Роль калия в минеральном питании растений. а источники калия для растений Калий представлен в природе тремя изотопами, из которых К39 составляет 93,31 , К40 - 0,01 , К41 - 6,68 . В свободном состоянии он не встречается в связи с большой химической активностью.
Калий является сильным восстановителем.
Он легко отдает свой внешний электрон и переходит при этом в одновалентный катион.
В почве находится в форме водно-растворимых солей, обменного и необменного калия, силикатов и алюмосиликатов.
До 98 калия, находящегося в почве, недоступно растениям. Наиболее доступный и важный для растения - обменный калий. Растения поглощают калий из почвы. Внутри растительной клетки калий распределен неравномерно.
Его не обнаружили в ядре и хлоропластах. Особенно много калия у молодых растений, т.е. в период, когда у растений идет интенсивное деление клеток и синтезируются органические вещества. Максимум калия у большинства растений отмечен к моменту цветения особенно это характерно для злаков. Физиологическая роль калия еще не достаточно ясна. Однако имеющийся экспериментальный материал позволяет сделать некоторые заключения о роли калия в растительных организмах. Важное значение имеет более или менее устойчивое соотношение концентраций ионов калия, натрия и кальция в организме.
Калий, легко проникая внутрь клетки, увеличивает проницаемость клеточных мембран для различных веществ, чем оказывает значительное влияние на обмен веществ в самых разнообразных направлениях. Процесс усвоения калия растениями из водных растворов зависит от состава анионов и катионов, входящих в питательную смесь в последнее время получены доказательства того, что анионы по степени своего влияния на интенсивность поглощения калия располагаются в следующий ряд HCO3 CI H2PO4 NO3 SO4 Катионы вступают в антагонистические взаимоотношения с калием, что сказывается определенным образом на процессе его поглощения.
По степени проявления антагонизма катионы составляют следующий ряд Ca2 NH4 Na Mg2 Изучение взаимоотношений калия с другими ионами продолжается в связи с наличием многих противоречий по этому вопросу. Процесс усвоения калия зависит от рН среды. Наиболее благоприятными являются слабо кислая или нейтральная реакция.
При сдвиге рН в сильно кислую или щелочную сторону поглощение калия сильно тормозится Удовенко, Иванов, Ложкина, Урбанович, 1964 . В естественных условиях растения используют водно-растворимый калий, содержание которого в почвенном растворе пополняется за счет резервов почвенного поглощающего комплекса. Такой процесс идет на протяжении всей жизни растения Чириков, 1951 . Взаимосвязь растения с источниками калия в почве можно выразить схемой, приведены ниже. Растение калий почвы воднорастворимый калий почвенного поглощающего комплекса, выделенный в раствор Сa2 , Mg2 , Na , H б значение калия в жизни растения При недостатке калия в питательной среде у растений наблюдаются признаки калийного голодания.
Наблюдается краевой запал листьев. У некоторых растений развивается хлороз, а у картофеля на листьях появляется бронзовый оттенок. Признаки голодания раньше проявляются у старых листьев, а потом и у более молодых. По-видимому, молодые листья могут некоторое время использовать запасы калия, накопленные в старых листьях, что свидетельствует о возможности повторного использования этого элемента. Семена, образовавшиеся у растений в условиях калийного голодания, нередко теряют всхожесть.
Сильно снижается также устойчивость растений к различным заболеваниям и неблагоприятным климатическим условиям Баранов и Кореньков, 1956 г . в физиологическая роль калия в растениях Физиологическая роль калия в растениях изучена недостаточно и многие аспекты влияния калия на процессы, протекающие в растительном организме, остаются неясными. Можно и сейчас считать в основном правильной оценку положения, данную М. А. Егоровым еще в 1923 г. Не только исчерпывающего, но и сколько-нибудь полного выяснения значения калия в жизни растения мы до сих пор не имеем. Накопленный к настоящему времени материал по этому вопросу позволяет сформулировать современные представления о физиологической роли калия в виде следующих положений. 1. Большое влияние оказывает калий на углеводный обмен растений. Наличие калия положительно сказывается уже на процессе образования углеводов при фотосинтезе, а также на процессах преобразования и передвижения углеводов в растении, что можно объяснить влиянием калия на активность ферментов амилазы и инвертазы, деятельность которых в условиях калийной недостаточности сильно тормозится. 2. Калий оказывает глубокое влияние на протоплазму клетки.
