Mangán – fontos a növények számára

A mangán egy fémes elem, amelynek rendszáma 54,94; nemcsak Mn2⁺ , hanem anionként is előfordul, pl. MnO4_,^így amfoter jellegű. A mangán jellemző tulajdonsága, hogy könnyen változtatja oxidációs állapotát (lehet 2-, 3-, 4-, 6- vagy 7-vegyértékű), és vegyületei magas redoxpotenciállal rendelkeznek. A mangán növénynövekedésre gyakorolt ​​serkentő hatását a 20. század elején ismerték fel (Loew, 1903; et al.); 1922-ben McHargue ismerte fel, hogy ez az elem esszenciális a növények számára. A mangán nyomelemként való kutatásának fejlődésében nagy jelentőséggel bírt Sjollema és Hudig 1909-es felfedezése, miszerint a "szürke folt" néven ismert zabbetegség mangán-szulfát talajhoz adásával kezelhető. A holland kutatók azonban akkoriban nem voltak tisztában ennek a jelenségnek a természetével. Csak 1929-ben magyarázták meg Samuel és Piper, hogy a zabban megjelenő „szürke foltot” a talaj mangánhiánya okozza. A mangánhiány tüneteit más növényeknél is megfigyelték, és később arra a következtetésre jutottak, hogy egyetlen növény, állat és ember sem képes túlélni ezen elem nélkül. 

A mangán tartalma és hasznosulása a talajban 

A termőtalajok teljes mangántartalma széles skálán mozog. Általában a teljes (vagy inkább csaknem teljes) mangánhiány ritka, mivel megfelelő levegőellátás esetén (ahogyan az általában a termőtalajokban előfordul) ez a nyomelem, a vashoz hasonlóan, nehezen oldódó oxidokká alakul, amelyek még a nagyon könnyű talajokból is meglehetősen ellenállnak a kimosódásnak. A mangánkutatás szinte kezdetétől fogva a figyelem a talaj mangánjának elérhetőségének összetett kérdésére összpontosult. A mangán a talajban különféle kémiai vegyületek formájában található meg, változó oxidációs és hozzáférhetőségi fokkal (általában minél magasabb az oxidációs állapot, annál alacsonyabb a mangán elérhetősége). Ezek a vegyületek állandó redoxi folyamatoknak vannak kitéve a talajban, amelyek átalakulásokból álló ciklust alkotnak.

A mangán talajban való felszívódásának képtelenségének fő oka a szerves anyagokkal képződő mangánkomplexek képződése. Azt is megállapították, hogy a magasabb rendű mangán-oxidokat, amelyeket általában elérhetetlennek tartanak, a növények, például a zab, felszívják. Az oxidált mangánvegyületek redukciójának folyamatáról is megoszlanak a vélemények. Egyes elméletek szerint ez a redukció elsősorban szerves anyagokkal való reakciók révén történik, míg mások úgy vélik, hogy ez mikrobiológiai jellegű is. A mangán mikrobiális oxidációja, valamint a redukciós folyamatok nagymértékben függenek a környezet pH-értékétől. A talaj pH-értékének növekedésével, körülbelül 7,5-ig, a mikrobiális oxidációs folyamatok intenzívebbé válnak, míg a mangán kétértékű formára történő redukciójának intenzitása a pH csökkenésével növekszik. Sok kutató egyetért abban, hogy a savas talajok gazdagok kétértékű mangánban, ami még nagy feleslegben is előfordulhat. A pH mellett a talaj redoxpotenciálja és a nedvesség jelentősen befolyásolja a mangán felszívódását. Feltételezik, hogy a növények számára rendelkezésre álló mangán:

1) kétértékű mangán Mn2⁺, azaz: talajoldatokban oldódó mangán és kicserélhető mangán,

2) _a mangán - oxidok könnyen redukálható formái, pl . _{Mn₂O₃xH₂O .}

Fe és Mn kapcsolata.

