Współdziałanie azotu i siarki w odżywianiu mineralnym roślin zaczyna się już w glebie. Niedobór w niej siarki obniża wykorzystanie dostępnego azotu. Zatem oba składniki powinny znajdować się w glebie w ilościach odpowiednich do zapewnienia największego ich wykorzystania. Za optymalny stosunek dostępnego azotu do dostępnej siarki (N:S) uznaje się 7:1, ponieważ wartości niższe od 7 skutkują spadkiem plonów. Przy braku nawożenia azotem, rzepak wykorzystuje tylko ok. 30 proc. podanej siarki, a po zastosowaniu 60 kg N/ha do ok. 40 proc.

Badania potwierdzają także istnienie licznych zależności pomiędzy siarką i azotem na poziomie rośliny. Jednoczesna niezbędność obu tych pierwiastków wynika z równoczesnego ich udziału w przebiegu szeregu ważnych procesów fizjologicznych w roślinie. Jednym z nich jest redukcja NO3- do NO2- po to, aby jony azotanowe mogły być wbudowywane w aminokwasy. Proces ten jest wysoce uzależniony od obecności/braku siarki. Niezbędność siarki i azotu oraz ich wzajemna zależność występuje także podczas syntezy białka. Azot reguluje wbudowywanie siarki w enzym ATP-sulfurylazę, która katalizuje powstanie cysteiny, a następnie metioniny. Oba te aminokwasy siarkowe są niezbędne do biosyntezy białka w roślinach.

W warunkach deficytu siarki, dodatkowe nawożenie azotem nie wpływa ani na plon, ani na poziom białka w roślinach. Wzrasta natomiast ilość związków niebiałkowych, takich jak: amidy, azotany, azotany oraz aminokwasy.

Zarówno azot, jak i siarka, są niezbędne do przebiegu procesu fotosyntezy, bowiem azot jest składnikiem chlorofilu, a siarka, poprzez aminokwas metioninę, wpływa na jego syntezę. Doświadczalnie stwierdzo no, że przy jednoczesnym nawożeniu rzepaku azotem i siarką wzrasta intensywność fotosyntezy.

Wielokrotnie stwierdzono także, że siarka jest specyficznie włączona w wiązanie azotu atmosferycznego przez rośliny motylkowate. Badania prowadzone z koniczyną białą wykazały, że w roślinach deficytowych w siarkę, wiązanie N2 było drastycznie zredukowane, czego przyczyną były: słaby rozwój brodawek, mała produkcja leghemoglobiny i niska aktywność nitrogenazy. Zastosowanie w uprawie soi 30 kg S/ha skutkowało wzrostem plonu nasion oraz ilości związanego azotu atmosferycznego z ok. 83 kg N/ha do ponad 140 kg N/ha. W doświadczeniach prowadzonych na grochu zastosowanie siarki spowodowało podwojenie ilości azotu związanego przez bakterie brodawkowe. Okazuje się, że korzenie i brodawki grochu mają wysokie zapotrzebowanie na siarkę, a sam proces wiązania N2 jest bardzo wrażliwy na deficyt siarki.

Siarka i azot oddziałują także wzajemnie na ich koncentrację w roślinach i całkowite pobranie w plonach. Stwierdzono, że zawartość siarki w ziarnie pszenicy zależy nie tylko od jej dawki, ale także od dostępności azotu, przy czym wzrost dawki N powoduje zwiększenie zawartości siarki w ziarnie.

Biorąc pod uwagę wielkość zapotrzebowania na siarkę, wyróżniono 3 grupy roślin:

o bardzo dużym zapotrzebowaniu na siarkę (40-80 kg S/ha), do których należą rośliny krzyżowe;

o dużym zapotrzebowaniu na siarkę (30-40 kg S/ha), do których zaliczane są rośliny motylkowate, burak cukrowy i kukurydza;

o stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na siarkę (12-25 kg S/ha), do których należą zboża, trawy i ziemniak.

Zapotrzebowanie roślin na siarkę jest zróżnicowane nie tylko pomiędzy gatunkami, ale też w zależności od fazy rozwojowej roślin (wzrost wegetatywny, produkcja nasion). W perspektywie całego metabolizmu siarki w roślinie, zapotrzebowanie jest nastawione na takie zaopatrzenie w ten składnik, aby w pierwszej kolejności zoptymalizować wzrost wegetatywny rośliny. Natomiast poprzez dostarczenie siarki do nasion następuje zwiększenie ich płodności i optymalizacja potencjału produkcyjnego. W roślinach zbożowych dostarczenie odpowiedniej ilości siarki jest konieczne zarówno do uzyskania maksymalnej produkcji ziarna, jak i ze względu na ich aspekt jakościowy.

