نقش پتاسیم در گیاه

عناصر غذایی

نقش پتاسیم در گیاه

تولید محصولات کشاورزی توسط تعدادی از عوامل بیولوژیکی و غیر زنده محدود می شود که می توانند بر مقدار و کیفیت محصول اثر منفی داشته و سبب کاهش آن شوند. پتاسیم یک ماده مغذی ضروری است که بیشتر فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی تأثیرگذار بر رشد و متابولیسم گیاه را تحت تأثیر قرار می دهد. این ماده همچنین به بقای گیاهانی که در معرض تنش های مختلف زنده و غیرزنده هستند کمک می کند.

جمعیت جهان به سرعت رشد می کند و به زودی از مرز 8 میلیارد نفر خواهد گذشت. جهت تامین غذا برای این جمعیت در حال رشد ، افزایش انبوه تولید محصولات کشاورزی مورد نیاز است تا احتیاجات غذایی نسل های آینده را فراهم کند و در عین حال منابع اکولوژیکی و وابسته به انرژی سیاره ما را حفظ کند. هرچند، تولیدات کشاورزی تحت تاثیر یک سری از عوامل زنده( پاتوژن ها، حشرات و علف های هرز) و غیر زنده ( خشکسالی ، شوری ، سرما و غرق آبی ) قرار گرفته و می تواند میزان و کیفیت تولیدات کشاورزی را بطور قابل توجهی کاهش دهد. سوای همه مواد معدنی ، پتاسیم نقشی کاملا ویژه در رشد گیاهی و متابولیسم ایفا می کند و در بقای گیاه تحت تنش های زیستی و غیر زیستی مشارکت دارد. اهمیت کودهای پتاسیم در تولید محصول و کیفیت آن شناخته شده است. در نتیجه، مصرف پتاس به طور قابل توجهی در بسیاری از مناطق جهان افزایش یافته است. یک رابطه مثبت قوی میان مصرف کودهای پتاسیم و میزان محصول شناخته شده است. پتاسیم یک ماده غذایی ضروری و فراوان ترین کاتیون در گیاه شناخته می شود. این عنصرنقش اساسی در فعال سازی آنزیم ها ، سنتز پروتئین ، فتوسنتز ، تنظیم فشار اسمزی ، انتقال انرژی ، انتقال شیره آبکش ، تعادل میان کاتیون و آنیون ها و مقاومت در برابر تنش ها دارد. در دسترس بودن پتاسیم در رشد گیاه ، آناتومی و مورفولوژی و همچنین متابولیسم گیاه نقش مثبت دارد.

پتاسیم نیز مانند ازت و فسفر جزو عناصر پرمصرف مورد نیاز گیاه مى‌باشد. مقدار پتاسیم موجود در پوسته زمین، حدود ۹/۱ تا۳/۲ درصد می باشد (مقدار پتاسیم کل در خاک‌هاى زراعى بین ۵/۰ تا ۵/۲ درصد است). این مقدار در مقایسه با سایر عناصر پر نیاز گیاه قابل توجه مى‌باشد. مقدار پتاسیم در خاک‌هاى مختلف متفاوت است، لیکن آن قسمت از کل پتاسیم موجود در خاک که قابل تبادل یا قابل استفاده گیاه باشد ناچیز است. مقدار پتاسیمى که جذب گیاه مى‌شود با مقدار ازت مورد استفاده گیاه در اکثر مواقع برابرى مى‌نماید.

گیاهان همانند ازت، نیازى فراوان به پتاسیم دارند. معمولا" مقدار متوسط مصرف پتاسیم بین ۵۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم در هکتار (معادل ۱۲۵ الى ۷۵۰ کیلوگرم در هکتار سولفات‌پتاسیم) مى‌باشد. لیکن، توزیع پتاسیم در گیاهان مشابه ازت نمى‌باشد. در بیشتر محصولات زراعى مقدار پتاسیم مصرفی توسط دانه و یا میوه به‌مراتب کمتر از مقدار مصرف توسط سایر اندام‌هاى گیاهى است که در سطح زمین باقى مى‌مانند. در غلات، بیش از ۷۰% پتاسیم برداشتى در کاه و کلش باقى مى‌ماند. بنابراین، نحوه مدیریت بقایاى گیاهى در مقدار توصیه کود پتاسیمى بسیار مؤثر است.

مقدار و منشاء پتاسیم خاک

مقدار پتاسیم موجود در خاک در قیاس با فسفر بسیار بیشتر است؛ در حالیکه فسفر پوسته زمین ۱۲/۰ درصد وزن آن است، مقدار پتاسیم پوسته ی زمین چندین برابر آن، یعنى ۳۰/۲ درصد مى‌باشد. میانگین پتاسیم موجود در خاک‌ها ۲/۱ درصد مى‌باشد. چرا که به‌دلیل تخریب و آبشویى، مقدار آن به کمتر از مقدار پتاسیم در پوسته زمین رسیده است. بدین ترتیب، هرچقدر درجه هوادیدگى خاک بیشتر باشد، میزان پتاسیم آن کمتر خواهد بود. غلظت پتاسیم در خاک‌ها متفاوت بوده و مقدار آن در لایه شخم به چند صد کیلوگرم در هکتار نیز مى‌رسد.

از نظر قابل استفاده بودن براى گیاه، پتاسیم خاک به چهار شکل در خاک وجود داردکه عبارتند از: ترکیبات ساختمانی ،پتاسیم غیر قابل تبادل ، پتاسیم قابل تعادل و پتاسیم محلول . فقط مقدار کمى از کل پتاسیم موجود در خاک بلافاصله جذب گیاه مى‌گردد و از نظر قابل استفاده بودن در گیاه پتاسیم به سه شکل کلى نسبتا" غیر قابل جذب، با قابلیت جذب آرام و با قابلت جذب سریع در خاک وجود دارد که هر سه شکل یاد شده با یکدیگر در حال تعادل مى‌باشند. آن قسمت از پتاسیمى که داراى قابلیت جذب سریع است؛ در محلول خاک وجود داشته و گیاه به راحتى از آن استفاده مى‌کند. حرکت پیوسته پتاسیم در خاک به‌دلیل جذب گیاه و عمل آبشویى، موجب مى‌گردد که تعادل ایستا به‌مفهوم واقعى هیچ‌گاه به‌دست نیاید.

