Сера является жизненно важным макроэлементом, входящим в состав аминокислот, белков, ферментов и витаминов. Она участвует в формировании цистеина и метионина — серосодержащих аминокислот, которые являются строительными блоками белковых структур. Через эти аминокислоты сера напрямую влияет на синтез белков и активность ферментов, участвующих в метаболических процессах.
Сера входит в состав коферментов, таких как коэнзим A и тиамин, играя ключевую роль в реакциях переноса ацильных групп и катализе окислительно-восстановительных процессов. Она также участвует в синтезе глютатиона, одного из основных антиоксидантов растений, обеспечивая защиту клеток от окислительного стресса и свободнорадикальных повреждений.
Сера в растениях присутствует в нескольких химических формах:
Сульфаты служат основной формой усвоения серы, подлежат редукции до сульфидов, которые далее включаются в биосинтез аминокислот и других соединений.
Усвоение серы начинается с корневой абсорбции сульфатов. Транспорт в клетки осуществляется через специфические сульфатные переносчики, регулируемые внутренним уровнем серы и потребностями растения. В клетках сульфаты активируются ферментом АТФ-сульфатлигазой, образуя аденозин-5’-фосфосульфат (APS), который далее подвергается восстановлению до сульфида.
Сульфид используется для синтеза цистеина через реакцию с серосодержащими предшественниками, такими как сериновый остаток. Цистеин является ключевым промежуточным соединением для образования метионина, глютатиона, витаминов (тиамина, биотина) и различных вторичных метаболитов.
Сера регулирует уровень белков и ферментов, что напрямую влияет на ростовые процессы, фотосинтез и дыхание. Дефицит серы проявляется снижением содержания белка в листьях, хлорозом молодых листьев, замедлением роста и уменьшением устойчивости к стрессам. Избыток серы может приводить к накоплению сульфатов в вакуолях и нарушению осмотического баланса.
Особое значение сера имеет в синтезе серосодержащих вторичных метаболитов, таких как глюкозинолаты у крестоцветных, которые участвуют в защите растения от патогенов и насекомых. Кроме того, сера влияет на транспорт и усвоение азота, фосфора и микроэлементов, обеспечивая координированное развитие метаболических сетей.
Сера тесно взаимодействует с азотом, способствуя эффективному синтезу белка и балансировке аминокислотного состава. Недостаток серы снижает эффективность азотного питания, что ведёт к накоплению аминокислот без серы и нарушению белкового обмена.
Сера также взаимодействует с металлами, образуя комплексные соединения с железом, медью и цинком, что важно для активности ряда ферментов. В почвах с низким содержанием серы наблюдается снижение биодоступности этих микроэлементов и снижение ферментативной активности растений.
Сера играет ключевую роль в формировании защитных механизмов против абиотических стрессов:
Сбалансированное снабжение серой является обязательным условием для полноценного роста, развития и продуктивности растений, обеспечивая интеграцию белкового, ферментативного и антиоксидантного метаболизма.