Depuis les travaux de Lebieg sur la composition chimique de la matière végétale, le potassium est reconnu comme un nutriment essentiel pour les plantes. Cette reconnaissance a été confirmée par des études approfondies ultérieures sur son rôle dans les processus vitaux des cellules végétales. Au sein du groupe des métaux alcalins, cet élément occupe une place unique de par son importance pour la croissance et le développement de toutes les plantes, supérieures et inférieures. C'est pourquoi les plantes contiennent des quantités importantes de cet élément dans leurs tissus. Le potassium se classe au huitième rang des éléments constituant la croûte terrestre, représentant près de 2,5 % de celle-ci. On trouve des sels de potassium dans les roches qui, sous l'effet de l'altération mécanique et chimique, fragmentent progressivement ces minéraux, libérant des ions K+ dans la solution du sol. De faibles quantités de potassium sont également présentes dans l'atmosphère, par exemple dans les particules de terre pulvérisée, la fumée et les gouttelettes d'eau de mer transportées par le vent.
- Absorption du potassium par les plantes.
Le potassium atteint la surface racinaire principalement par diffusion. L'absorption directe du potassium par les plantes, c'est-à-dire la quantité d'ions K+ traversant la membrane cytoplasmique de la cellule racinaire par unité de temps, est déterminée par :
la concentration en potassium dans le phloème, qui détermine les besoins quantitatifs de la partie aérienne en cet élément nutritif ;
la concentration en cations K+ dans la vacuole, qui détermine la vitesse de transport des ions de la cellule racinaire vers le xylème ;
et la vitesse de déplacement des ions potassium de l'apoplaste racinaire vers le cytoplasme à travers la membrane cytoplasmique.
Dans les solutions très faibles en potassium, lorsque la concentration en ions K+ dans l'apoplaste racinaire ne dépasse pas 0,5 mmol, le potassium est absorbé activement par des transporteurs, selon la courbe du système de transport à haute affinité (HAS), contre le gradient électrochimique.
Dans les solutions à forte concentration en K+ (supérieure à 0,5-1,0 mmol), le transport des ions K+ à travers la membrane cytoplasmique suit la courbe LATS (système de transport à faible affinité), de manière passive, via des canaux ioniques protéiques, en fonction des différences de potentiel électrochimique, avec une efficacité de transport nettement inférieure. Par conséquent, la nutrition potassique des plantes est davantage déterminée par les conditions environnementales que par leurs besoins nutritionnels. Le taux d'absorption du potassium est particulièrement élevé chez
les jeunes plantes, mais avec le temps, la concentration de potassium dans les cellules diminue en raison de sa redistribution des organes plus âgés vers les plus jeunes. - Le rôle du potassium chez les plantes.
Le potassium remplit de multiples fonctions physiologiques chez les plantes, principalement grâce à deux propriétés de cet élément : la vitesse à laquelle les ions K⁺ traversent sélectivement les membranes biologiques et l’activation de nombreuses enzymes. La première détermine son effet bénéfique sur la gestion de l’eau ; cet élément influence l’état d’hydratation des colloïdes plasmatiques cellulaires, tandis que la seconde détermine son rôle dans le métabolisme des glucides et des nitrates. On sait que le potassium active plus de 60 enzymes. Dans la plupart des cas, son effet sur les enzymes est spécifique, c’est-à-dire qu’il ne peut être remplacé par d’autres éléments alcalins. Ceci est directement lié au volume des ions hydratés et au degré de toxicité de ces éléments. Ainsi, les cations ayant un faible volume à l’état hydraté (Rb⁺ et Cs⁺) et des dimensions similaires à celles de K⁺ ont une plus grande capacité à activer les enzymes que les cations ayant un volume important à l’état hydraté (Na⁺ et Li⁺). Cependant, Rb⁺ et Cs⁺ ne peuvent jouer un rôle majeur car les concentrations nécessaires à l’activation des enzymes seraient toxiques pour la plante.
