A huminsavak növényélettani hatásai, szerepük a stresszkezelésben

A humuszanyagok növényi és állati eredetű anyagokból képződnek fizikai, kémiai, valamint enzimatikus és mikrobiológiai átalakulások során, az úgynevezett humifikációs (humuszképződési) folyamatban. A könnyen bontható szerves anyagok optimális feltételek között gyorsan mineralizálódnak (ásványosodnak), szervetlen anyagokká alakulnak. A nehezen bontható vegyületek jelentős része pedig nitrogéntartalmú anyagokkal összekapcsolódva, kémiai polimerizációs folyamat során nagy molekulájú, sötét színű, viszonylag stabil új vegyületekké, humuszanyagokká alakul.

Első megközelítésben humusznak tekintjük a szerves maradványok többé-kevésbé átalakult részét. Két nagy csoportjuk a maradványokból felszabadult, de nem humifikálódott szerves vegyületek (nem valódi humuszanyagok), illetve a valódi humuszanyagok. Ez utóbbi csoportba sorolhatók a huminsavak, fulvosavak és a huminvegyületek, melyek egymástól eltérő viselkedésű frakciókat alkotnak. A huminsavak és a fulvosavak felépítése hasonló, az alapvető különbséget közöttük elsősorban a molekulák nagysága és a szerkezet bonyolultsága jelenti. A huminsav frakcióban a legfőbb elemi alkotórész a szén (50-60%), valamint kisebb mennyiségben tartalmaz nitrogént, foszfort és ként. Emellett kiemelendő kelátképző tulajdonsága, mely segíti az élettani szempontból fontosabb fémionok kelátkomplexekben történő megkötését. A fulvosavak a növények biokémiai folyamataiban vesznek részt, a növények anyagcsere-folyamatait szabályozzák. Humin- és fulvosavak nélkül gyakorlatilag elképzelhetetlen lenne élet. A huminvegyületekre ezzel szemben a nagyfokú oldhatatlanság jellemző, erősen kötődnek a talaj ásványi részeihez.

Áttekintő tanulmányunkban összegezzük a humin- és fulvosavak – növényélettani folyamatokra gyakorolt – jótékony hatásait.

Összetett folyamatok, jótékony hatások

Mind az elsődleges felépítő (pl. fotoszintézis, nukleinsav- és fehérjeszintézis) és lebontó (pl. sejtlégzés), mind pedig a másodlagos anyagcsere-folyamatokra nagy hatással vannak a humin- és fulvosavas készítmények.

A fotoszintézis a növényi felépítő folyamatok közé tartozik, és mint ilyen, nagymértékben meghatározza az általunk kinyerhető növényi produktum nagyságát. A huminsavval kezelt növények leveleinek klorofill-a- és klorofill-b-tartalma szignifikánsan nagyobb a kezeletlen növényekénél. A relatíve nagyobb klorofilltartalom a fotoszintézis fényszakaszát fokozott működésre készteti, ezáltal nő a nettófotoszintézis-ráta. A humin- és fulvosavas kezelés azonban csakis megfelelő mikroelem-utánpótlás mellett lehet hatékony. A klorofillmolekulák központi magja magnézium, a fény megkötésében fontos szerepet játszó fotokémiailag aktív centrumok pedig vas-, kén-, mangán- és kalciumtartalmúak. A fény megkötése után a növényben lejátszódó átalakulási folyamatokban szereplő néhány vegyület (pl. citokrómok, plasztocianin, ferredoxin stb.) szintén tartalmaz vasat, ként, rezet. A fényszakasz végén keletkező energia ATP-molekulákban kötődik meg a növényekben, mely vegyület foszforigénye jelentős. Az enzimatikus szakaszban folyik a CO₂ szerves anyaggá történő átalakítása. Az ebben a szakaszban termelődő enzimek – mind a C3-as, mind pedig a C4es növényekben – magnéziumtartalmúak. A huminsavak kelátképző tulajdonsága elősegíti a bevitt elemek hasznosulását, a termékek adagolásával az enzimek működése jótékonyan befolyásolható. A huminsavas kezelések által könynyebben felvehetővé válnak a levéltrágyák.

