Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

A kén

A kén

A kén a kéntartalmú aminosavak építőeleme, a peptidek, fehérjék és lipidek alkotórésze. A kéntartalmú vegyületek élettanilag fontos redoxirendszereket képeznek. A kén specifikus szerepe az SH-csoportot tartalmazó enzimekben és koenzimekben jut érvényre (pl. CoA-SH). A koenzim-A a citromsavciklus és a zsírsavak szintézise szempontjából jelentős. A ciszteintartalmú enzimeknek a citokrómokhoz, illetve a citokróm-oxidázokhoz hasonló a funkciójuk, azaz redoxi enzimek.

Kén a talajban

A kén a talajban szerves és szervetlen kötésben fordul elő. A szerves kéntartalom a humusztartalom növekedésével növekszik: podzolos talajokon kb. 50%-a, a csernozjomokon 75%-a a talaj összes kéntartalmának. Láptalajokon ennél több is lehet. A szervetlen kéntartalom szulfátokból és szulfidokból áll. A legfontosabb szulfátok: a gipsz (CaSO4·2H2O) és az anhidrit (CaSO4), szikes, illetve sós talajokon Na2SO4 és MgSO4 is előfordulhat. Szulfidok: FeS2 és FeS.

A talajok kénforgalmában nagy szerepe van a szerves anyag ásványosodásának. Az ásványosodás során felszabaduló kénhidrogén (H2S) elemi kénné, majd szulfáttá oxidálódik (szulfurikáció):

2H2S + O2 ⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H2O + 2S + 510 kJ,

2S + 3O2 + 2H2O ⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H2SO4 + 1179 kJ.

Az oxidációt levegős és levegőtlen közegben más-más mikroszervezetek végzik. Mindkét oxidációs folyamatban kénsav, illetve szulfátok keletkeznek. A szulfátok oldhatók, így humid viszonyok között kimosódnak, arid viszonyok között pedig felhalmozódnak.

A növények a ként szulfátionként veszik fel. A növényben a szulfát jelentős része redukálódik, SH-csoportok képződnek, és ebben a formában jut vissza a szerves trágyával, illetve a gyökérmaradványokkal a talajba. A kén körforgalma a nitrogén körforgalmához hasonló. A növényben a szulfát- és nitrátion redukálódik, a talajban a redukált formák oxidálódnak.

A kén körforgalmában kedvezőtlen viszonyok között zavar léphet fel. Így pl. szellőzetlen,összeiszapolt talajban a szulfát kén-hidrogénné redukálódhat. Ez egyrészt azért nem kívánatos, mivel a kén-hidrogén a növényekre mérgező hatású, másrészt a kén-hidrogén vassal oldhatatlan vas-szulfidokat képez, így a kén és a vas felvétele is gátolt. Rizsföldeken emiatt sok esetben vashiány figyelhető meg. A fémszulfidok képződése következtében más mikroelemek hiánya is felléphet.

A denitrifikáció analógiájára a szulfát redukcióját a talajban deszulfurikációnak nevezzük. Jó szerkezetű, jól szellőző talajokon deszulfurikáció nem következik be. E talajokon a kimosódás okozhat veszteségeket.

Az energiahordozók elégetésével nagymennyiségű kén-dioxid jut a légkörbe, majd a csapadékkal a talajba. Közép-Európában mintegy 30–70 kg-ra tehető a légköri lecsapódásokból évente a talajba jutó kénmennyiség, az iparvidékeken lényegesen több. A barnaszén felhasználásának csökkenésével kisebb lett a kén-dioxid-kibocsátás, illetve a csapadékkal (savas eső) talajba jutó kénmennyiség.

A kén felvétele és szerepe a növényben

A növény a ként legnagyobb részben a gyökéren keresztül szulfát-ion formájában veszi fel, valószínűleg aminosavak formájában is képes kénfelvételre. Ezenkívül a növények a levegőből levélen keresztül kén-dioxidot is vesznek fel. Az iparvidékek közelében előforduló nagy kén-dioxid-koncentráció káros (mérgező) hatású lehet.

A szulfátionok felvételét a talajban nagyobb mennyiségben előforduló ionok és a talajok kémhatása nem befolyásolja számottevően. A felvétel lassú. A szulfát a xilémtranszport útján a levelekbe szállítódik, ott redukálódik, majd beépül szerves vegyületekbe. Elsődleges termék a cisztein. A levélben redukált és asszimilált kénnek legnagyobb része glutation és metionin formájában szállítódik a floem útján.

A növényben a kén szerves és szervetlen formában is megtalálható. A két frakció között nincs meghatározott arány. A szervetlen frakció, vagyis a szulfát a kéntartalékot képezi. Javuló kénellátással a növény szervetlen kéntartaléka növekszik (luxusfelhalmozódás 39. ábra).

39. ábra - Növekvő szulfátadagok hatása a szulfát-S- és szerves S-tartalom alakulására napraforgólevélben (Deloch 1960)

kepek/39abra.png


A kén különböző szerves vegyületekben más-más kötésben fordul elő. A kéntartalmú aminosavakban, peptidekben és fehérjékben szulfhidril-csoportok formájában van jelen. A szulfhidrilcsoportot tartalmazó vegyületek diszulfidokká alakulhatnak át oxidáció folytán, ilyen pl. a cisztein–cisztin átalakulás. A két vegyület redoxirendszert képez (40. ábra). Diszulfidhíd található ezenkívül a liponsavban is.