پتاسیم محلول خاک

گیاه، پتاسیم مورد نیاز خود را به‌صورت K+ از محلول خاک دریافت مى‌کند. غلظت پتاسیم مورد نیاز گیاه عمدتا" به نوع گیاه و مرحله رشدی آن بستگى دارد. اثر مقدار پتاسیم موجود در محلول خاک بر عملکرد گیاهان به‌حضور سایر کاتیون‌ها، به‌ویژه کلسیم و منیزیم بستگی دارد.

تنها جزء کوچکی از پتاسیم مورد نیاز گیاه که بین ۶ تا ۱۰ درصد پتاسیم کل است، به‌طور مستقیم از طریق تماس ریشه گیاه با ذرات خاک تأمین مى‌گردد و قسمت عمده آن از پتاسیم موجود در محلول خاک به‌دست مى‌آید. انتقال پتاسیم از خاک به ریشه گیاهان یکى از مسائل مهم در تغذیه گیاهى است.

پتاسیم با نماد شیمیایی (K) یکی از ۱۷ عنصر ضروری برای رشد و تولیدمثل در گیاهان است. این عنصر مانند نیتروژن (N) و فسفر (P) جزئی از مواد مغذی‌ اصلی (ماکرو) است.

در تمامی فرآیندهایی که برای حفظ رشد و تولیدمثل گیاه انجام می‌شود، پتاسیم نقش اساسی دارد. کمبود پتاسیم در گیاه موجب کاهش مقاومت گیاه به خشکی، غرق‌آبی و دماهای بالا و پایین می‌شود. همچنین کمبود پتاسیم موجب کاهش مقاومت گیاه در مقابل آفات، عوامل بیماری‌زا و حمله نماتدها می‌شود. به‌دلیل اینکه پتاسیم سلامت کلی اندام‌های در حال رشد را بهبود می‌بخشد و از گیاه در برابر بیماری‌ها محافظت می‌کند، این عنصر به‌عنوان ماده مغذی که «کیفیت» را حفظ می‌کند شناخته می‌شود. پتاسیم، کیفیت عواملی چون اندازه، شکل، رنگ و قدرت دانه و بذر را تحت تأثیر قرار می‌دهد، همچنین این ماده کیفیت الیاف پنبه را بهبود می‌بخشد. پتاسیم موجب افزایش برداشت محصول می‌شود زیرا:

رشد ریشه را افزایش می‌دهد و تحمل در برابر خشکی را بهبود می‌بخشد.
سلولز تولید می‌کند و موجب کاهش) lodging ورس ) در گیاه می‌شود.
حداقل ۶۰ نوع آنزیم که در رشد مؤثر هستند را فعال می‌کند.
در فرآیند فتوسنتز و تولید غذا نقش دارد.
در انتقال قندها و نشاسته‌ کمک می‌کند.
موجب تولید دانه‌هایی با نشاسته زیاد می‌شود.
میزان پروتئین موجود در گیاه را افزایش می‌دهد.
آماس گیاهی را حفظ کرده، کمبود آب و پلاسیدگی گیاه را کاهش می‌دهد.
از گسترش بیماری‌ها و نماتدهای گیاهی جلوگیری می‌کند.

موجب افزایش مقاومت گیاه نسبت به تنش شوری، خشکی ، سرما و غرق آبی می شود.

پتاسیم و تعادل مواد مغذی در گیاه

برای بیشترین جذب پتاسیم از کود، باید سایر مواد مغذی در گیاه کافی باشند، بین پتاسیم و برخی از مواد مغذی ارتباطات خاصی وجود دارد. کوددهی بالای پتاسیم ممکن است باعث دسترسی کمتر گیاه به منیزیم شود. در نتیجه گیاهی که در حال رشد است با کمبود منیزیم مواجه شده و از سوی دیگر نیز منیزیم موجود در خاک هم کم می‌شود. این مشکل اغلب در محصولاتی که در خاک‌های شنی قرار دارند ظاهر می شود. در طرف مقابل، وقتی گیاه در خاکی رشد می‌کند که منیزیم فراوان دارد دچارکمبود پتاسیم خواهد شد، اگر خاک مقدار فسفر بالا و پتاسیم کم داشته باشد این مشکل بیشتر خود را نشان می‌دهد.

اشکال قابل جذب

پتاسیم بیشتر به صورت یون K⁺ از طریق ریشه، جذب گیاه می‌شود.

نقش پتاسیم در گیاه

پتاسیم یکی از عناصر ضروری برای رشد و توسعه گیاهان است. پتاسيم خاك از نظر سهل الوصول بودن برای گیاهان به چهار شكل: محلول، تبادلي، غيرتبادلي و ساختماني تقسيم مي‌شود. پتاسیم در خاک به دلیل جذب توسط گیاه، شستشو و فرسایش خاک کاهش می‌یابد ، لذا پتاسيم ساختماني در شرايط كمبود پتاسيم اهميت ويژه‎ا‎‏ي دارد.

وجود این ترکیب به عنوان عامل تنظیم کننده فتوسنتز، انتقال کربوهیدرات‌ها، سنتز پروتئین‌ها و غیره در گیاه ضروری است.

میزان مصرف پتاسیم در گیاهان بعد از ازت بیش از سایر عناصر است اما چون خاک‌ها غالبا دارای مقادیر فراوانی پتاسیم قابل استفاده هستند، بنابراین اضافه کردن کودهای پتاسه به این قبیل خاک‌ها اثری در رشد گیاهان ندارد. پتاسیم در خاک‌ها عمدتا در ساختمان کانی‌ها وجود دارد که پس از هوادیدگی به صورت یون پتاسیم آزاد گردیده و وارد محلول خاک می‌گردد. سپس یون پتاسیم جذب نقاط تبادل کاتیونی خاک گردیده و بسهولت قابل استفاده گیاه می‌باشد. در خاک‌هایی که رطوبت آنها کمتر است، در صورت عدم آبشویی، پتاسیم قابل استفاده در خاک ذخیره می‌گردد. این خاک‌ها معمولا دارای واکنش خنثی تا قلیایی بوده و نیازی به آهک دادن یا افزایش کود پتاسیم به منظور بالا بردن محصول ندارند، در حالی که در مناطق مرطوب، در اثرآبشویی، پتاسیم قابل استفاده از خاک خارج گردیده و در نتیجه برای برداشت محصول متوسط تا زیاد می‌باید به خاک کود پتاسیم اضافه نمود. در خاک‌های آلی کمبود پتاسیم شدید می‌باشد زیرا تعداد کانی‌های حاوی پتاسیم در این خاک‌ها بسیار کم است.