A fotoszintézisben és párologtatásban egyaránt szerepet játszó gázcserenyílások (sztómák) működése is jótékonyan befolyásolható a humuszanyagok segítségével. Javul a sztómaellenállás mértéke, vagyis a növény képes csökkenteni a párolgás általi vízveszteséget, mivel szűkülnek a sztómarések. A sejt közötti járatok szén-dioxid- koncentrációja ezzel párhuzamosan csökken stb., ezáltal a növény további CO₂ megkötésére képes, végső soron több szerves anyag jön létre, és kevesebb víz párolog el, a növény működése gazdaságosabbá válik (takarékosabb vízfelhasználás mellett több szerves anyag termelése).

A nukleinsav-bioszintézist szintén jótékonyan befolyásolják a humuszanyagok azáltal, hogy elősegítik egyes szénhidrát-molekulák (ribóz és heptulóz) képződését, mely molekulák elengedhetetlenül fontosak a nukleotidok bioszintézisben. Emellett kimutatták a nukleinsavak másik fontos összetevője, az adenin- és adenozinszármazékok, valamint a ribonsav és citromsav szintjének növekedését is.

A fehérjeszintézist szintén indukálja a huminsavas kezelés, az aminosav-tartalom és az oldhatófehérje-tartalom a kezelés hatására nő (az oldhatatlan fehérjék biológiailag kevésbé értékesek – pl. a vázfehérjék). Javul a sejtszintű anyagcsere, a lipid- és aminosav- anyagcsere intenzitása növekszik.

A humuszanyagok, szerkezetüknek köszönhetően, elektron- és oxigénszállító molekulaként viselkednek a biológiai rendszerekben. Ez a képességük lehetővé teszi, hogy katalizátorokként részt vegyenek a sejtlégzési folyamatokban. Ezeknek a folyamatoknak a felgyorsítása indirekt módon a citrátkör energiatermelését is növelni fogja. A citrátkör annak az anyagcsere-útvonalnak a része, amelyben a szénhidrátok, zsírok és fehérjék szén-dioxiddá és vízzé alakulnak, miközben a sejtekben energia termelődik.

Az elsődleges életfolyamatok mellett több másodlagosanyagcsere-útvonal is indukálódik a humin- és fulvosavak hatására. Ilyen például a mevalonát- és a sikimisavút. Szerepük sokrétű, hiszen az útvonalakon szintetizálódó vegyületek különböző élettani folyamatokban vesznek részt. A mevalonát-útvonalon termelődnek a növényekben a fitoszterolok. A fitoszterol vegyületekből termelődnek az ún. brasszinolidok, a brasszinoszteroidok (BR) biológiai aktivitásáért felelős vegyületek. Napjainkra már új hormoncsaládként tekintenek rájuk. A BR-ok a növényekben általánosan előforduló, erős növekedésserkentő hatású szteroidok. Stimulálják a sejtmegnyúlást és a xilémszöveti differenciációt.

Hatással vannak az egészséges pollenfejlődésre, hiányukban hímsterilitás alakulhat ki. A BR-ok megfelelő szintje a csírázás biztosításához is szükséges. A termés kialakulása és korai fejlődése során a bioaktív BR-ok jelentős felhalmozódását írták le paradicsomban, szőlőben és borsóban. Mindezek az eredmények a vegyületek reproduktív fejlődésben játszott fontos regulatív szerepére utalnak. A BR-okkal kapcsolatos kutatások kezdeteitől ismert volt, hogy ezek a vegyületek képesek fokozni a növények ellenálló képességét bizonyos stresszhatásokkal, pl. vízhiánnyal, gyors hőmérsékleti, ill. ozmotikus változásokkal szemben, és ezen protektív tulajdonságukon alapul mezőgazdasági célú felhasználásuk is. A huminsavas kezelések közvetlenül a BR-ok termelődését váltják ki, mely vegyületek közvetetten képeseket a fent felsorolt hatásokat kiváltani a növényekben. Kísérletesen kimutatták azt is, hogy BR-kezeléssel kiváltható a növények stresszellenállóság-növelése, mely elsősorban egyes antioxidáns enzimek (szuperoxid-dizmutáz, peroxidázok, kataláz stb.) fokozott aktivitásával függ össze. Ezek az enzimek az élő szervezetben keletkező reaktív oxigénformák semlegesítésében vesznek részt, és antioxidáns funkciót töltenek be. Amennyiben tehát humusztartalmú vegyületeket juttatunk ki, a növények által termelt másodlagosanyagcsere-termék, a BR által közvetetten fokozzuk a növényállomány stressztűrését is.

