69. Содержание калия в растениях и его физиологическая роль

Калий наряду с азотом и фосфором относится к главным эле­ментам питания растений. Он, безусловно, необходим всем расте­ниям, животным и микроорганизмам. Попытки заменить калий близкими к нему элементами (натрием, литием, рубидием) оказа­лись безрезультатными. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична.

Впервые предположение о необходимости калия растениям высказал Сосюр в 1804 г. на основании анализа золы растений, в которой всегда присутствовал калий. Затем Либих сделал заключе­ние о необходимости применения калийных удобрений. Первые экспериментальные данные об абсолютной необходимости калия растениям были получены Сальм-Горстмаром в 1846 г. В растениях калий находится в ионной форме. До сих пор не­известно ни одного органического соединения, в состав которого входил бы этот элемент. Калий содержится в основном в цито­плазме и вакуолях клеток; в ядрах и пластидах он отсутствует.

Калий находится:

1. Около 80 % калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой (например, дождями), особенно из старых лис­тьев. В дневное время суток, когда в растениях активно протекают все биохимические процессы, калий, сохраняя легкую подвиж­ность, все же удерживается в клетках освещенного растения. Но­чью, когда процессы фотосинтеза прекращаются, часть калия мо­жет выделяться через корни, чтобы потом, с появлением первого солнечного луча, вновь поглощаться растением.

2. Примерно 20% калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы и до 1 % его необменно-поглощается митохондриями.

Молодые органы растений содержат калия в 3—5 раз больше, чем старые: его больше в тех органах и тканях, где интенсивно идут процессы обмена веществ и деления клеток. Поэтому калий иногда называют элементом молодости. Много калия в пыльце растений. В золе пыльцы кукурузы содержится до 35,5% калия, а кальция, магния, серы и фосфора, вместе взятых, - лишь 24,7 %. Легкая подвижность калия в растениях обусловливает его реути­лизацию путем перемещения из старых листьев в молодые. Поэтому его распределение в растениях характеризуется базипетальным градиентом концентрации, то есть его содержание в листьях и частях стебля в пересчете на единицу сухого вещества возрастает снизу вверх.

Физиологические функции калия весьма разнообразны:

1. Калий стимулирует нормальное течение фотосинтеза,

2. Усиливает отток углеводов из пластинки листа в другие органы,

3. Усиливает синтез сахаров и высокомолекулярных углеводов — крахма­ла, целлюлозы, пектиновых веществ, ксиланов.

4. Калий усиливает накопление моносахаров в плодовых и овощ­ных культурах,

5. Повышает содержание сахарозы в корнеплодах, крахмала в картофеле, утолщает стенки клеток соломины злако­вых культур и повышает устойчивость хлебов к полеганию, а у льна и конопли улучшает качество волокна.

6. Способствуя накоплению углеводов в клетках растений, калий увеличивает осмотическое давление клеточного сока и тем самым повышает холодоустойчивость и морозостойкость растений.

7. Накапливаясь в хлоропластах и митохондриях, калий стабили­зирует их структуру и способствует образованию АТФ.

8. Калий уве­личивает гидрофильность коллоидов протоплазмы; при этом сни­жается транспирация. что помогает растениям лучше переносить кратковременные засухи.

9. Калий играет важную роль в синтезе и обновлении белков в ра­стениях. При его недостатке синтез белков резко снижается и од­новременно происходит распад старых белковых молекул. В рас­тениях накапливаются растворимые азотные соединения (свобод­ные аминокислоты). Улучшение калийного питания сопровожда­ется повышением удельного веса белкового азота в растениях пшеницы. Усиливается также синтез амидов (аспарагина и глютамина). Положительное влияние калия на синтез белков связано, по-видимому. во-первых, с его влиянием на накопление и транс­формацию углеводов (а последние, как известно, в процессе дыха­ния дают кетокислоты — материал для построения аминокислот) и, во-вторых, с усилением под влиянием калия деятельности фер­ментов, участвующих в синтезе белка. Калий поглошается растениями в виде катиона и. очевидно, в такой форме остается в клетке, образуя лишь слабые связи с ее веществами. В такой форме КАЛИЙ является основным мротивоио-ном для нейтрал и.ми ни Отрицательно заряженных компонентов клетки, а также создав! разность тек гриче* ких потенциалов меж­дуклеткой и средой Возможно, именно и ном проявляется спе­цифическая функция калия как незаменимою цемента питания.