При его наличии увеличивается гидратация коллоидов протоплазмы, в связи с чем снижается ее вязкость, а водоудерживающие силы возрастают, о чем можно судить по значительному увеличению количества связанной воды. 3. Обеспеченность растений калием положительно влияет на синтез растениями витаминов в частности, тиамина, что, по-видимому, тоже связано с благоприятным ходом синтеза углеводов. 4. Большой интерес для практики представляет отмеченное многими исследователями положительное влияние калия на структуру урожая, так как эти показатели являются решающими в создании урожая. 5. При наличии калия повышается устойчивость растений к низким температурам, засухоустойчивость, а также устойчивость против различных заболеваний.
Установлено в условиях эксперимента, что при недостатке калия снижается тургорное давление растений, особенно в сухую жаркую погоду, а транспирация сильно возрастает.
Эти явления в естественных условиях, когда калий постоянно находится в некотором количестве в почве, выражены не очень сильно Рогалев, 1958 . 6. Бесспорно, влияние калия на процесс дыхания, однако данные, по этому вопросу противоречивы.
Имеются наблюдения, согласно которым при калийной недостаточности у растений усиливается процесс дыхания, а при увеличении содержания калия интенсивность дыхания снижается Туркова, 1950 . В противоположность этому имеются данные о снижении интенсивности дыхания в разных органов фасоли и кукурузы при отсутствии калия в питательной среде Удовенко к Урбанович, 1964 . Более вероятной представляется вторая точка зрения. Она обосновывается данными о том, что недостаток калия приводит к подавлению синтеза сахарозы и вызывает торможение, некоторых звеньев окислительных процессов гликолиза и цикла Кребса прежде всего в связи с нарушением процессов метаболизации фосфата и образования фосфатных макроэргов Выскребенцева, 1963 . Схема участия калия в реакциях гликолиза и цикла Кребса предложенная И. Выскребенцевой, имеет следующий вид. На том основании, что калий участвует в реакциях, привходящих к образованию ацетил-КоА, а значит - непосредственно связан с циклом Кребса, дано объяснение уменьшению количеств яблочной, а-кетоглутаровой и янтарной кислот в растениях при недостатке калия и дальше, логично тем отклонениям, которые имеются в этих же условиях в азотистом обмене, в частности в процессах образования аминокислот.
Нарушение дыхания непосредственно связано с нарушениями фосфорного обмена. При недостатке калия в растениях уменьшается содержание фосфора в нуклеотидах и увеличиваются стабильные, трудно гидролизуемые и бедные энергией соединения фосфора.
По-видимому, в этих условиях затрудняется процесс ресинтеза макроэргических фосфорных соединений, а главное - нарушается процесс крайне важного для энергетического обмена растений окислителъного фосфорилирования.
Есть указание на связь калия с процессами окислительного фосфорилирования в митохондриях. При недостатке калия снижается коэффициент фосфорилированмй Р О , что дает основание предполагать, что в этих условиях нарушается содержание сопряженность окисления и фосфорилирования.
Механизм подобного влияния калия пока не ясен Выскребенцева, 1963 . В отсутствии калия в растении замедляются процессы этерификации поглощенного фосфора, в связи с чем снижается содержание макроэргических нуклеотидов и тем самым ограничивается синтез других фосфорорганических соединений. 7. Калий в числе многих других катионов активирует ряд ферментов.
Уже указывалось на активацию амилазы и инвертазы.
В последние годы получены данные об активации фосфотрансацетилазы, ацетил-КоА-синтетазы совместно с Mg , NH 4 или Rb, пируватфосфокиназы, аденозинтрифосфатазы, кетогексокиназы и, возможно, других. 8. Калий тесно связан с белковым и аминокислотным обменом. При инфильтрации калия в листьях яблони наблюдалось усиление синтеза белка Сисакян и Рубин, 1939 . Такая же закономерность отмечена и в опытах с другими растениями. При недостатке калия значительно замедляется синтез белка, а аммиачный азот не включается в метаболизм, что приводит к снижению синтеза аминокислот.
В этих условиях интенсивность обновления белка также снижается. Накопление аммиака в растениях при недостатке калия так велико, что обнаруживается токсический эффект, а в некоторых случаях и гибель растений от аммиачного отравления. Глубина действия на растения недостатка калия зависит от источника азота. Особенно отрицательное действие вызывается недостатком калия в том случае, когда азот растение получает только в аммиачной форме NН4 2SO4 Турчин, 1964 . Чувствительность различных растений к калийным удобрениям неодинакова.
Особенно отзывчивы овощи, картофель, сахарная, столовая и кормовая свекла, гречиха, табак, махорка, бобовые, зерновые, чай, хлопчатник. Разностороннее влияние калия на растение, на его продуктивность и в конечном счете на урожай, а также недостаточная изученность роли этого катиона в процессах жизнедеятельности организмов делают неотложной задачу всестороннего изучения роли калия в жизни растений и связей его с другими необходимыми элементами минерального питания. 3.