هنگامی‌که کمبود پتاسیم رخ می‌دهد با مکانیزم‌هایی که در محیط ریزوسفر اتفاق می‌افتد کانی‌ها ، هوادیده شده و پتاسیم خود را در اختیار گیاه قرار می‌دهند. میکروارگانیسم‌های باکتریایی آزاد کننده پتاسیم غالبا هتروتروف و هوازی بوده و سازوکارهای آن‌ها در رهاسازی پتاسیم شامل تولید و ترشح اسیدهای آلی و پروتون، ترشح پلی‌ساکاریدهای خارج سلولی، تولید لیگاندهای آلی و سیدروفورها می‌باشد.

نقش پتاسیم در گیاه را می‌توان بدین صورت خلاصه کرد:

فعال نمودن آنزیم‌های موجود در بافت‌های مریستمی
تنظیم باز و بسته شدن روزنه‌ها و روابط آبی گیاه
تأثیر بر روابط انرژی در گیاه
تأثیر در جذب ازت و ساخته شدن پروتئین‌ها
تأثیر بر ساخته شدن نشاسته
کمک به انتقال کربوهیدرات‌ها به سایر اندام‌ها
تأثیر بر رشد گیاه: کاهش آن باعث کاهش رشد شده ولی برخی اوقات علائم شاخ و برگی ظهور پیدا نمی‌کند
افزایش مقاومت گیاه به خوابیدگی و ورس مخصوصا در گندم
تأثیر بر کیفیت میوه و بهبود رنگ و افزایش قند مخصوصا در سیب
افزایش مقاومت گیاه به آفات و بیماری‌ها
تاثیر در متابولیسم ازت و سنتز پروتئین ها
انتقال قندها، آب و مواد غذایی در گیاه
تاثیر در سوخت و ساز کربوهیدرات ها و عمل فتوسنتز
افزایش کیفیت محصولات کشاورزی
بهبود انبارمانی میوه ها

چگونگی عملکرد پتاسیم در افزایش کیفیت محصول:

افزایش رشد ریشه و مقاومت در برابر کم آبی
فعال سازی بسیاری از سیستم های آنزیمی
جلوگیری از تورژسانس، کاهش هدر رفت آب و پژمردگی
کمک به فتوسنتز و تولید مواد غذایی
کاهش تنفس، جلوگیری از هدر رفت و تلفات انرژی
تشدید انتقال قند و نشاسته
تولید دانه های غنی از نشاسته
افزایش محتوی پروتئین گیاه
ساخت سلولز و کاهش تعداد غلاف
کمک در به تعویق انداختن بیماری های گیاهی

نقش پتاسیم در مقاومت در برابر تنش های زیستی

شواهد نشان می دهند که تولید محصولات کشاورزی بطور قابل توجهی توسط عوامل زیستی محدود می شوند. در بسیاری از موارد ، گیاهانی که علائم کمبود پتاسیم را نشان می داده اند، نسبت به آلودگی ها حساس تر از گیاهانی بودند که علائم کمبود را نشان نمی دادند. برای مثال، میزان آلودگی ناشی از کرم ساقه خوار برنج وقتی علائم کمبود پتاسیم وجود دارد، بیشترین است. گزارشات حاکی از آنست که افزایش کود های پتاسیم بطور قابل توجهی آلودگی ناشی از بیماری های گیاهی را کاهش داده است و همبستگی منفی میان درصد پتاسیم و فراوانی بیماری وجود دارد. کود های پتاسیم بطور گسترده ای برای کاهش آلودگی به حشرات و بیماری ها در بسیاری از میزبان های گیاهی استفاده می شوند. دانشمندان بالغ بر 2400 مرجع علمی مبنی بر آن دارند که استفاده از پتاسیم سبب کاهش بیماری های قارچی به میزان 70% ، باکتری ها ، 69% ، حشرات و کنه ها 63، و نماتد ها بمیزان %33، شده اند. در عین حال استفاده از پتاسیم در گیاهان آلوده به قارچ ها میزان محصول را ، 42% ، باکتریها 57% ، حشرات و کنه ها 36% ویروس ها، 78%، و نماتدها 19% افزایش داد.

پتاسیم در عمل بسیاری از آنزیم های گیاهی حیاتی بوده و الگوی متابولیسم را در گیاهان عالی تر تنظیم می کند. در گیاهانی که از پتاسیم کافی برخوردارند ، سنتز مولکول های دارای وزن مولکولی بالاتر نظیر پروتئین ها ، نشاسته و سلولز بطور قابل توجهی افزایش می یابد. لذا غلظت مواد با وزن مولکولی پایین تر مانند اسید های آلی ،قند های حلال ، آمینو اسید ها و آمید ها را در بافت گیاهی کاهش می دهد. این مولکول های دارای وزن کم در توسعه ی آلودگی به آفات و بیماری ها موثرند. مقدار کافی پتاسیم غلظت فنل را افزایش می دهد که نقش مهمی در مقاومت گیاهی و توسعه سیستم دفاعی ایفا می کنند.

پتاسیم و استرس خشکی

عامل مهم محدود کننده در زمین های خشک و نیمه خشک آب می باشد. در زمان استرس خشکی، رشد ریشه ها و میزان پراکنش یون های پتاسیم در خاک به سمت ریشه کاهش می یابد که دسترسی به پتاسیم را محدود می سازد. کاهش میزان غلظت پتاسیم سبب کاهش مقاومت گیاه به تنش خشکی خواهد شد. ارتباط مستقیمی میان مقاومت در برابر خشکی و میزان پتاسیم وجود دارد.

