مقاله آشنایی با نقش عنصر پتاسیم در گیاهان

پتاسيم، كاتيوني يك ظرفيتي با شعاع يوني آبدار  0.331 نانومتر و انرژي دي هيدراسيون 314 ژول در مول است. جذب آن بسيار انتخابي و با فعاليت‎هاي سوخت و سازي درگياه بستگي نزديك دارد. از ويژگي‎هاي بارز آن تحرك زياد در همة سطوح گياه نظير درون سلول‎ها، درون بافت‎ها و نيز جا به جايي بلند مسافت (Long distance) از طريق آوند چوبي و آبكشي است. پتاسيم فراوان‎ترين كاتيون موجود در سيتوپلاسم بوده و نمك‎هاي پتاسيم به ايجاد پتانسيل اسمزي مناسب در درون سلول‎ها و بافت‎هاي گياهان غير نمك دوست (گليكوفيت‎ها) كمكي عمده مي‎كنند.

 

جذب پتاسیم به وسیله گیاه

گياهان به طور معمول داراي تمام عناصري هستند كه در خاك و محيط ريشه وجود دارد ولي نسبت آن‎ها با آنچه در محيط ريشه يافت مي‎شود تفاوت كلي دارد. ميزان پتاسيم قابل جذب در خاك‎هاي مختلف معمولاً در حدود 0.1 ميزان كلسيم قابل جذب مي‎باشد، با اين حال مقدار پتاسيم گياه معمولاً 10 برابر كلسيم مي‎باشد و اين نشان مي‎دهد كه گياه قدرت انتخابي شديدي براي برخي عناصر مورد نياز خود دارد. جذب يون‎ها توسط ريشه گياهان از طريق دو سازوكار جذب فعال و جذب غير فعال صورت مي‎گيرد جذب پتاسيم به داخل سيتوپلاسم يا واكوئل‎هاي سلول‎هاي ريشه جذب فعال است و احتياج به انرژي دارد بين غلظت پتاسيم محلول اطراف ريشه و مقدار جذب پتاسيم بوسيله گياه رابطة مستقيم وجود دارد. غلظت پتاسيم در محلول خاك در حدود 100 ميكرومول يعني تقريباً 0.10 غلظت پتاسيمي است كه معمولاً در محلول‎هاي غذايي بكار مي‎رود. اصولاً پتاسيم محلول خاك كه در تماس با ريشه است آنقدر نيست كه بتواند نياز گياه را تأمين كند. در خيلي از خاك‎ها پتاسيم بايستي از نقاط مختلف به اطراف ريشه حركت كند تا پتاسيم مورد نيازگياه را تأمين نمايد كه در اين حالت نقش غلظت پتاسيم در محلول خاك نقشي اساسي است.

تأثير عوامل گياهي در قابليت جذب پتاسيم

عوامل مختلفي بر ميزان قابليت جذب پتاسيم توسط گياهان مؤثرند كه در يك دسته‎بندي كلي مي‎توان آن‎ها را در دو گروه قرار داد. يك گروه عوامل خاكي هستند كه بر ميزان پتاسيم تبادلي و محلول كه به طور عمده پتاسيم به آساني قابل دسترس يا پتاسيم قابل جذب گياه را تشكيل مي‎دهند، تأثير مي‎گذارند به عبارت ديگر شدت پتاسيم و مقدار آن در خاك تحت تأثير اين عوامل است. از جمله اين عوامل نوع كاني‎ها و ميزان مواد آلي در خاك، روابط پتاسيم محلول و تبادلي و همچنين نسبت فعاليت پتاسيم به كلسيم در محلول خاك، روابط پتاسيم تبادلي و غير تبادلي، تأثير يون آمونيوم، مديريت كودهاي آمونيمي و پتاسيمي در خاك و pH خاك مي‎باشد. مشخصات داخلي گياه تحت عنوان عوامل گياهي مانند مشخصات ريشه، ظرفيت تبادل كاتيوني ريشه، توسعه و شكل ريشه، دما، محيط ريشه، گونه و رقم گياهي  نيز در قابليت جذب پتاسيم خاك به وسيله گياه مؤثر مي‎باشند.

نقش پتاسيم در فيزيولوژي گياه

فعال شدن آنزيم‎ها:  گفته مي‎شود بيش از 50 نوع آنزيم در گياهان وجود دارد كه يا به طور كامل به پتاسيم وابسته‎اند و يا به وسيله آن تحريك مي‎شوند. پتاسيم و برخي كاتيون‎هاي يك ظرفيتي ديگر، با تغيير در ساختمان فضايي پروتئين آنزيم، باعث فعال شدن آن مي‎شوند.

متابولسيم مواد هيدروكربن: گياهان در ابتداي مبتلا شدن به كمبود پتاسيم معمولاً در انساج خود مقدار زيادي نشاسته و قند ذخيره مي‎كنند ولي اگر شرايط كمبود براي مدت طولاني باقي بماند ميزان هيدراتهاي كربن در گياه به مراتب كمتر از گياهان بدون كمبود خواهد شد. تجمع مواد هيدروكربن در گياه مبتلا به كمبود به آن علت است كه مواد ساخته شده نمي‎توانند براي ساخت پروتئين جديد و يا انساج جديد گياهي به كار روند.