Somers és Shive voltak az elsők között, akik felfigyeltek a növények Fe:Mn arányára. Azt feltételezték, hogy a növényi szövetekben az aktív vas (Fe2 ⁺ ) szintjét a mangán szabályozza, amely magas redoxpotenciáljával a Fe2 ^+-t Fe3 ⁺ -sá oxidálja . Mangánhiány esetén a kétértékű vas koncentrációja a növényben túl magas, míg mangánfelesleg esetén túl alacsony lehet. Ez arra utal, hogy egy növény normálisan fejlődhet, ha a vas-mangán aránya bizonyos határokon belül van. Somers és Shive megállapították, hogy a szójabab esetében az aktív vas és az aktív mangán arányának a szövetekben és a tápoldatban 1,5:1 és 2,5:1 között kell lennie. Amikor ez az arány meghaladja a 2,5:1-et, a mangánhiány tünetei jelentkezhetnek, amelyek megegyeznek a vasfelesleg tüneteivel. Ha az Fe:Mn arány kisebb, mint 1,5:1, a növények "szenvednek" a mangánfeleslegtől, ami egyúttal vashiányra is utal. Számos tudós bizonyította, hogy a normális növénynövekedéshez szükséges Fe:Mn arány tartománya szélesebb. Továbbá nemcsak az Fe:Mn arány, hanem ezen tápanyagok abszolút mennyisége is fontos a növények számára. Azt is tartják, hogy a mangánfelesleg tünetei nem azonosak a vaséval, és fordítva. Különböző szerzők eltérően értelmezik a növények Fe:Mn arányának lényegét, valószínűleg a tápanyagok felvételének antagonizmusából, vagy – mangánfelesleg esetén – abból, hogy a mangán kiszorítja a vasat az enzimek aktív helyeiről. Vannak azonban olyan vélemények is (Nasonem és McElroy), amelyek megkérdőjelezik a vas és a mangán közötti bármilyen kapcsolatot, azzal érvelve, hogy nemcsak a mangánfelesleg, hanem számos más fém is okoz vasmentes klorózist, hangsúlyozva, hogy a vasnak és a mangánnak teljesen elkülönült fiziológiai funkciói vannak a növényekben. Tekintettel az ilyen ellentmondásos nézetekre, a növények Fe:Mn arányának kérdése további kutatásokat igényel.

A mangán eloszlása ​​és formái a növényekben.

A mangán egyenetlenül oszlik el a növényben, és a mangántartalom egyes szervekben való jelentős változékonysága miatt nehéz egyértelműbb összefüggéseket megállapítani. Feltételezik, hogy a mangán mobilitása a növényen belül korlátozott, de hiány esetén következtetni lehetett a tápanyag mozgására a növény alsóbb szintjeiről a felsőbb szintek felé. A növényekben található mangánevegyületekről nincsenek pontos információk. Nagy valószínűséggel feltételezhető azonban, hogy a mangán különböző oxidációs fokban fordul elő a növényi szövetekben; a legmozgékonyabb és legaktívabb forma kétségtelenül a kétértékű mangán (Mn2 ⁺ ), amely oxidációs folyamatok révén Mn3 ⁺ és Mn4 ⁺ ionomerré alakul . Míg a 3-értékű mangán visszaredukálható Mn2 ⁺ ionomerré , a 4-értékű mangán (Mn4 ⁺ ) inaktív forma, és ennek az összetevőnek a túlzott mennyisége esetén MnO2 _- ként kicsapódik a nem asszimilálódó szövetekben.

A mangánhiány és -felesleg tünetei növényekben.