Huminsavak a stresszkezelésben

A stresszkezelés során a huminsavak a károsodások elszenvedésének megkönnyítésében és a regenerációs folyamatok elősegítése által egyaránt több ponton is segítséget nyújthatnak. A fokozott antioxidáns enzimaktivitás megakadályozza a káros lipidperoxidációs folyamatokat. Ez a sejtmembránokat károsító folyamat, melynek során a roncsolódott sejtek energiahiányos állapotba kerülnek, és végső soron elpusztulnak. A kémiai reakcióból származó bomlástermékek (pl. malon-dialdehid) pedig sejtmérgező hatásúak lehetnek. A mevalonát-útvonalon további vegyületek is szintetizálódnak, például az abszcizinsav (ABA), karotinoidok, gibberellinek, szteroidok. A hajtásnövekedés összefügg a gyökérben lévő ABA koncentrációjával. A huminsavak bizonyítottan növelik a gyökér ABA-koncentrációját, ezáltal közvetve jótékony hatással vannak a hajtás növekedésére. Az ABA-szintézis másik jelentős vonatkozása szintén a stresszkezelésben mutatkozik meg. A stresszhormonként is számon tartott vegyület szintje a különböző abiotikus és biotikus stresszorok hatására nő, és másodlagos hatásként előidézi a sztómazáródást. Ennek például szárazság idején van jelentősége, hiszen a párolgási veszteségek jelentősen csökkennek a vegyület hatására.

A sikimisav-útvonalon termelődnek a stresszhatások okozta sebzések gyógyulásáért és a károsodott szövetek fertőtlenítéséért felelős vegyületek is (pl. fahéjsav, fenolok stb.). A plasztokinon és ubikinon vegyületek szintén a sikimisavúton szintetizálódnak. Az elektrontranszportlánc aktív vegyületeiként – a huminsavas készítmények alkalmazásával közvetetten – a fotoszintézis sebességét/intenzitását növelik.

Ugyanezen az útvonalon termelődnek a karotinoidok, melyek menynyisége a huminsavak hatására szintén emelkedik. A másodlagos pigment az UV-sugárzás okozta stresszhatások hatékony ellenszere, mivel csökkenti a fotodestrukció káros hatásait a növényi szövetekben. Hatékonyan kivédi a napégés okozta bőrszöveti sérüléseket, a szövetek belsejében felhalmozódó többlet energia a molekula segítségével a roncsolás helyett az érési folyamatok megindítására, gyorsítására fordítódik. A karotinoidok hatékonyan képesek megakadályozni a fotoszintézisben kulcsfontosságú klorofillmolekulák – stresszhatások okozta – lebomlását is.

A huminsavak hatására a glutation szintje is emelkedést mutat a szövetekben. A glutation redukált formája a reaktív oxigénformák egyik legfontosabb közömbösítőjeként számon tartott vegyület, a sejtszintű méregtelenítő folyamatok egyik leghatékonyabb természetes fegyvere.

A fent említetteken túlmenően huminsavas kezelés hatására a stresszválaszokhoz kapcsolódó egyéb metabolitok szintjének egyértelmű növekedése mutatható ki. A teljesség igénye nélkül ilyen a koffein, putreszcin, fahéjsav, xilulóz, galaktóz, prolin, valeriánsav stb. Kiemelt szerepe van a putreszcinnek, mely a membránok stabilitását és permeabilitását növeli, valamint a nukleinsavak szerkezetének stabilitásában játszik szerepet. A prolin szintén jelentős, kettős szerepet tölt be a növényekben. Egyrészt ozmotikum, a fehérjéket védi a dehidratálódástól. Másrészt nitrogén- és szénforrást biztosít a stresszhatások érte növények regenerálódási folyamataihoz. A szöveti regenerálódáshoz hozzájárul a humuszanyagok jótékony hatásának tulajdonítható fokozott aminosav- és lipid-bioszintézis is.

Összességében elmondható, hogy a huminsavak jótékony hatásai mind optimális, mind pedig stresszes körülmények között érvényesülnek, a humusztartalmú termékekkel történő növénytáplálás a fenntartható mezőgazdasági termelést és a környezetkímélő irányzatokat választó, felelős gazdálkodók számára kiváló választás.

Dr. Decsi Kincső
egyetemi adjunktus
Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem Georgikon Campus, Keszthely
Növényélettan és Növényökológia Tanszék

A szakcikk létrejöttét a Huminisz Kft.,
a K2, a Kondisol és Solvitis termékek hazai gyártója és forgalmazója támogatta.