گیاهان برای سنتز پروتئین و باز و بسته کردن منافذ تنفسی که توسط پمپ های پروتون تنظیم می گردد به یون های پتاسیم احتیاج دارند. کمبود پتاسیم سبب اخلال در اعمال حیاتی فوق می شود.

علائم کمبود پتاسیم

انتقال پتاسیم در داخل گیاه بسیار بالاست به‌نحوی که قادر است از بافت‌های پیر به‌سمت بافت‌های جوان حرکت کند. در نتیجه، علائم کمبود پتاسیم در مرحله اول در برگ‌های پایینی گیاه دیده می‌شود و سپس با افزایش کمبود این ماده علائم به‌سمت قسمت‌های بالایی گیاه منتقل می شود. یکی از شایع‌ترین علائم کمبود پتاسیم در گیاه سوختگی زردرنگ (کلروز) است که در حاشیه برگ ها رخ می دهد. در حالت‌های شدیدتر، حاشیه سوخته برگ از آن جدا می‌شود. درمورد گیاهانی که برگ‌های پهن دارند، مانند سویا یا پنبه، تمامی برگ ممکن است فرو بیفتد که نتیجه آن از بین رفتن گیاه پیش از بلوغ است.

گیاهانی که با کمبود پتاسیم مواجه می‌شوند رشد کندی دارند و توسعه سیستم ریشه ضعیف است. ساقه‌ها ضعیف هستند و غلاتی مانند ذرت و دانه‌های کوچک دچار رکود در رشد می‌شوند. وقتی پتاسیم کافی نیست گیاهان چندساله‌ای مانند یونجه و چمن درمعرض سرمازدگی قرار می‌گیرند.

کمبود پتاسیم در اکثر گیاهان معمولا به صورت سوختگی برگ تظاهر می کند. به عنوان مثال نیاز ذرت به پتاسیم را می‌توان از روی زرد شدن نوک و لبه برگ‌های تحتانی گیاه تشخییص داد. تغییر رنگ مزبور مانند کمبود ازت به طرف رگبرگ اصلی گسترش نمی‌یابد، بلکه بتدریج از نوک و لبه‌های برگ به طرف بالا و داخل برگ پیشروی می‌نماید. کمبود پتاسیم در گیاه یونجه غالبا به صورت لکه‌های سفید رنگ در نزدیکی حاشیه برگ‌های قدیمی ظاهر می‌گردد. گاهی اوقات این عارضه موضعی همراه با زرد شدن لبه‌های برگ است و در مواقع دیگر نیز حاشیه برگ‌ها بدون اینکه لکه‌های مزبور تشکیل شوند به رنگ زرد در می‌آیند، لبه‌های برگ سرانجام خشک شده و به طرف زیر برگ لوله می‌شوند و غالبا فواصل بین رگبرگ‌ها آماس می‌کند و ظاهری چروکیده به برگ می‌دهد. در مورد سویا کمبود پتاسیم باعث زرد شدن حاشیه برگ‌ها می‌شود.

بطور کلی مشخصات ظاهری کمبود پتاسیم را می‌توان بدین ترتیب دسته‌بندی کرد:

گیاهان مبتلا به کمبود پتاسیم ضعیف ،کوتاه و کوچک هستند.
رشد ساقه اصلی و شاخه‌ها متوقف شده و فاصله گره‌ها کوتاه می‌شود و در صورت شدید شدن کمبود، شاخه‌ها از انتها شروع به خشک شدن می‌کنند.
در غلات تعداد خوشه‌ها کم و تعداد دانه‌ها در خوشه نیز کاهش می‌یابد.
دانه‌های تشکیل شده چروکیده و لاغر هستند و خوشه‌ها پر نمی‌شوند.
برگ‌ها به رنگ سبز تیره مایل به خاکستری درمی‌آیند و شفافیت و شادابی خود را از دست می‌دهند و علائمی مانند نوک سوختگی، لبه سوختگی و ظهور سوختگی در داخل پهنه برگ با تراکم بیشتر از حاشیه برگ را نشان می‌دهند و اگر کمبود شدید باشد در کل برگ، ابتدا در برگ‌های پیر و سپس در کل برگ‌ها ظاهر می شود.
در مرکبات میوه‌ها یا بسیار قرمز می‌شوند و یا سبز مانده و به نظر نارس می‌رسند و مزه آن‌ها ترش و جنس گوشت میوه خشبی می‌شود.
پوست کلفت، خشن، بدرنگ و کم آب می‌شود.
ایجاد لکه‌های سبز بر روی میوه که به آن لکه سبزی یا Green back می‌گویند.
ابتدا برگ های پیر صدمه می بینند
کلروز بین رگبرگ ها
بروز لکه های قهوه ای یا زرد شدن حاشیه برگ ها
سوختگی و پیچیدگی حاشیه برگ ها
کاهش رشد گیاه و توسعه ی ریشه
میوه های کوچک و کم رنگ
علائم اختصاصی کمبود در هر یک از گیاهان عبارت است از :

در سیب زمینی ، ابعاد غده کاهش یافته و مقدار محصول کم می شود. برگ ها کدر و اغلب آبی-سبز شده و کلروز بین رگبرگ ها رخ می دهد. برگ ها همچنین کوچک می شوند ، لکه های قهوه ای تیره در سطح زیرین برگ ظاهر شده و برگ ها ظاهر برنزی می یابند.

در کلمیان، برگ ها به رنگ آبی-سبز درآمده و درجاتی از کلروزیز(زردی ) را ما بین رگبرگ ها نشان می دهند. سوخته شدن امتداد لبه های خارجی برگ مشاهده می شود و برگها به دلیل رشد اندک دارای بافت بسیار سخت می شوند.

