نقش پتاسیم در گیاه و کشاورزی و علائم کمبود پتاسیم

---

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

 

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

 

 

 

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 آب

 

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.

 

 

 

 

کمبود پتاسیم 

 

 

 

در مراحل ابتدایی سبب تاخیر در رشد گیاه می شود که چون علامتی غیر اختصاصی است نمی توان آن را ناشی از کمبود پتاسیم دانست. با پیشرفت کمبود، اولین نشانه ها در برگ های مسن ظاهر می شوند، زیرا در چنین شرایطی پتاسیم از طریق آوند آبکش از برگ های پیر به برگ های جوان انتقال می یابد. در اغلب گیاهان علائم کلروزی و  و نکروزی در برگ های مسن تر به شکل نوارهای کوچکی در طول حاشیه برگ ها مشاهده می شود، که از نوک برگ شروع شده و در امتداد حاشیه برگ به سمت قاعده گسترش می یابد. این نوع علائم مختص گونه های تک لپه ای است. غلظت پتاسیم در حاشیه برگ ها کمتر است و به همین دلیل، این بخش شادابی خود را از دست داده و برگ ها ضعیف و پژمرده به نظر می رسند. این حالت به ویژه در هنگام کمبود آب به وضوح قابل مشاهده است. در مراحل پیشرفت کمبود پتاسیم، کلروپلاست و میتوکندری متلاشی می شوند. میزان انرژی موجود در گیاهان مبتلا به کمبود پتاسیم، پایین است. زیرا همانطور که اشاره شد، پتاسیم برای انتقال موثر انرژی در کلروپلاست و میتوکندری ضروری می باشد. ساخته شدن بسیاری از ترکیبات گیاهی نظیر قند، نشاسته، چربی ها و آسکوربات و همچنین تشکیل بشره برگ، بستگی به انتقال موثر انرژی دارد. در شرایط کمبود پتاسیم بشره برگ به طور کامل تشکیل نمی شود.  محافظت از گیاه در برابر از دست دادن آب و آلوده شدن توسط قارچ ها، به عهده بشره است و تشکیل ناقص آن یکی از دلایلی است که باعث می شود گیاهان دچار کمبود پتاسیم، نیاز آبی بالا و کارآیی مصرف آب پایینی داشته باشند. کمبود شدید پتاسیم منجر به ساخته شدن آمین های سمی نظیر پوترسین و آگماتین خواهد شد که ماده اولیه لازم برای ساخت این آمین ها نیز اسید آمینه آرژی نین است.  pH اسیدی سیتوسول موجب تحریک و القای ساخت مواد مذکور می گردد. احتمالا دلیل این Ph پایین آن است که H⁺-ATPase غشاء پلاسمایی که برای فعالیت کامل خود نیاز به یون پتاسیم دارد، در شرایط کمبود این عنصر، قادر نیست یون هیدروژن را به میزان کافی به خارج سلول پمپ کند. ترتیب واکنش های فوق به صورت زیر می باشد:

 

آرژی نین گروه کربوکسیل خود را از دست داده و تبدیل به آگماتین می شود.

 

آگماتین گروه آمینی خود را از دست داده و تبدیل به کاربامیل پوترسین می شود.

 

کاربامین پوترسین هیدرولیز شده و تبدیل به پوترسین

 

 مشخصات ظاهری کمبود پتاسیم 

 

 

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 یاGreen 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

 

کمبود پتاسیم در برخی از گیاهان

 

شبدر سفید

 

نقطه های سفید و نکروزی در ناحیه بین رگبرگ ها در برگ های بالغ ظاهر شده و در اغلب موارد، این بخش از برگ به سمت بالا انحنا پیدا می کند. چنین علائمی بر اثر انقباض و مرگ سلول ها که ناشی از عدم تورم کافی است، ایجاد می شود. رشد و تمایز بافت چوبی و آبکش بیشتر از رشد پوست دچار اختلال می شود. بنابراین پایداری و کشسانی ساقه ها کاهش یافته و به همین دلیل گیاه بیشتر مستعد خوابیدگی می شود.

 

 چغندرقند

 

در چغندر مبتلا به کمبود پتاسیم، که طبیعتا علائم کمبود این عنصر را نشان می دهد، کارایی مصرف آب 5/5 است. در گیاهانی که وضعیت تامین پتاسیم در آن ها بهتر شده اما به حد بهینه نمی رسد، و علائم کمبود را نیز نشان نمی دهند، کارایی مصرف آب به 1/13 رسیده و در گیاهان بدون کمبود پتاسیم این عدد به 4/15 افزایش پیدا می کند. نتایج مشابهی برای گندم پرورش یافته در محلول کشت، به دست آمده است. اثر مطلوب پتاسیم بر کاهش آلودگی قارچی نیز توسط پژوهشگران متعددی مشاهده شده است. اثر پتاسیم بر صرفه جویی مصرف آب، ارتباط بوم شناختی بسیار زیادی با تاثیر حفاظتی این عنصر در برابر آلودگی قارچی دارد.

 

 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.

 

 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.

 

گوجه 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 میوه گوجه فرنگی دچار کمبود پتاسیم، بلوغ مختل شدهو بافت پیرامون دم میوه، سبز و سفت باقی می ماند. این عارضه که پشت سبز نامیده می شود، تاثیر منفی شدیدی بر گوجه فرنگی به جای می گذارد.

 

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.