- Interaction de l'azote et du potassium dans la fertilisation des plantes.
L'azote et le potassium sont des macronutriments essentiels, mais ils exercent des fonctions physiologiques distinctes chez les plantes. L'azote, composant des protéines qui constituent les structures cellulaires et des enzymes, est présent dans les plantes sous forme minérale, sous forme d'ions NO₃⁻, et en faible quantité. Le potassium, coenzyme et régulateur de l'hydratation cellulaire, est présent dans la sève uniquement sous forme ionique. Un apport insuffisant de cet élément nutritif augmente la viscosité du cytoplasme, limitant la croissance cellulaire et, par conséquent, celle de la plante entière. Il a été démontré qu'une fertilisation équilibrée en azote et en potassium accroît l'efficacité de chacun. Le potassium est un cation qui facilite le transport des nitrates dans le xylème, influençant ainsi significativement le bilan azoté de la plante. Le taux d'accumulation du potassium dans les plantes dépend cependant largement du niveau de fertilisation azotée. À fortes doses d'azote, les plantes absorbent davantage d'azote et de potassium. Un apport adéquat d'azote entraîne la production d'un plus grand nombre de cellules foliaires, de volume supérieur. - Interactions potassium-calcium-magnésium et interactions avec les anions.
D'autres cations ont un impact significatif sur l'absorption du potassium par les plantes, notamment à fortes concentrations. Le mécanisme de cette interaction n'est pas toujours entièrement élucidé. On sait cependant que ces interactions sont très complexes et impliquent des interactions ioniques directes et indirectes. Parmi les cations susceptibles de réduire l'absorption du potassium, on trouve le calcium, ainsi que le magnésium et parfois le sodium.
L'antagonisme entre le calcium et le potassium était autrefois désigné par l'expression « loi du rapport calcium-magnésium ». Il est aujourd'hui admis qu'il s'agit d'un phénomène assez général, impliquant une compétition entre les ions pour les transporteurs situés dans la membrane plasmique. Un excès d'un ion peut inhiber la liaison d'un autre ion au transporteur, réduisant ainsi son absorption. La compétition entre les autres cations et le potassium n'aurait lieu que lorsque les concentrations de potassium sont faibles. En effet, si la concentration de potassium est suffisante, l'effet du calcium sur l'absorption des ions K⁺ est très faible. Par conséquent, une concentration trop faible ou trop élevée d'ions Ca²⁺ n'affecte pas favorablement l'absorption du potassium par les plantes.
Un rapport Ca:K optimal est nécessaire à l'absorption des nutriments et à la croissance des plantes. De même, l'interaction avec les ions magnésium augmente à faibles concentrations de potassium. Cependant, à des concentrations de potassium plus élevées, l'absorption du magnésium ne diminue que légèrement. Parmi les anions, outre les ions NO₃⁻ mentionnés précédemment, les ions chlorure favorisent également l'absorption du potassium. Les ions sulfate (SO₄²⁻) inhibent l'absorption du potassium par les plantes, et, de même, les ions HCO₃⁻ inhibent l'absorption du potassium par les tissus végétaux.
- Symptômes de carence et d'excès de potassium.
En raison de la grande mobilité de cet élément, les symptômes de carence apparaissent d'abord sur les feuilles les plus âgées sous forme de petits points noirs, qui peuvent s'agrandir avec le temps pour former des trous visibles. Une chlorose des feuilles les plus âgées, évoluant vers la nécrose, peut également survenir. Les lésions affectent généralement l'extrémité des feuilles ou les tissus marginaux. Le plus souvent, les symptômes d'excès sont associés à une inhibition de l'absorption d'azote et de calcium par la plante et sont caractéristiques d'une carence en azote et en calcium.
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« Effets des niveaux de potassium sur la croissance des plantes, l’accumulation et la distribution du carbone, et le métabolisme des nitrates chez
les semis de porte-greffes nains de pommier » Front. Plant Sci., 23 juin 2020.