در گوچه فرنگی ، ساقه ها چوبی شده و رشد کاهش می یابد . برگ ها آبی-سبز شده و فواصل بین رگبرگ ها خاکستری رنگ می گردد. برگ ها ظاهری برنزی می یابند و لکه های زرد و نارنجی در حاشیه کناری برگ ها نمایان می شود. میوه های رسیده اغلب ظاهر ناخوشایند دارند و بعضی اوقات لکه های سبز نزدیک ساقه ها مشاهده می شود.در بسیاری از گونه ها ، گیاهان دارای کمبود پتاسیم به تنش سرما و برخی بیماری ها نسبت به گیاهانی که پتاسیم مناسب دارند حساس ترند. پتاسیم سبب افزایش مقاومت نسبت به بیماری ها می گردد. سیلیسیم هم هنگامی که پتاسیم کافی در دیواره های سلول وجود دارد ، سبب قوی شدن لایه ی اپیدرمی می شود که نقش حائل در برابر بیماری ها را ایفا می کند. پتاسیم همچنین نقش بسزایی در ضخیم شدن دیواره سلولی ایفا می کند.

در میان مواد غذایی گیاهی، پتاسیم یکی از عناصر حیاتی مورد نیاز برای رشد و فیزیولوژی گیاه است.پتاسیم نه تنها در ساختار گیاهی به کار می رود بلکه نقش تنظیمی در بسیاری از فرایند های بیوشیمیایی مرتبط با سنتز پروتئین ، متابولیسم کربوهیدرات و فعال سازی آنزیم ها دارد. پتاسیم در بسیاری از فرایند های فیزیولوژیکی وابسته به پتاسیم نظیر تنظیم منافذ تنفسی و فتوسنتز نیز نقش دارد. در دهه های اخیر ، دریافته شده که پتاسیم سبب تحمل در برابر تنش های غیر زیستی می شود. تحت تنش شوری ، یون های پتاسیم کمک به نگهداری هموستازیز یون ها و تنظیم فشار اسمزی می کنند. تحت تنش خشکی، یون های پتاسیم منافذ تنفسی را باز می کنند و کمک به نگهداری آب درون گیاه می کنند. بسیاری از تحقیقات نشان می دهد که یون های پتاسیم سبب افزایش دفاع آنتی اکسیدانتی در گیاه شده و از این رو گیاه را در برابر تنش اکسیداتیو در وقایع محیطی حفظ می کند. همچنین پیشرفت های قابل توجهی در زمینه فهم نقش یون های پتاسیم در القای مقاومت در برابر تنش های غیر زیستی در گیاه وجود دارد. ترکیب عوامل استرس زای مختلف که محصولات گیاهی را تحت تاثیر قرار می دهد ، بسیار متداول است . برای مثال ظهور خشکسالی و دمای بالا. در حالیکه در مناطق نیمه کویری ، شوری، و تنش دمای بالا در یک زمان گیاه را تحت تاثیر قرار می دهد و تنش دما و نور شدید ، خشکی و شوری ، همزمان تحت این شرایط رخ می دهد. لذا انجام عملیات زراعی ، استفاده از کود ها و اصلاح کننده های خاک یک روش قدیمی برای توسعه تولیدات گیاهی است. نقش پتاسیم در فرایندهای رشد گیاهی به خوبی شناخته شده است. پتاسیم یکی از مهم ترین عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در کنار نیتروژن و فسفر بشمار می رود. پتاسیم برای بسیاری از فرایندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مسئول رشد و توسعه ی گیاهی موثر است.پتاسیم در سنتز پروتئین ها ، متابولیسم کربوهیدرات ها و فعال سازی آنزیم ها نقش دارد. این یون در تعادل میان کاتیون ها و آنیون ها ، تنظیم فشار اسمزی ، جذب آب ، انتقال انرژی و بسیاری از فرایند های دیگر نقش دارد.

پتاسیم نقش تنظیمی مهمی در بسیاری از فرایند های فیزیولوژیکی نظیر جوانه زنی و ظهور بذر ها ، تنظیم منافذ تنفسی ، انتقال شیره آبکش ، تعادل میان کاتیون و آنیون ها ، سنتز پروتئین ، فتوسنتز ، انتقال انرژی ، تنظیم اسمزی ، فعال سازی آنزیمی ، تعادل غذایی و مقاومت در برابر تنش ها دارد.

جوانه زنی بذرها

پتاسیم نقش مهمی در جوانه زنی بذر ها از طریق جذب سریع آب ، و تسهیل فرایند های فیزیولوژیکی دارد.

رشد

از میان مواد غذایی مورد نیاز گیاه، پتاسیم یک عنصر معدنی ضروری است که نقش حیاتی در رشد و توسعه ی فرایند های گیاهی ایفا می کند. حفظ سطح پتاسیم و نسبت آن با سایر مواد مغذی ضروری گیاه(بویژه سدیم) در محیط رشد گیاه یا در سطح سلولی برای اعمال طبیعی و رشد گیاه طبیعی است. لذا مدیریت کودهای پتاسیم برای بهبود رشد گیاه مفید است.

تنظیم منافذ تنفسی

تنظیم مناسب منافذ تنفسی برای تولید بدون وقفه انرژی در طی فرآیند فتوسنتز ، خنک سازی گیاه و انتقال آب و مواد غذایی، ضروری است. در حضور یون مثبت پتاسیم ،سلولهای محافظ منافذ تنفسی با جذب آب و به دنبال آن باز شدن روزنه ها و حرکت گاز در گیاهان و محیط ، متورم می شوند. در شرایط کمبود آب ، پتاسیم از سلول های محافظ خارج می شود و اجازه می دهد منافذ محکم بسته شوند. بنابراین ، یون های پتاسیم، تبخیر و تعرق آب را از طریق منافذ در شرایط کمبود آب در محیط خاک کنترل می کند و منجر به تاخیر در بسته شدن روزنه و حتی بسته نشدن منافذ می شود. علاوه بر این اثرات ، شیب اسمزی تولید شده به دلیل تجمع پتاسیم در ریشه ها به جذب آب در سلول های ریشه کمک می کند. بنابراین ، کاهش عرضه پتاسیم در گیاه منجر به کاهش جذب آب می شود و گیاه در شرایط خشکسالی با تنش آبی روبرو نمی شود.

