Марганец (Mn) — микроэлемент, жизненно необходимый для нормального роста и развития растений. Он участвует в окислительно-восстановительных процессах, является активатором множества ферментов, влияющих на синтез хлорофилла, углеводов, белков и нуклеиновых кислот. Марганец входит в состав фотосистемы II, обеспечивая фотолиз воды и образование кислорода в процессе фотосинтеза. Кроме того, он активирует дезгидрогеназы, ферменты, участвующие в синтезе аминокислот и метаболизме азота.
Марганец в растении существует в виде двухвалентного и трехвалентного катиона (Mn²⁺ и Mn³⁺), причём активная форма для большинства ферментов — Mn²⁺. В тканях растений марганец концентрируется главным образом в молодых листьях и меристемных зонах, где интенсивно протекают фотосинтетические и ростовые процессы.
Поглощение марганца корнями растений происходит в растворимой форме Mn²⁺ через мембранные ионные каналы. Скорость усвоения зависит от рН почвы, содержания органических веществ и взаимодействия с другими микро- и макроэлементами. На кислых почвах (pH < 6,5) марганец хорошо растворим и легко усваивается, в щелочных почвах его биодоступность резко снижается. Органические кислоты корней (цитрат, малат) способны хелатировать Mn²⁺, улучшая его подвижность и усвоение.
Корневая система распределяет марганец по растению через ксилему, концентрируя элемент в молодые листья, а также в пигментные и фотосинтетические ткани. Листья способны аккумулировать марганец в клеточных вакуолях и хлоропластах, регулируя его токсичность при избытке.
Фотосинтез и хлорофилл. Марганец является ключевым компонентом водоокисляющего комплекса фотосистемы II, участвующего в разделении воды на кислород, протоны и электроны. Недостаток марганца приводит к угнетению фотосинтеза, уменьшению содержания хлорофилла и снижению эффективности использования света.
Метаболизм углеводов и белков. Ферменты, активируемые Mn²⁺ (например, аргиназная, декарбоксилазная системы), участвуют в синтезе аминокислот и накоплении сахаров. Недостаток марганца вызывает замедление роста, хлороз межжилковых пространств листьев и снижение продуктивности.
Детоксикация перекисей. Супероксиддисмутаза, содержащая марганец, участвует в защите клеток от активных форм кислорода, возникающих при стрессовых условиях (засуха, избыток света, высокие температуры).
Влияние на обмен других элементов. Марганец взаимодействует с железом, цинком и магнием. Избыток одного из элементов может вызвать антагонизм и нарушить баланс микроэлементов в растении.
Марганец в почвах встречается в нескольких формах:
Подвижность марганца в почве ограничена щелочными условиями, высоким содержанием карбонатов и избытком фосфатов, что может приводить к дефициту элемента даже при его высоком общем содержании.
Симптомы дефицита проявляются преимущественно на молодых листьях:
Факторами, способствующими дефициту, являются щелочные почвы, избыточное внесение фосфатов, высокая концентрация кальция и магния.
Токсичность марганца проявляется при концентрации Mn²⁺, превышающей физиологическую норму:
На кислых, водонасыщенных почвах с высоким содержанием органики избыток марганца встречается чаще.
Агрохимические меры:
Марганец является критическим микроэлементом, обеспечивающим фотосинтез, ферментативную активность и защиту клеток от окислительного стресса. Его дефицит и избыток оказывают существенное влияние на рост, развитие и продуктивность растений, что делает контроль марганцевого режима почвы и растений неотъемлемой частью агрохимической практики.