Analizując rolę azotu i siarki w odżywianiu mineralnym roślin, należy też wspomnieć o roli drugiego z tych pierwiastków w tworzeniu odporności na choroby. Rośliny optymalnie zaopatrzone w siarkę sprawnie pobierają i efektywnie wykorzystują składniki pokarmowe, co sprzyja ich dobrej kondycji obserwowanej jako prawidłowy wzrost i rozwój. Dzięki temu w sytuacji inwazji patogenów są zdolne uruchomić reakcje obronne i podjąć naprawę szkód. W badaniach własnych, a także w pracach innych autorów wykazano wzrost zawartości i pobrania potasu, wapnia i magnezu przez rośliny nawożone siarką. Działanie tych składników w komórkach roślinnych jest wielostronne, ale ich ważną rolą w roślinie jest także obrona przeciwko patogenom chorobotwórczym.

Ponadto siarka pobrana z gleby przez korzenie jest wbudowywana w aminokwas cysteinę, który jest pierwszym i podstawowym związkiem siarkowym w roślinie oraz aminokwasem wyjściowym do produkcji wielu innych związków/metabolitów niezbędnych do funkcjonowania rośliny w środowisku. Wśród nich są metabolity - glutation, glukozynolany, fitoaleksyny, które są włączone w mechanizm odporności roślin na patogeny.

Glutation wspomaga obronę roślin przed patogenami poprzez wzmożoną produkcję lignin w ścianach komórkowych i produkcję fitoaleksyn. Jednakże bardzo ważnym działaniem glutationu w roślinach zaatakowanych przez patogena jest wpływ na ich pierwotny metabolizm, który dostarcza energii do biosyntezy związków obronnych. Wprawdzie wysoka zawartość tych metabolitów może wpływać na większą odporność rośliny, ale ich synteza jest uważana za bardzo kosztowną, co w konsekwencji powoduje redukcję wzrostu i plonu nasion.

Kolejnym metabolitem wtórnym są glukozynolany produkowane przez rośliny w celu zwiększenia ich odporności na niekorzystne wpływy osobników konkurencyjnych i patogenów przez wykazywanie toksycznych i zniechęcających efektów. Potwierdzeniem ich działania antygrzybowego jest wzrost infekcji grzybowych na plantacjach rzepaku dwuzerowego, w porównaniu z odmianami tradycyjnymi, czyli wysoko glukozynolanowymi. Same glukozynolany mają ograniczoną aktywność biologiczną. Ich potencjał wzrasta wraz z zakresem uszkodzeń tkanek rośliny, w wyniku czego zaczyna działać enzym mirozynaza powodujący degradację glukozynolanów i powstawanie toksycznych produktów.

Fitoaleksyny są związkami o szerokim spektrum działania antybiotycznego. Nie są one spotykane w zdrowych tkankach roślin, ale są syntezowane w komórkach położonych blisko miejsca infekcji wywołanej przez patogena.

Fitoaleksyny spotykane w roślinach krzyżowych mają co najmniej jeden atom siarki i wykazują różne rodzaje aktywności przeciwko grzybom chorobotwórczym. Kolejną grupą związków siarkowych związanych z działaniami obronnymi roślin są tak zwane białka bogate w siarkę, do których zaliczane są tioniny, defensiny i wiele innych polipeptydów. Stwierdzono udział tych związków we wzroście odporności na liczne ważne patogeny spotykane w rolnictwie, jak Alternaria spp. i Fusarium spp. Metabolity te mogą ograniczyć kolonizację patogena, ale nie blokują całkowicie rozwoju choroby.

Znaczna rola w tworzeniu odporności roślin względem chorób grzybowych przypada bez wątpienia wapniowi, którego koncentracja wzrastała w organach wegetatywnych rzepaku nawożonego siarką. Po pierwsze wapń jest składnikiem niezbędnym dla stabilizacji membran. Po drugie składniki zawierające wapń są potrzebne do tworzenia stabilności ścian komórkowych, co polega na silnym hamowaniu przez jony Ca2+ aktywności enzymów rozpuszczających środkowe płytki ściany komórkowej skórki. Dzięki temu wiele grzybów i bakterii nie może wtargnąć do tkanki roślinnej.