 A növények mangánhiányának legjellemzőbb tünete a levelek színének tipikus változása. Az úgynevezett "foltos klorózis" a leveleken alakul ki, amely a teljes levélfelületen átterjed az edénynyaláb-szűrő kötegek (más néven "erek") között. Mivel ezekhez a kötegekhez közvetlenül kapcsolódó sejtek normális esetben zöldek maradnak, bonyolult hálózat jön létre. A klorózis elsősorban a fiatal, fejlődő leveleket érinti. Ahogy a klorózis fokozódik, nekrotikus foltok jelennek meg a leveleken, amelyek az érintett szövetek elhalásából erednek. A mangánhiánnyal összefüggő levélszín-változások arra a következtetésre vezették a kutatókat, hogy ez az elem részt vesz a klorofillszintézisben, de erre még nem találtak közvetlen bizonyítékot. Eltlinge megfigyelte, hogy mind a mangánhiány, mind a többlet esetén a kloroplasztok sárgászöld színűek lesznek, fokozatosan elveszítik a keményítőszemcséket, és végül teljesen szétesnek. A nagy mennyiségű kalcium-oxalát kristály és zsírcseppek egyidejű jelenléte a növényi anyagcsere hibás működését jelzi. A mangánhiányról azt is kimutatták, hogy a kloroplasztok lemezes szerkezetének teljes széteséséhez vezet olyan növényekben, mint a spenót.

A magasabb rendű növények mangánfeleslegének tünetei alapvetően eltérnek a mangánhiány tüneteitől. A klorózis viszonylag későn, először az idősebb leveleken jelentkezik. Ahogy a mérgezés fokozódik, a teljes levéllemez, beleértve az ereket is, elszíneződik. A Mn feleslegéből (vagy Fe hiányából) eredő klorózist a kloroplasztokat körülvevő védőfehérjék pusztulása magyarázza a magas redoxpotenciál miatt. Amikor a mangán túl sok a növényben, MnO2-ként kicsapódik_,és ez a vegyület a nem asszimilálódó növényi szövetekbe, például a levél és a szár felszínén lévő szőrsejtekbe, az epidermiszbe vagy a gyökérkalapba választódik ki. Az MnO2 kicsapódása_megvédiaz asszimiláló szöveteket a mérgezéstől, és – ahogy már hangsúlyoztuk – magyarázza a növények gyakran magas toleranciáját a túlzott mangándózisokkal szemben.

A mangán élettani funkciói.

A mangán számos enzimreakciót aktivál; a mangán ezen reakciókban betöltött szerepének mechanizmusa még nem teljesen ismert. Többek között a következőket aktiválja: 

a) a legtöbb citrátciklus enzim és számos más dekarboxiláz,

b) számos peptidáz és argináz, valószínűleg a prolidáz és a leucilaminopeptidáz; 

c) indolecetsav-oxidáz, és egyben specifikus aktivátor a peroxidáz rendszerben.

A mangán fontos szerepet játszik a fotoszintézisben, amelynek intenzitása mangánhiány esetén jelentősen csökken. Megállapították, hogy a mangán specifikus szerepet játszik ebben a folyamatban, az oxigén fotoszintetikus előállításában a víz fotolízise révén. Jelenleg úgy vélik, hogy a mangán elektronhordozóként működik a II. pigmentrendszer oxigén oldalán, azaz a víz fotolízise és a II. fotoszisztéma között. A mangán azonban szerepet játszhat a II. fotoszisztéma redukáló oldalán is. Részt vesz a kloroplasztok lamelláris szerkezetének fenntartásában is.

Szerző: Marcin Kołodziejczyk

-Anna Nowotna-Mieczyńska "A növények ásványi táplálkozásának élettana. PWRiL 1965,

 -Lityński T., Jurkowska H "A talaj termékenysége és a növények táplálkozása" PWN 1982,

– Franck B. Salibury, Cleon Ross „Növényélettan” PWRiL 1975,

-Zurzycki J. Michniewicz M. "Növényfiziológia" PWRiL 1979,

-Otis F. Daniel G. Curtis Clark „Bevezetés a növényélettanba” PWRiL 1958.