10. Активизируя важнейшие биохимические процессы в метках растений, калий повышает устойчивость к различным заболеваниям как в течение вегетации, i.ik и в послеуборочный период, значительно улучшая лежность плодов и овощей.

Содержание калия в клетках растений существенно выше, чем других катионов. Внутриклеточная концентрация калия в расте­ниях по много раз (в 100—1000) превышает его концентрацию в почвенном растворе.

Критический период в потреблении калия растениями прихо­дится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления, как правило, совладает с периодом интенсивного прироста биологической массы. У одних растений поступление калия заканчивается уже к фате по того цветения (лен) или к цве­тению— началу молочной спелости (зерновые и зернобобовые). У одних растений оно более растянуто и происходит в течение всего вегетационного периода (картофель, сахарная свекла, капуста).

Среднее содержание калия в основной и побочной продукции некоторых культур приведено в таблице:

В отличие от азота и фосфора калия больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных. Например, в соломе большинства злаков калия больше почти в 2 раза, а в стеблях куку­рузы — в 5 раз, чем в зерне. Поэтому вынос К₃0 с нетоварной час­тью урожая, как правило, выше, чем с товарной (за исключением зернобобовых).

Калиелюбивые культуры – сахарная и кормовая свекла, картофель, овощи — потребляют этот элемент гораздо больше, чем зер­новые и зернобобовые культуры, лен и многолетние травы. Также много калия потребляет подсолнечник. В соотношении N : Р: К у калиефилов преобладает калий (2.5—4,5: 1 : 3,5—6), а у зерновых культур -азот (2.5-3 : 1 : 1,5-2,2).

Приведенные в таблице данные о содержании К₂0 в расте­ниях могут сильно изменяться по годам в зависимости от клима­тических условий, а также от особенностей агротехники, плодоро­дия почв и др.

Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена ве­ществ у растений:

1. Ослабляется деятельность ряда ферментов,

2. На­рушаются углеводный и белковый обмен,

3. Повышаются затраты уг­леводов на дыхание. В итоге

4. Продуктивность растений падает,

5. Ка­чество продукции снижается. У зерновых образуется щуплое зер­но, снижаются всхожесть и жизнеспособность семян. Нередко из-за ухудшения прочности соломины хлеба полегают.

6. Уменьша­ется содержание крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в кор­неплодах сахарной свеклы, пектиновых веществ в плодах и ягодах.

7. Урожайность зерновых, плодовых и овощных культур падает, сни­жается содержание витаминов в продукции. При дефиците калия возрастает поражаемость растений различными болезнями.

8. Внешне калийное голодание растений проявляется в первую очередь на листьях нижнего яруса: они преждевременно желтеют, начиная с краев; в дальнейшем края буреют, а затем отмирают и разрушаются, вследствие чего они выглядят, как обожженные. Это явление получило название «краевой ожог».

9. Дефицит калия ска­зывается и на снижении тургора, листья вянут и поникают. Чаше всего недостаток калия проявляется в период интенсивного роста растений (в середине вегетации), когда его содержание в клетках растений снижается в 3—5 раз в сравнении с нормой.

Сильнее от недостатка калия страдают калиелюбивыс куль­туры («краевой ожог»)

Чрезмерное калийное питание растений также негативно отра­жается на их росте и развитии. Проявляется оно в возникновении между жилками листьев бледных мозаичных пятен, которые со временем буреют, а затем листья опадают.

Таким образом, регулируя уровень калийного питания расте­ний, можно в значительной мере влиять на их продуктивность и качество получаемой продукции.