ساختن پروتئين: پتاسيم براي ساختن پروتئين در گياهان عالي لازم است. پژوهش‎ها نشان داده است در محيط‎هاي بدون سلول، جهت ساخت پروتئين به وسيلة ريبوزوم‎هايي كه از جوانه‎هاي گندم جدا شده‎اند، وجود غلظت معادل 130 ميلي‎مولار پتاسيم و در حدود 2 ميلي‎مولار منيزيم در محيط ضرورت دارد.

فتوسنتز: پتاسيم در سطوح گوناگون بر فتوسنتز گياهان عالي اثر مي‎گذارد كه در اين فرآيند، پتاسيم به عنوان يوني است كه در جهت عكس جابه‎جايي پروتون از درون غشاء تيلاكوئيد در نور حركت مي‎كند.

تنظيم اسمز:  نظر داده‎اند كه فشار اسمزي زياد در استوانة مركزي ريشه‎ها براي جابه جايي مواد در آوند چوبي و همچنين ايجاد فشار تورژسانس و موازنة آب در گياهان ضرورت است. در اصول، سازوكارهاي مشابه‎ي در سلول‎ها و در برخي بافت‎هاي كليه گياهان مسؤول بزرگ شدن سلول و انواع حركت‎هاي گوناگون هستند.

تقسيم سلولي و رشد: رشد و نمو سريع گياه نياز به پتاسيم كافي دارد. وقتي پتاسيم خاك براي رشد و نمو گياه كافي نباشد اين عنصر از برگ‎هاي پير به برگ‎هاي جوان انتقال داده مي‎شود و از آنجا به نقاط روينده يا مريستمي مي‎رود. ميزان پتاسيم در بافت‎هاي مريستمي نسبت به ساير نقاط بيشتر است. وقتي جوانه رشد خود را انجام ميداد، پتاسيم از آن خارج و در جوانة سال بعد جمع مي‎شود. در نتيجه كمبود پتاسيم تقسيم سلولي و رشد گياه متوقف مي‎شود.

باز و بسته شدن روزنه‎ها: در بيشتر گونه‎هاي گياهي، پتاسيم نقش عمده‎اي را در تغييرات فشار تورژسانس درون سلول‎هاي روزنه به عهده دارد. افزايش غلظت پتاسيم در سلول‎هاي روزنه به جذب آب از سلول‎هاي پيرامون و به همراه آن، افزايش فشار تورژسانس سلول‎هاي روزنه و در نتيجه به باز شدن روزنه‎ها منجر مي‎شود.

افزايش مقاومت به سرمازدگي: گياهاني كه به اندازة كافي پتاسيم دريافت نكرده‎اند، اغلب به سرمازدگي حساس‎تر هستندكه اين به كمبود آب در سلول مربوط مي‎شود.

افزايش مقاومت به خشكی:  آب به عنوان يكي از اساسي‎ترين نيازهاي حياتي گياهان است به طوري كه هنگام الويت‎ بندي عوامل مؤثر بر رشد گياه، هم از نظر كميت و هم از نظر كيفيت در درجه اول اهميت قرار مي‎گيرد.

افزايش مقاومت به بيماري: پتاسيم، نه تنها از طريق افزايش فرآيندهاي سوخت و سازي و رشد گياه بر توليد محصول تأثير مي‎گذارد، بلكه در افزايش مقاومت نسبت به بعضي از بيماري‎ها در بسياري از گونه‎هاي گياهي از اهميت زيادي برخوردار است.

افزايش مقاومت به آفات:  در گياهان مبتلا به كمبود پتاسيم، فعاليت‎هاي سوخت و سازي نظير ساخت پروتئين و متابوليسم هيدروكربن‎ها دچار اختلال گرديده و در نتيجه هيدروكربن‎ها و برخي تركيبات حد واسط نظير تركيبات نیتروژنه محلول در بافت‎هاي گياهي تجمع مي‎يابد و از طرف ديگر كمبود پتاسيم ديواره سلولي را نسبت به خروج مواد فوق، نشت پذير نموده و بدين ترتيب شرايط مناسب براي حمله آفات به وجود مي‎آيد.

افزايش مقاومت به خوابيدگي غلات: يكي از بيماري‎هاي غير پارازيتي غلات را كه پتاسيم با آن رابطه‎اي مستقيم دارد مي‎توان خوابيدن غلات يا ورس دانست. وقتي گياهي از خانواده غلات در شرايط كمبود پتاسيم كشت شود، ميزان بافت اسكلرانشيم كه در واقع بافت چوبي و ستون ساقه است، در ساقه آن كم مي‎شود و سلول‎هاي ساقه داراي ديوارة نازك و نرم خواهند بود. اين تغييرات باعث مي‎شود كه مقاومت ديواره گياه مبتلا به كمبود كاهش يابد.

 

Malakouti, M. J., Shahabi, A. A., & Bazargan, K. (2016). Potassium in agriculture: The role of potassium in the production of healthy agricultural products. Missionary Publications, Tehran