40. ábra - A cisztein–cisztin átalakulás

kepek/40abra.png


A mustárolajokban a kén rodanid-csoport alakjában van jelen. A keresztesvirágúak viszonylag nagy kéntartalmát a mustárolajok és származékaik okozzák. A B1-vitaminban és biotinban a kén heteroatomként fordul elő a gyűrűkben. A B1-vitamin a gabonaszemben és pillangósok magvaiban található nagyobb mennyiségben.

A kén specifikus szerepe az -SH-tartalmú enzimekben és a redoxirendszerekben érvényesül. A glutation a cisztein-cisztin rendszernél is fontosabb redoxirendszert képez, mivel vízoldható (41. ábra). A glutation a szöveti-SH-szint fenntartásán keresztül fontos szerepet játszik a stresszrezisztenciában és a zsírsavperoxidok méregtelenítésében.

41. ábra - A glutation oxidált és redukált alakja

kepek/41abra.png


Kéntartalmú vegyületek (tiamin-pirofoszfát, liponsav, CoA-SH) segítségével játszódik le az oxidatív dekarboxilálás. Bizonyos enzimfehérjék ciszteinjéhez vas kötődik, a vas-kén-proteinek, elektronszállító láncok negatív redoxipotenciálú komponensei. Ilyenek a fotoszintézisben a ferredoxinok vagy a mitokondriális elektrontranszportban szereplő vas-kén-proteinek. A nitrogénfixálásban részt vevő nitrogenáz enzim vas-kén- és vas-kén-molibdén-protein alegységeket tartalmaz. A nitrátreduktáz enzim egyik komponense ugyancsak vas-kén-protein.

A kén mint építőelem is igen fontos. A diszulfidhidak pl. nagymértékben stabilizálják a fehérjék szerkezetét a polipeptidláncok összekötése révén. A kéntartalmú fehérjékben a cisztein és metionin fordul elő legnagyobb mennyiségben. A növényekben a nagy fehérjetartalom többnyire nagy kéntartalommal párosul.

Európában a kénhiány ritka. Hazánkban a szuperfoszfáttal és a csapadékkal évente a terméssel kivont kénmennyiségek többszöröse jut a talajba. Nyugat-Európában a koncentrált foszforműtrágyák használata, valamint a nagy kéntartalmú barnaszenek csökkent felhasználása következtében csökken a műtrágyákkal és csapadékkal a talajba jutó kén mennyisége, ami helyenként kénhiány kialakulásához vezetett. A kénmérleg pozitív vagy negatív voltát a kimosódás is befolyásolja.

A keresztesvirágúaknak nagyobb a kénigénye, mint a gabonaféléknek vagy a kapásoknak. Egy repceterméssel kb. 35 kg/ha, egy gabonaterméssel kb. 15 kg/ha ként vonunk ki a talajból. A pillangósvirágúak viszonylag nagy fehérjetartalmuk következtében nagyobb kénigényűek (32. táblázat).

32. táblázat - Különböző növények termésének kéntartalma (%) (Deloch 1960)

Gabonafélék

Pillangósok

Keresztesvirágúak

Árpa

0,18

Lóbab

0,24

Repce

1,0

Zab

0,18

Bokorbab

0,24

Fehérmustár

1,4

Búza

0,17

Borsó

0,27

Olajretek

1,7

Kukorica

0,17

Szója

0,32

Feketemustár

1,0


A kénhiány és következményei

Nem megfelelő kénellátás esetén a fehérjeszintézisben lépnek fel zavarok. Kénhiány esetén növekszik az oldható nitrogénvegyületek mennyisége és csökken a fehérjetartalom. A fehérjeszintézis gátlására utal, hogy kénhiány esetén olyan aminosavak halmozódnak fel, amelyek normális körülmények között egyáltalában nem vagy csak kis mennyiségben találhatók (pl. arginin).

A kénhiány tünetei a nitrogénhiány tüneteihez hasonlóak. Rossz kénellátás esetén világoszöld, később sárga, esetenként vöröses elszíneződésű levelek figyelhetők meg. A kénhiányos növények merev tartásúak. A nitrogénhiánytól eltérően a kénhiány a legfiatalabb leveleken figyelhető meg. A keresztesvirágúaknál a satnya növekedés mellett a levéllemezek kiszélesedése gátolt, hosszú, keskeny levelek képződnek. A kénhiányos növényekben a kéntartalom lényegesen kisebb, mint a kénnel megfelelően ellátott növényekben. Ezenkívül kicsi a fehérjetartalmuk és szervetlen kéntartalmuk is.

Kérdések

1. Jellemezze a talaj szerves és szervetlen kénvegyületeit!

2. Milyen hasonlóságok mutatkoznak a kén és a nitrogén forgalmában?

3. Hogyan veszi fel a ként a növény, és milyen vegyületekben tárolja?

4. Mi a kénvegyületek szerepe az anyagcsere-folyamatokban?

5. Melyek a kénhiány tünetei és következményei?