Со времен исследований Лебига о химическом составе растительной материи калий был классифицирован как незаменимый питательный элемент для растений. Это было подтверждено последующими подробными исследованиями его роли в жизненных процессах растительных клеток. В группе щелочных металлов этот элемент занимает уникальное положение с точки зрения его важности для роста и развития всех высших и низших растений. Поэтому растения содержат значительные количества этого элемента в своих тканях. Калий занимает восьмое место среди элементов, составляющих земную кору, составляя почти 2,5%. Соли калия находятся в горных породах, которые в результате механического и химического выветривания постепенно разрушают эти минералы, высвобождая ионы K+ в почвенный раствор. Небольшие количества калия также обнаруживаются в атмосфере, например, в частицах распыляемой почвы, а также в дыме и каплях морской воды, переносимых ветром.
- Поглощение калия растениями.
Калий достигает поверхности корня преимущественно путем диффузии. Прямое поглощение калия растениями, т.е. количество ионов K+, протекающих за единицу времени через цитоплазматическую мембрану клетки корня, определяется:
• концентрацией калия во флоэме, которая определяет количественную потребность побега в этом питательном веществе;
• концентрацией катионов K+ в вакуоле, которая определяет скорость ионного транспорта из клетки корня в ксилему;
• скоростью движения ионов калия из апопласта корня через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму.
В растворах с очень низкой концентрацией калия, когда концентрация ионов K+ в апопласте корня не превышает 0,5 ммоль, калий активно поглощается с помощью переносчиков в соответствии с кривой высокоаффинной транспортной системы (HAS) против электрохимического градиента.
В растворах с высокой концентрацией K+, выше 0,5–1,0 ммоль, транспорт ионов K+ через цитоплазматическую мембрану следует кривой LATS (система низкоаффинного транспорта), пассивно, через белковые ионные каналы, основанные на разности электрохимических потенциалов, со значительно меньшей эффективностью переноса. Поэтому питание растений калием определяется скорее условиями окружающей среды, чем их потребностями в питательных веществах. Скорость поглощения калия особенно высока у
молодых растений, но со временем концентрация калия в клетках снижается из-за перераспределения из более старых органов в более молодые. - Роль калия в растениях.
Калий выполняет множество физиологических функций в растениях, в основном благодаря двум свойствам этого элемента: скорости избирательного прохождения ионов K+ через биологические мембраны и активации многочисленных ферментов. Первое определяет его благотворное влияние на управление водным балансом; этот элемент влияет на состояние гидратации клеточных плазменных коллоидов, а второе определяет его роль в метаболизме углеводов и нитратов. Известно, что калий активирует более 60 ферментов. В большинстве случаев его воздействие на ферменты специфично, то есть его нельзя заменить другими щелочными элементами. Это напрямую связано с объемом гидратированных ионов и степенью токсичности этих элементов. Таким образом, катионы с малым объемом в гидратированном состоянии (Rb+ и Cs+) и размерами, аналогичными K+, обладают большей способностью активировать ферменты, чем катионы с большим объемом в гидратированном состоянии (Na+ и Li+). Однако ионы Rb+ и Cs+ не могут играть существенной роли, поскольку концентрации, необходимые для активации ферментов, были бы токсичны для растения.
- Взаимодействие азота и калия при удобрении растений.
Азот и калий являются необходимыми макроэлементами, но выполняют в растениях различные физиологические функции. Азот, компонент белков, которые строят клеточные структуры и ферменты, в растениях присутствует в минеральной форме, в виде ионов NO3, только в небольших количествах. Калий, кофермент и регулятор гидратации клеток, присутствует в клеточном соке только в ионной форме. Недостаточное поступление этого питательного вещества увеличивает вязкость цитоплазмы, ограничивая рост клеток и, следовательно, всего растения. Доказано, что сбалансированное азотное и калийное удобрение повышает эффективность каждого из них. Калий — это катион, который способствует транспорту нитратов в ксилеме, тем самым значительно влияя на азотный баланс растения. Однако скорость накопления калия в растениях в значительной степени зависит от уровня азотного удобрения. При высоких дозах азота растения поглощают больше как азота, так и калия. Адекватное поступление азота приводит к образованию большего количества листообразующих клеток большего объема. - Взаимодействие калия, кальция и магния, а также их взаимодействие с анионами.
Другие катионы оказывают значительное влияние на поглощение калия растениями, особенно при высоких концентрациях. Механизм этого взаимодействия не всегда полностью изучен. Однако известно, что эти взаимодействия очень сложны и включают как прямые, так и непрямые ионные взаимодействия. К катионам, которые могут снижать поглощение калия, чаще всего относятся кальций, а также магний и иногда натрий.
Антагонизм между Ca и K ранее назывался «законом соотношения кальция и магния». В настоящее время принято считать, что это довольно общее явление, включающее конкуренцию между ионами за переносчики, расположенные в плазматической мембране. Избыток одного иона может ингибировать связывание другого иона с переносчиком, тем самым снижая его поглощение. Считается, что конкуренция между другими катионами и калием происходит только при низких концентрациях калия. Фактически, если концентрация калия достаточна, влияние кальция на поглощение ионов K+ очень мало. Поэтому слишком низкая или слишком высокая концентрация ионов Ca2+ не оказывает благоприятного воздействия на поглощение калия растениями.
Для правильного усвоения питательных веществ и роста растений необходимо оптимальное соотношение Ca:K. Аналогично, взаимодействие с ионами магния усиливается при низких концентрациях калия. Однако при более высоких концентрациях калия поглощение магния снижается лишь незначительно. Среди анионов, помимо ранее обсуждавшихся ионов NO3, ионы хлора также благоприятно влияют на поглощение калия. Ионы сульфата (SO4 2-) препятствуют поглощению калия растениями, и, подобно ионам сульфата, ионы HCO3 также ингибируют поглощение калия тканями растений.
- Симптомы дефицита и избытка калия.
Из-за высокой подвижности этого элемента симптомы дефицита начинаются на старых листьях в виде небольших черных точек, которые со временем могут увеличиваться, превращаясь в видимые отверстия. Также может наблюдаться хлороз самых старых листьев, переходящий в некроз. Поражения могут в первую очередь затрагивать кончик листа или краевые ткани. Чаще всего симптомы избытка связаны с угнетением поглощения растением азота и кальция и характерны для дефицита азота и кальция.
-Литинский Т., Юрковска Х. «Плодородие почвы и питание растений», PWN 1982, Франк Б. -Салибери, Клеон Росс «Физиология растений», PWRiL 1975,
-Зуржицкий Й. Михневич М. «Физиология растений», PWRiL 1979,
-Анна Новотна-Мечинска «Физиология минерального питания растений», PWRiL 1965,
-Диана Вальстад «Растения в аквариуме». Экология водных растений" Oriol 2007,
-VD Fageria (2001) Взаимодействие питательных веществ в сельскохозяйственных культурах, Журнал питания растений, 24:8, 1269-1290,
-Xinxiang Xu, Xin Du, Fen Wang, Jianchuan Sha, Qian Chen, Ge Tian, Zhanling Zhu, Shunfeng Ge и Yuanmao Jiang
«Влияние уровня калия на рост растений, накопление и распределение углерода и метаболизм нитратов у саженцев карликового подвоя яблони
» Front. Plant Sci., 23 июня 2020 г.