جذب آب

پتاسیم در تقریبا تمام فرایند های فیزیولوژیکی گیاه که نیاز به آب دارد نقش دارد. این فرایند ها شامل تنظیم منافذ تنفسی و فعال سازی آنزیم ها می باشد. علاوه بر این پتاسیم در انتقال آب و مواد معدنی به کل گیاه از طریق آوند چوبی کمک می کند. در مواردی که منبع تغذیه ای پتاسیم در سطح مطلوب خود نباشد ، انتقال ترکیبات معدنی مانند نیترات ، فسفات ، کلسیم ، منیزیم و جذب اسید های آمینه کاهش می یابد. گزارشات حاکی از آن است که غلظت پتاسیم در آوند های چوبی و هدایت هیدرولیکی گیاهان با آبیاری خوب 24 ساعت پس از استفاده از کود کلرید پتاسیم افزایش یافته است.

فتوسنتز

پتاسیم نقش اساسی را در فرآیند فتوسنتز و جابجایی و متابولیسم کربوهیدرات ها ایفا می کند که در نهایت محصول را افزایش داده و کیفیت دانه را بهبود می بخشد. تعداد و اندازه برگ در حالی که گیاه با کمبود پتاسیم مواجه است کاهش یافته و سبب کاهش مقدار فتوسنتز در واحد سطح برگ می شود. تنظیم روزنه در طی فتوسنتز یک رویداد حیاتی است که بر عملکرد فتوسنتز نظارت می کند و با مقدار پتاسیم موجود در گیاه به میزان قابل توجهی تعدیل می شود. کمبود پتاسیم منجر به کاهش هدایت روزنه ای می گردد. شواهد نشان داد که میزان ساکارز در برگ ها زمانیکه گیاه از مقدار کافی پتاسیم برخوردار باشد چندین برابر افزایش می یابد. پتاسیم نقش مهمی در فعال کردن ATP Synthase دارد که در فرایند فتوسنتز نقش دارد.

تعادل مواد غذایی

در شرایط کمبود پتاسیم ، تشکیل پروتئین با نقصان روبرو می شود حتی زمانیکه میزان نیتروژن فراوان باشد.از این رو ، نیترات ، آمینواسیدها و آمیدها در سلول تجمع می یابند. پتاسیم آنزیم نیترات رادکتاز و آنزیم سنتز نشاسته را فعال می کند و این دو آنزیم تعادلی میان تولید پروتئین و کربوهیدرات ایجاد می کنند. از این رو ، کمبود پتاسیم منجر به از بین رفتن این فرآیند ها می شود ، حتی اگر مواد مغذی دیگری نیز در دسترس باشد.

همانگونه که پیش از این ذکر شد ، پتاسیم نقشی در سیستم انتقال آوند های چوبی و آبکش دارد. در نتیجه یون های کلسیم ، منیزیم ، نیترات و فسفات همچنین هورمون های گیاهی و آنزیم ها نمی توانند انتقال یابند. استفاده از پتاسیم برون زا در مراحل مختلف رشد باعث کاهش جذب مواد غذایی مضر ، افزایش تحمل به تنش های غیرزیستی و افزایش عملکرد و خصوصیات مربوط به عملکرد می شود. آهن یک عنصر حیاتی دیگر است که رابطه سینرژستیک با پتاسیم دارد. تحت شرایط کمبود مولیبدن و پتاسیم ، جذب آهن کاهش می یابد که منجر به عقیم شدن گل های ماده و تاخیر در فاز تولید مثلی می شود.

فرایندهای تولید مثلی

پتاسیم نقش مهمی را در گل دهی و جوانه زنی دانه های گرده همچنین توسعه ی بذر ها ایفا می کند. نیترات پتاسیم نقش مهمی در جوانه زنی بذر و توسعه آن بعهده دارد. اگر میزان پتاسیم کم باشد دوره رشد رویشی طولانی تر از دوره رشد زایشی خواهد شد و در نتیجه میزان محصول کاهش می یابد. در گندم ، پتاسیم نقش مهمی در پر شدن دانه ها دارد.استفاده از پتاسیم یک راه مناسب است که بطور قابل توجهی میزان فتوسنتز را هنگام پر شدن دانه گندم افزایش می دهد و نقش قابل توجهی در افزایش تعداد دانه خواهد داشت. مقدار بالاتر پتاسیم کمک به انتقال مواد غذایی بمنظور توسعه ی دانه ها می کند.

میزان محصول

پتاسیم بیوسنتز، تبدیل و تخصیص متابولیت ها را زیاد می کند که نهایتا منجر به افزایش محصول می شود. تحقیقات بسیاری نشان داده که پتاسیم بصورت مستقیم و غیر مستقیم مسئول محصول بیشتر در گیاهان است. بررسی ها نشان داده که پتاسیم در افزایش محصول برنج موثر است.تحقیقات بیانگر آنست که پتاسیم موجب افزایش مصرف کربوهیدرات ها و شاخص سطح برگ خواهد شد که در نهایت منجر به افزایش میزان محصول خواهد شد. حتی در صورتیکه سایر عناصر موجود باشند ، بدون پتاسیم میزان محصول افزایش قابل توجهی نمی یابد. پتاسیم نه تنها در افزایش محصول موثر است بلکه کیفیت محصول را هم به طور قابل توجهی افزایش خواهد داد. بنابراین پتاسیم محصولات با ارزش تر و سود بیشتر را برای کشاورزان به ارمغان خواهد آورد.پتاسیم را بسیاری از مواقع بخاطر نقشی که در کیفیت محصولات کشاورزی دارد ، عنصر کیفیت می خوانند.تحقیقات نشان داده که درصد پروتئین در ذرت زمانی کود NPK با مقادیر متعادل استفاده می شود افزایش می یابد.زمانی که تنها کود NP استفاده شود درصد پروتئین و کیفیت دانه کاهش می یابد.

تحمل تنش های غیر زیستی

در قسمت های گذشته به نقش پتاسیم در پارامترهای فیزیولوژیکی و رشد گیاهان در شرایط طبیعی اشاره شد. مطالعات نقش پتاسیم را بعنوان یک عنصر حیاتی در تنش های غیر زیستی نشان داده است. پتاسیم عمل خود را از طریق دخالت در اعمال آنزیم ها و یکپارچگی سلول انجام می دهد.

