Как следствие, у растений часто развиваются симптомы дефицита Fe, которые включают, например, межжилковый хлороз молодых листьев, снижение скорости фотосинтеза и замедление роста ⁵. Чтобы преодолеть дефицит Fe, растения вызывают как морфологические, так и молекулярные адаптации, например, путем изменения архитектуры корневой системы и запуска экспрессии генов, участвующих в солюбилизации Fe и получении его из ризосферы ^6,7. Кроме того, несколько фактов показали, что вклад ризосферных микроорганизмов может быть фундаментальным, чтобы помочь растению справиться с неоптимальными концентрациями Fe в среде роста ^8-10.

Среди различных стратегий по устранению дефицита Fe в культурных растениях, использование удобрений на основе Fe по-прежнему представляет собой наиболее частый и экономически устойчивый подход, принятый в сельском хозяйстве, применяемый либо под навесом, либо в виде внекорневого опрыскивания, либо в почве ¹¹. Железо обычно поставляется в хелатной форме с аминокарбоксилатными синтетическими лигандами, такими как HEDTA, EDTA, DTPA и EDDHA, которые направлены на повышение доступности Fe для поглощения растениями. Исходя из этой особенности, синтетические хелаты также позволяют сократить количество вносимых удобрений под сельскохозяйственные культуры ¹¹, что дает экономическую выгоду. Однако, если рассматривать удобрение на уровне почвы, стабильность комплексов Fe сильно зависит от pH почвы; только самый стабильный хелат(т.е. o,^o-EDDHA/Fe3+), и при этом самый дорогой, способен гарантировать биодоступность Fe в высококальциевых почвах ¹¹. Однако использование аминокарбоксилатных синтетических лигандов для удобрения Fe также имеет ряд недостатков, таких как, например, i) устойчивость в растительной системе (лиганды могут накапливаться в растительных тканях), ii) на видообразование комплексов могут влиять другие катионы в почве (например, реакции обмена лигандов с Zn и Cu), iii) нежелательная мобилизация тяжелых металлов (например, Pb), которые могут попасть в пищевую цепь, тем самым влияя на качество и безопасность сельскохозяйственной продукции ¹².

Биостимуляторы растений (БС) определяются как класс веществ, способных повышать продуктивность и качество сельскохозяйственных культур, увеличивая доступность питательных веществ в почве, улучшая эффективность использования питательных веществ растениями и способствуя деградации и гумификации органических веществ в почве ¹³. В целом, ПБ имеют разнообразную природу и включают широкий спектр веществ, все из которых оказывают вышеупомянутые полезные эффекты на растения, хотя их точный способ действия до сих пор неясен ¹⁴. Среди PBs в последние годы большое внимание привлекают полезные микроорганизмы, гуминовые вещества и белковые гидролизаты (PHs) как возможная более экологичная альтернатива традиционным удобрениям для управления питанием Fe в культурных растениях ^8,15,16. В частности, РН представляют собой смесь биоактивных соединений в виде аминокислот и пептидов, полученных из животных или растительных источников белка в процессе ферментативного и/или термохимического гидролиза ¹⁷. РН могут также содержать углеводы, фенолы, минеральные элементы, фитогормоны и другие органические соединения, способствующие их биостимулирующей активности. Одним из наиболее значимых биоактивных эффектов PHs является увеличение поглощения питательных веществ растениями, что достигается за счет повышения биодоступности питательных веществ в почвенном растворе и стимулирования роста корней и активного процесса поглощения ¹⁷. PH-опосредованное улучшение биодоступности питательных веществ в почвенном растворе было связано с преобразованием минеральных питательных веществ в виде неорганических ионов в комплексы, обладающие более высокой растворимостью. Образование минерально-органических комплексов между минеральными питательными веществами и различными PH-производными лигандами, такими как пептиды и аминокислоты, было зарегистрировано для минеральных катионов, включая железо.

В этом контексте питание растений может быть улучшено путем сочетания эффектов биостимуляторов и доставки питательных веществ в современных удобрениях, таких как биохелаты. Биохелат можно определить как органическое соединение, состоящее из центрального атома металла, присоединенного к одной или нескольким органическим молекулам природного происхождения, называемым лигандами (например, пептиды). Металлические биохелаты могут быть получены с помощью питательных веществ для растений, существующих в катионной форме (например, кальций, железо, марганец, цинк, медь). Биохелаты металлов с микроэлементами более биодоступны в почвенном растворе, чем соответствующие неорганические соли или оксиды для поглощения растениями, особенно в щелочных условиях. Более того, биохелаты содержат экологически чистые хелатные агенты, которые полностью биоразлагаемы и нетоксичны для человека и животных, и поэтому их можно использовать в сельском хозяйстве без проблем для здоровья и окружающей среды, связанных с синтетическими хелатами, как обсуждалось выше. Несмотря на большой потенциал биохелатов в качестве удобрений, эта технология все еще слабо используется в сельском хозяйстве. Биохелаты, такие как пептиды, в настоящее время широко применяются в пищевой и кормовой промышленности для повышения биодоступности минералов в питании людей и животных ^18,19. Разнообразные металл-хелатирующие пептиды были получены и идентифицированы из различных пищевых источников, таких как молоко, яйцо, соя и морской огурец ²⁰. Минералохелатирующие свойства пептидов объясняются структурным разнообразием их основы, которая содержит как терминальные карбоксильные и аминогруппы, так и боковые цепи аминокислотных остатков ¹⁸.

Недавно на рынках ЕС и США появились инновационные удобрения, содержащие металл-биохелаты. Эти удобрения, содержащие ряд микроэлементов (например, Fe, Zn, Mn) и кальций, хелатированные пептидами, полученными из растительных РН, используемых в качестве биостимуляторов растений ^21,22, были разработаны. Предварительные исследования показали, что эти металл-биохелаты обладают хорошей стабильностью в диапазоне pH 6-8. Эти наблюдения были подтверждены тремя агрономическими испытаниями, проведенными на трех сельскохозяйственных культурах, а именно огурце, томате и клубнике. Целью было сравнить агрономические показатели Fe-биохелата, содержащего пептиды растительного происхождения, и широко используемого синтетического Fe-хелата, используя оптимальный и щелочной pH субстрата, 6,0 и 8,0, ^{соответственно12}. Были оценены различные параметры, на которые обычно влияет недостаточное питание растений Fe (например, содержание хлорофилла в листьях, эффективность фотосинтеза, механизм поглощения Fe, накопление биомассы и урожайность), и, независимо от рассматриваемой культуры, Fe-биохелат показал такую же эффективность, как и синтетический Fe-хелат в обеспечении растений адекватным количеством ^{микроэлемента12}. Учитывая потенциальное негативное воздействие синтетических хелатов на окружающую среду и длительное сохранение этих соединений в тканях растений, результаты вышеуказанных исследований представляют большой интерес для повышения устойчивости растениеводства. В контексте перехода к устойчивому развитию, продвигаемого ЕС, разработка и последующее применение удобрений нового поколения на основе биохелатов представляет собой положительный пример новой сельскохозяйственной практики, обеспечивающей рентабельность, здоровье окружающей среды и социально-экономическую справедливость.