فعال‌سازی آنزیم و انتقال الکترون

آهن

حدود ۵% قشر (پوسته) زمين را آهن تشکيل مى‌دهد و عمدتاً در خاک وجود دارد. آهن از کانى‌هاى اوليه سيليکات‌هاى آهن و منيزيم که شامل اوليوين، اوزيت، هورنبلاند و بيوتيت است، منشاء مى‌گيرد. اکسيدهاى آهن موجود در بسيارى از خاک‌ها شامل هماتيت (Fe۲O۳) مانيتيت (FeO۴) و سيدريت (FeCO۳) مى‌باشد. آهن همچنين ممکن است در لاتيس‌ها (مثل مونت موريلونيت) و کانى‌هاى ثانويه موجود مى‌باشد. کانى‌هاى آهن و منيزيم با هوازدگى زياد در خاک، توليد اکسيدهاى آهن آبدار مى‌کنند. اين اکسيدها همراه با رس و اکسيدهاى آلومينيوم در خاک‌هاى لاتريتى (مثل اوکسى سول‌ها) متمرکز شده که عمدتاً مسائل حاد مديريتى را به‌دنبال دارند. احتمالاً همهٔ خاک‌ها حاوى آهن کافى مى‌باشند اما حلاليت آن، که در دجه اول به‌وسيلهٔ pH کنترل و تنظيم مى‌شود، ممکن است به‌قدرى کم باشد که کمبود آهن به‌خصوص در گونه‌ها و ارقامى که از نظر جذب آهن کارآمد نيستند، ديده شود. به‌ازاء هر واحد تغيير pH، حلاليت ممکن است تا ۱۰۰۰ برابر کاهش پيدا کند. اين موضوع در معادله زير نشان داده شده است.

خاک قليائى             خاک اسيدى

Fe^۳+ (يون)   →   Fe_۲ (OH)_۳(جامد)

در خاک‌هائی که خوب زهکشی نشده‌اند آهن بیشتر به‌شکل احیاء شده یا فرم‌های فروّ
(⁺Fe^۲) وجود دارد و قابلیت دسترسی به آهن حتی تا سطح سمی افزایش می‌یابد (این غلظت سبب برنزه شدن شلتوک در برنج می‌گردد).

جذب آهن ابتدا به‌صورت⁺Fe^۲ است، هرچند⁺Fe^۳ و کلات‌هاى آهن نيز در محيط ريشه حضور دارند. براى جذب آهن، احياء شدن آن ضرورى است. احتمالاً، منبع الکترون موجود براى اين امر، سايتوکروم‌ها يا فلاوين‌هاى موجود در غشاى پلاسما هستند. جذب آهن در رقابت با ساير کاتيون‌ها بوده و تحت تأثير آنها قرار مى‌گيرد. تهويهٔ خوب، pH بالا و وجود يون‌هاى کلسيم، فسفات و نيترات، جذب آهن را کاهش مى‌دهد. درصورتى‌که يون آمونيوم جذب آهن را کاهش نمى‌دهد.

آهن يک جزء تشکيل‌دهندهٔ آنزيم‌هاى انتقال‌دهنده الکترون است. براى مثال مى‌توان به سايتوکروم‌ها و فرودوکسين که در فتوسنتز و تنفس فعال هستند اشاره نمود. آهن يک جزء تشکيل‌دهندهٔ آنزيم‌هاى کاتالاز و پراکسيداز است که واکنش‌هاى تبديل آب اکسيژنه به آب و اکسيژن را به‌عهده دارند و از سميّت آب اکسيژنه جلوگيرى مى‌کنند. آهن به همراه موليبدن از عناصر تشکيل‌دهندهٔ ساختمانى آنزيم‌هاى نيتريت و نيترات رداکتاز و آنزيم نيتروژناز که تثبيت‌کنندهٔ ازت است مى‌باشند. گرچه آهن جزئى از مولکول کلروفيل نيست، اما روى مقادير کلروفيل اثر مى‌گذارد، زيرا براى تشکيل ساختمان ظريف کلروفيل بايستى آهن موجود باشد. کمبود آهن تعداد و اندازه کلروپلاست‌ها را کاهش مى‌دهد. گرانا و غشاء لاملاى کلروپلاست در گياه ذرت که دچار کمبود آهن مى‌باشد کاهش مى‌يابد.