خشکسالی

علاوه بر رشد و بارآوری، پتاسیم در حفظ و نگهداری تورم سلول ، تنظیم اسمزی و عملکرد آکواپورین در شرایط خشکسالی نقش دارد. رابطه ی نزدیکی میان مقدار پتاسیم و میزان مقاومت در برابر خشکی وجود دارد. مقدار کافی از پتاسیم می تواند ماده خشک گیاه را بهتر از غلظت کمتر پتاسیم در خاک در شرایط خشکسالی بهبود بخشد. کاربرد برون زای پتاسیم نه تنها باعث بهبود محتوای ماده خشک گیاه و اندازه سطح برگ می شود ، بلکه باعث تحریک جذب آب در هنگام مواجهه گیاهان با خشکسالی می شود. زیرا این وقایع به حفظ تعادل آب در گیاهان کمک می کند. استفاده از پتاسیم تنظیم اسمزی را بهبود می بخشد و توانایی گیاهان را برای مقاومت در برابر تنش خشکی ارتقا می دهد.

شوری

پتاسیم یک ماکرو عنصر غذایی مهم است که نقش اساسی در تنظیم اسمزی ، حفظ تورم سلول و تنظیم پتانسیل غشا ی سلولی ، هموستازیز سیتوپلاسمی ، سنتز پروتئین و فعال شدن آنزیم تحت تنش شوری دارد. تحت تنش شوری ، اثر اسمزی و سمیت یون ها رشد ریشه را محدود می کنند که خود سبب کاهش جذب مواد غذایی و جابجایی آنها خواهد شد.

دمای بالا

وقتی دما بیشتر از درجه بهینه باشد، گیاه از تنش دمای بالا رنج خواهد برد. دمای بالا بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی و متابولیسم گیاه را که وابسته به دما است را تحت تاثیر قرار می دهد.مدیریت عناصر غذایی یکی از بهترین انتخاب ها برای تحمل تنش دمای بالا است و در میان تمام عناصرغذایی ، پتاسیم نقش مهمی را در در غلبه بر تنش دمای بالا دارد. پتاسیم کمک به فعال سازی فرایندهای فیزیولوژیکی و متابولیسمی مختلف نظیر فتوسنتز، تنفس و هموستازیز عناصر غذایی دارد و پتانسیل آب بافتی را افزایش می دهد که در تحمل دمای بالا موثر است. در شرایط تنش دمای بالا ، گیاهان برای غلبه بر آسیب ناشی از تنش ، انواع مختلفی از اسمولیت را جمع می کنند. پتاسیم بعنوان یک اسمولیت عمل می کند و این به حفظ هدایت روزنه ای کمک می کند تا از آسیب آن جلوگیری کند. ( اسمولیتها در اصطلاح به موادی گفته می شوند که حرکت آب را در سلول تحت تاثیر قرارمی دهند) و نقش مهمی در تعادل فشار اسمزی داخل سلولی ایفا می کند. سلولهای بدن برای تنظیم فشار اسمزی به اسمولیتهای آلی و الکترولیتها متکی هستند. تحت شرایط تنش گرمایی ، محلول پاشی ارتو فسفات پتاسیم با جلوگیری از آسیب دیدن برگ ، به افزایش تحمل گرما در گندم کمک می کند. وقتی مقدار قابل توجهی از پتاسیم کلروپلاست از بین می رود فتوسنتز کاهش می یابد.در این وضعیت، استفاده از پتاسیم کمک به تحمل استرس گرما از طریق افزایش قابلیت فتوسنتز در گندم می کند. محلول پاشی برگی پتاسیم کمک به افزایش جابجایی و فتوسنتز علاوه بر مواد خشک می کند که این عوامل در ارتباط با مقاومت به تنش موثر و نهایتا کمک به افزایش میزان محصول می کنند. زمانی که گیاه با استرس سرما و یخبندان روبرو است ، مکانیسم تنظیم پتاسیم نظیر فتوسنتز و ادغام کربن ، متابولیسم و فعالیت شیره آبکش بسمت پایین تنظیم می شود. وقتی گیاهان با تنش سرما روبرو می شوند ، آب آپوپلاستیک خود را بخاطر سرما از دست می دهند که منجر به کم آبی می شود . ارائه مقدار مناسب پتاسیم پتانسیل اسمزی را تنظیم می کند و کم آبی ناشی از سرما را کاهش می دهد. بسیاری از آزمایشات مزرعه ای در محصولات مختلف واقعه مشابهی را نشان می دهد که نشان دهنده آنست که عرضه مقدار کافی پتاسیم خسارت ناشی از سرما را حذف می کند.

فلزات و شبه فلزات سمی

آلودگی فلزات سمی در خاک با گذشت زمان به دلیل صنعتی شدن سریع ، که مشکلات عظیمی در کشاورزی جهانی ایجاد کرده است ، به طرز چشمگیری افزایش می یابد. واضح ترین واکنش گیاهان تحت سمیت فلز / شبه فلزات ، مهار سایر مواد مغذی ضروری و تغییر تقریباً تمام فرآیندهای فیزیولوژیکی است ، از جمله اختلال در عملکردهای روزنه ای ، اختلال در عملکردهای غشا و مهار فتوسنتز ، که بر فعالیت های مختلف مانند آنزیم های کلیدی و کاهش پتانسیل آب تأثیر می گذارد. کاهش مداوم رشد و نمو گیاهان در نهایت منجر به از دست دادن عملکرد و همچنین امنیت غذایی می شود. از این رو ، اصلاح مجدد فلزات سمی در خاک یا افزایش تحمل گیاه یا مقاومت در برابر تنش برای دانشمندان گیاه شناس یک کارضروری است.از آنجاییکه پتاسیم نقش مهمی در فعال سازی بسیاری از آنزیم ها، سنتز پروتئین ، فعالیت فتوسنتز ، تنظیم اسمزی ، حرکت روزنه های تنفسی ، انتقال انرژی ، انتفال شیره آبکش ، تعادل کاتیون – آنیون و مقاومت به تنش ها دارد، این عنصر بعنوان یک محافظت کننده گیاهی در برابر اغلب تنش های غیر زیستی شامل سمیت فلزات/شبه فلزات استفاده می شود.

