynku u drzew owocowych jest cętkowana chloroza liści na wierzchołkowych gałązkach. Liście karleją (niekiedy wymiary ich dosięgają zaledwie 1/20 normalnej wielkości), są sztywne i kruche, a chlorotyczne tkanki zamierają, przybierając czerwonobrunatne zabarwienie. Liście często przedwcześnie opadają. Gałązki są zahamowane we wzroście i obumierają od wierzchołka. Na dolnych liściach pojawiają się żółte smugi między żyłkami, a następnie białe, nekrotyczne plamy, które z czasem brunatnieją, a cały liść zamiera. Młode liście są często jasnożółte lub białe. Rośliny ulegają skarleniu na skutek zahamowania wzrostu międzywęźli.
W literaturze zostały opisane również objawy nadmiaru cynku, spowodowane na przykład skażeniem gleby dużymi ilościami cynku. Rośliny są w tych warunkach zahamowane we wzroście, stają się chlorotyczne, wierzchołki liści objęte są nekrozą lub zasychają. W końcu roślina ginie.
5. Fizjologiczne i biochemiczne funkcje cynku w roślinach.
Mimo, że cynk został uznany za mikroelement niezbędny dla wszystkich roślin wyższych, to jednak jego funkcje biochemiczne w roślinach nie są jeszcze dobrze poznane. Odkryto w roślinach anhydrazę węglanową, która została zidentyfikowana jako cynkoproteid. Enzym ten katalizuje odwracalną reakcję uwodnienia dwutlenku węgla do kwasu węglowego. Przypuszczano, że reakcja ta mogłaby mieć znaczenie ‘w procesach oddychania i fotosyntezy, ale brak na to eksperymentalnych potwierdzeń. Stwierdzono ponadto. że spośród dehydrogenaz roślinnych, pospolicie występująca dehydrogenaza fosfotrioz jest cynko proteidem. Wykryto w roślinach także i inne dehydrogenazy zależne od cynku. O innych „cynkowych” enzymach roślinnych jeszcze mało wiadomo, są jednak przypuszczenia, że w roślinach cynk funkcjonuje w podobnych systemach enzymatycznych, jak w tkankach zwierzęcych i w drobnoustrojach
Jednym z następstw niedoboru cynku w roślinach jest zmniejszenie zawartości substancji białkowych, natomiast znaczne podwyższenie poziomu wolnych aminokwasów i amidów Wysuwane więc są przypuszczenia, że w roślinach cynk działa w procesie syntezy białka na poziomie tworzenia peptydów. Z drugiej strony udowodniono bezpośredni wpływ cynku na kwasy rybonukleinowe; mianowicie, przy braku cynku w roślinach znacznie malała zawartość RNA na skutek zwiększenia aktywności rybonukleazy. Ostatnio, że cytoplazmatyczne rybosomy u Euglena gracilis zawierają znaczne ilości cynku; przy jego braku organelle te rozpadają się. Wpływ cynku na metabolizm RNA może być dostatecznym uzasadnieniem roli omawianego mikroelementu w syntezie białka. Z drugiej strony została udowodniona specyficzna rola cynku w syntezie tryptofanu — aminokwasu, mającego znaczenie nie tylko jako składnik białkotwórczy, ale również grającego rolę w syntezie substancji wzrostowych.
Badacze zastanawiają się, czy obserwowany wpływ niedoboru cynku na zawartość niektórych enzymów nie jest wynikiem pośredniego oddziaływania cynku, poprzez zmniejszenie syntezy substancji białkowych, a więc i białek enzymatycznych. Niedobór cynku w roślinach wywołuje zmiany w metabolizmie fosforowym. Mianowicie przy wyłączeniu cynku z pożywki silnie zwiększało się nagromadzanie nieorganicznego fosforu w tkankach, natomiast zmniejszała się zawartość fosforu nukleotydowego, a także fosforu we frakcji lipidów i kwasów nukleinowych.
Wpływ cynku ma reakcję katalizowaną przez dehydrogenazę trioz wskazywał na udział tego składnika w glikolizie. Stwierdzono, że przy braku cynku następowało zmniejszenie oddychania liści pomidorów. Objaw ten łączył się z osłabieniem reakcji w systemie glikolizy i cyklu Krebsa, natomiast obserwowano wzmożenie reakcji szlaku pentozofosforanowego. Wpływ cynku na oddychanie roślin wymaga dalszych badań.
Objawy niedoboru cynku w roślinach, jak zahamowanie rozwoju stożków wzrostu, a także wykształcanie nienormalnie małych liści, już od dawna sugerowały istnienie określonego związku między cynkiem a substancjami wzrostowymi. Również wpływ światła na nasilenie objawów niedoboru cynku u roślin pozwala snuć pewne analogie do wpływu tego czynnika klimatycznego na auksyny. Bezpośredni dowód na udział cynku w syntezie auksyn uzyskał Skoog (1940). W jego doświadczeniach pomidory rosnące na pożywce bezcynkowej zawierały minimalne ilości auksyn; dodatek soli cynku do pożywki spowodował najpierw wzrost poziomu tych substancji, a następnie — samych roślin. Wyniki badań Skooga potwierdził Tsui w kulturach wodnych bez dodatku cynku stwierdził zmniejszanie się zawartości auksyn w roślinach, co następowało jeszcze przed wystąpieniem zewnętrznych objawów braku cynku. Tsui stwierdził ponadto, że zawartość tryptofanu, który prawdopodobnie jest prekursorem auksyny (mianowicie kwasu indolilooctowego), była znacznie mniejsza w roślinach niedoborowych niż w roślinach kontrolnych. Po dodatku cynku do niedoborowej kultury zawartość tego aminokwasu wzrosła w przeciągu 3 dni. Tsui wywnioskował, że cynk był niezbędny do syntezy tryptofanu, a w ten sposób, pośrednio i do syntezy auksyny
-Anna Nowotna-Mieczyńska „Fizjologia mineralnego żywienia roślin. PWRiL 1965,
-Lityński T., Jurkowska H „Żyzność gleby i odżywianie się roślin” PWN 1982,
– Franck B. Salibury, Cleon Ross „Fizjologia roślin” PWRiL 1975,
-Zurzycki J. Michniewicz M. „Fizjologia roślin” PWRiL 1979,
-Otis F. Daniel G. Curtis Clark „Wstęp do fizjologii roślin” PWRiL 1958.