آهن در گياه به مقدار زيادى غيرمتحرک بوده و برگشت پيدا نميکند. براون (۱۹۶۱) دريافت که ژنوتيپ‌هاى گياه از نظر جذب مؤثر آهن بسيار متنوع هستند. گياهانى که کمبود آهن دارند، دچار کلروز مى‌گردند که به‌نظر مى‌رسد بيشتر يک مشکل متابوليسمى باشد تا جذبي. گونه‌ها و ارقام گياهى که ترشح يون‌هاى OH- زيادى ترشح مى‌کنند از نظر جذب آهن داراى کارآئى کمى هستند. غلات و گياهان گندمى مانند گندم مقدار زيادى يون OH- ترشح مى‌کنند. گوجه‌فرنگى که از نظر جذب آهن کارآمد است، در شرايط تنش آهن pH محيط ريشهٔ خود را اسيدى کرده و مواد احياءکننده که يکى از آنها اسيدکافئيک مى‌باشد را در محيط ريشه ترشح مى‌نمايد و بدين ترتيب حلاليت آهن را افزايش مى‌دهد. برگ‌هاى جوان به جذب جارى آهن وابسته هستند. اضافه کردن ترکيبات غيرآلى آهن به خاک جزء در مقادير زياد، ممکن است اثر کم يا ناچيزى در اصلاح کمبودهاى خاک داشته باشد. چون اين چنين ترکيباتى به‌سرعت به فرم‌هاى غيرقابل دسترس تبديل مى‌گردند. محلول‌پاشى برگ‌ها با آهن فرو (FeSO۴) تا اندازه‌اى موفقيت‌آميز مى‌باشد. مصرف کلات‌هاى آهن براى اصلاح خاک و محلول‌پاشى برگ‌ها، مؤثرتر است. در خاک‌هاى آهکى مصرف Fe-EDDHA و رس مونت موريلونيت (Fe-montmorillonite clary)، آهن‌دار مؤثرتر از Fe-EDTA مى‌باشد. موفقيت محلول‌پاشى برگ‌ها با FeCL۳ در تعدادى از گونه‌هاى زراعى به تعداد روزنه‌ها استعمال آن در نور به جاى تاريکى و استفاده از مويان (Surfactant)، بستگى دارد.

منگنز

کانى‌هاى فرو منگنز موجود در خاک، منيزيم را نيز به‌خوبى آهن تأمين مى‌کنند، چون هر دو رابطهٔ نزديکى با يکديگر دارند. اکسيدهاى هر دو عنصر رايج هستند. مقدار منگنز در اغلب خاک‌ها بين ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ قسمت در ميليون متغير است که در کل بيشتر از حد کفايت است اما مقدار منگنز قابل دسترس لزوماً در حد کفايت نيست.

منگنز در خاک‌ها به‌صورت يون ⁺Mn^۲، در محلول به‌صورت ⁺Mn^۲ قابل تبادل و به‌صورت اکسيدهاى ⁺Mn^۳ و ⁺Mn^۴ در تعادل با شکل‌هاى ديگر منگنز موجود است. در pHهاى پائين در کلات‌هاى طبيعى و در شرايط احياء نظير شرايط ماندآبى يون منگنز ⁺Mn^۲ غالب است. شرايط ماندآبى مثل شاليزارها و بعضى خاک‌هاى داراى pH پائين مى‌توانند در مقادير سمى توليد منگنز کنند. جذب منگنز ⁺Fe^۲ به‌صورت فعال است. منگنز، ممکن است با ساير کاتيون‌ها به‌ويژه با ⁺NH^۴ و ⁺Mn^۲ در جذب رقابت نمايد. گمان مى‌رود که منگنز به‌صورت غيرفعال انتقال پيدا مى‌کند. منگنز فعال‌کنندهٔ چندين آنزيم به‌خصوص آنهائى که در ساختن اسيد چرب و نوکلئوتيد دخالت دارند، مى‌باشد و همچنين در تنفس و فتوسنتز ضرورى است.

در فتوسنتز منگنز ⁺Mn^۲ با انتقال يک الکترون از آب به مولکول کلروفيل اکسيد شده به Mn+۳ تبديل مى‌شود. منگنز مى‌تواند در واکنش‌هاى خاص جانشين منيزيم گردد. هر دو يون قادر به ايجاد پل با آنزيم‌هاى خاص (از قبيل فسفوکيناز و فسفوترانسفراز) هستند. منگنز همچنين آنزيم انيدول استيک اسيد (IAA) اکسيداز را فعال مى‌سازد که منجر به کاهش غلظت IAA در بافت‌ها مى‌شود. منگنز مانند آهن، در گياه نسبتاً غيرمتحرک است و ترجيحاً به بافت‌هاى مريستمى يا جوان انتقال مى‌يابد. اين قسمت‌ها نمى‌توانند به انتقال منگنز از برگ‌هاى پيرتر و وابسته باشند و بنابراين اولين نشانهٔ کمبود منگنز به‌صورت زخم‌هائى (خسارت‌هائي) در برگ‌هاى جوان‌تر ديده مى‌شود. سطح بحرانى منگنز در برگ‌هاى جوان سورگوم حدود ۱۰ قسمت در ميليون مى‌باشد. يولاف به کمبود منگنز حساس است و کمبود منگنز به‌‌صورت لکه‌هائى يا خال‌هاى خاکسترى در برگ‌هاى جوان‌تر ظاهر مى‌شود. سويا، نخود و چغندرقند نيز به کمبود منگنز حساس هستند. ارقام سويا از نظر تحمل به کمبود منگنز بسيار متنوع هستند. به‌طور مثال رقم، برگ (Bragg)، مقاوم به کمبود و رقم فورست (Forrest)، حساس به کمبود منگنز مى‌باشند. کمبود معمولاً در خاک‌هاى توربى آهکي، به‌خاطر کاهش قابليت دسترس منگنز در pHهاى بالا و غيرمتحرک شدن (آلى شدن) آن توسط ميکروارگانيسم‌ها، رخ مى‌دهد.

کمبود منگنز را مى‌توان با محلول‌پاشى برگ‌ها توسط محلول MnSO۴ يا دادن کلات منگنز Mn-EDTA به خاک اصلاح کرد. مصرف MnSO۴ در خاک‌هاى پدزولى شستشو شده که به‌طور طبيعى منگنز کمى دارند مؤثر است.