نور شدید

چندین مثال تأثیر شدت نور زیاد را نشان می دهد ، که باعث کلروز سریع برگ در نتیجه فتوسنتز مختل شده و آسیب های فتو اکسیداتیو می شود. هنگامی که گیاهان از میزان کافی پتاسیم برخوردار نباشند،کلروز برگ در نور زیاد افزایش می یابد . درنتیجه انتقال ساکارز از طریق شیره آبکش کاهش می یابد. بنابراین پتاسیم در مقادیر زیاد برای جذب نور بجهت استفاده در تثبیت co2 استفاده می شود. از این رو گیاهانی که با شدت نور بالا روبرو هستند ممکن است نیاز به k بیشتری داشته باشند.

مشکل غرق اب

در میان تنش های غیر زیستی ، مشکل غرق ابی بعنوان مانع مهمی در تولید محصولات محسوب می شود و تا 10% از زمین های کشاورزی را تحت تاثیر قرار می دهد. وقتی گیاه با مشکل غرق ابی مواجه می شود ، میزان اکسیژن در منطقه ی ریشه کاهش می یابد که فرایند تنفس در ریشه ها و نهایتا کاهش انرژی برای سلول ها را موجب خواهد شد. تحقیقات بسیاری اثر استفاده از کود پتاسیم را در بهبود اثرات سوء ناشی از غرقاب را نشان داده است. افزایش ارتفاع گیاه، ظرفیت فتوسنتز و مقدار کلروفیل در گیاه پنبه ای که در شرایط غرقابی بوده و بدان کود پتاسیم داده شده است مشاهده شد.در نتیجه ی استفاده از مقادیر بالاتر پتاسیم، جذب مواد غذایی هم بیشتر گشت. استعمال پتاسیم در دزبالا ، کربوهیدرات های غیر ساختمانی را افزایش می دهد و مقدار رنگدانه های مرتبط با فتوسنتز را زیاد می کند . همچنین سبب ازدیاد فعالیت آنتی اکسیداتیو و کاهش پراکسیداسیون چربی در برنج غرقابی می شود.

رابطه متقابل پتاسیم با سایر بیو مولکول ها

پتاسیم نقش بسزایی در رشد ، توسعه، میزان محصول و متابولیسم گیاه دارد. پتاسیم همچنین نقش تنظیمی متقابل با سایر مولکول های زیستی دارد. از این رو کمبود پتاسیم موجب اختلال در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی می شود. پتاسیم همچنین در عمل بسیاری از آنزیم های گیاهی موثر بوده و حداقل 60 آنزیم به پتاسیم بعنوان کوفاکتور نیاز دارند. پتاسیم با جایگاه ویژه غیر فعال آنزیم ها پیوند برقرار کرده و آنها را فعال می سازد. این آنزیم ها در بسیاری از مکانیسم های فیزیولوژیکی و متابولیتی نقش دارند.

در میان مولکول های زیستی ، کربوهیدرات ها ارتباط مهمی با یون های پتاسیم دارند. وقتی گیاهان از مقدار کافی پتاسیم برخوردار باشند، بیومولکول های زیادی را سنتز می کنند. برای مثال ، سلولز ، نشاسته، پروتئین و غیره و در نتیجه مقدار مولکول های کوچک نظیر قندهای آزاد ، آمینواسیدها، اسیدهای آلی، و آمیدها در سلول کاهش می یابد و در عین حال غلظت فنل افزایش می یابد.کربوهیدرات ها و اکثرا هگزوز در برگ بخاطر وجود مقدار کافی پتاسیم کاهش می یابد.به عبارت دیگر، کمبود پتاسیم منجر به کاهش فعالیت پیروات کیناز و افزایش اینورتاز شده که خود سبب کاهش غلظت پتاسیم در برگ ها به خاطر بازدارندگی سنتز نشاسته می گردد. پتاسیم نقش مثبت در سنتز هورمون های گیاهی دارد.وقتی غلظت پتاسیم در درون سلول کم باشد ، بیوسنتز جاسمولیک اسید و اتیلن تنظیم مثبت می شود.و سنتز اتیلن تا دو برابر افزایش یافته و سایر وظایف بیولوژیکی در ریشه و شیره چوبی کاهش می یابد که منجر به افزایش ساکارز می شود. متقابلا ، غلظت سیتوکینین در برگ و شیره چوبی کاهش می یابد ، زمانیکه گیاه مقدار کافی پتاسیم را دریافت دارد. پلی آمیدها در طیف وسیعی از تنش های محیطی نقش دارند. و این تنش ها در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی موثرند.وقتی گیاهان با تنش روبرو می شوند ، غلظت پلی آمیدها بالا می رود. پلی آمیدها عمل متقابل قابل توجه با پتاسیم در سطح سلولی داردو آنها غلظت پتاسیم در غشای پلاسمایی را در سلول های نگهبان روزنه که حرکت روزنه ها را تنظیم می کنند کنترل می نمایند.

سیگنال استرس غیر زنده القایی توسط پتاسیم
در محیط دینامیکی، مقدار k خاک ممکن است در طول دوره رشد یک محصول ثابت نماند. بطور قابل توجهی ، ریشه گیاهان به میزان در دسترس بودن یون های پتاسیم عکس العمل نشان می دهد. وقتی کمبود پتاسیم توسط ریشه حس شود ، یک سری وقایع در سطح مولکولی برای غلبه بر این وضعیت اتفاق می افتد. هورمون های گیاهی نظیر اتیلن، اکسین، سیتوکینین و جاسمولیک اسد درگیر سیگنال های ناشی از کمبود پتاسیم می شوند. پتاسیم نقش اساسی در بقای سلول گیاهی تحت شرایط فیزیولوژیکی و وضعیت تنش دارد. پتاسیم نه تنها قسمتی از ساختار شیمیایی است بلکه نقش اساسی در فعالیت های تنظیمی در فرایند های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی دارد که مرتبط با رشد و توسعه گیاهی هستند.وجود مقدار کافی یون پتاسیم نقش اساسی در بارآوری و کیفیت محصولات دارد.