Калий в обмене веществ растений

Безусловная необходимость калия для нормального роста и развития растений была установлена еще в середине прошлого столетия. Попытки заменить калий в питании растений близкими ему элементами — натрием, литием, рубидием, цезием не увенчались успехом. Ни в одном случае не удалось полностью заменить калий в питании растений каким-либо другим элементом, хотя для отдельных растений некоторые функции калия, по-видимому, могут быть осуществлены натрием (свекла) или рубидием (зеленая водоросль хлорелла в опытах Пирсона). При полном отсутствии калия в питательной среде высшие хлорофиллоносные растения или вовсе погибают, или дают крайне незначительную массу, определяемую наличием калия в исходном посевном материале. Для большинства низших, бесхлорофильных растений калий является также необходимым элементом. Лишь некоторые бактерии могут нормально развиваться в отсутствие калия. Калий, по-видимому, не является необходимым элементом также для роста и превращения веществ в дрожжевой клетке.
При калийном голодании на листьях растений появляются желтые пятна, края листьев буреют и скручиваются. Краевой некроз листьев является наиболее типичным внешним признаком калийного голодания растений. Рост растений при недостатке калия резко подавляется, сильно укорачиваются междоузлия, плохо развиваются механические элементы стебля, не происходит утолщение стенок лубяных волокон.
Из всех зольных элементов калий содержится в растениях в наибольшем количестве. Между наличием калия в семенах и содержанием в них. белковых веществ для большинства растений существует известная корреляция. Так, семена зерновых злаков содержат 12—16% белка и 0,4—0,6% K2O, а семена бобовых растений — 25—35% белка и 1,0-1,8% K2O.
Наиболее богаты калием молодые растения. Наличие калия в них обычно составляет 4—5% на сухой вес растений. В листьях таких калиелюбивых растений, как табак, подсолнечник, гречиха, содержание калия достигает 7—8% на сухое вещество.
Поступление калия в растение наиболее интенсивно происходит в первые фазы его развития. С возрастом растений процентное содержание калия в них убывает.

В корнях находится значительно меньше калия, чем в надземных органах. Так, в выколосившемся ячмене, в надземных его частях, было K2O 1,4%, а в корнях —0,33%.
По мере старения отдельных органов растений происходит отток из них калия в точки наиболее интенсивного роста. При недостатке калия в питательной среде он концентрируется преимущественно в наиболее молодых частях растений, за счет обеднения им более старых частей растения.
По данным опытов, проведенных на Долгопрудной агрохимической станции, резкие симптомы калийного голодания, сопровождающиеся краевым некрозом листьев и общим разрушением их ткани, для большинства растений появляются при падении содержания калия в листьях до величины, близкой к 1% K2O на сухой вес листьев растений. Катионы Na, Mg и Ca в известных условиях являются антагонистами по отношению к катиону калия. Избыток солей кальция, магния или натрия ослабляет калийное питание растений. Это происходит или вследствие подавления поступления калия в растение при избытке ионов-антагонистов (Na, Mg, Ca), или вследствие подавления физиологических функций калия ионами-антагонистами внутри растений. Отрицательное влияние избытка ионов-антагонистов на калийное питание растений может быть устранено повышением концентрации калия в среде. В практических условиях с явлениями антагонизма К — Ca приходится считаться главным образом при применении удобрений под кальциефобные растения (картофель, табак, лен, виноград, люпин и ряд других).
В растительной клетке калий локализован в цитоплазме, особенно много его в вакуолях. В ядре и пластидах калий отсутствует. Наиболее богаты им меристематические ткани, мезофил листа, ситовидные трубки, камбиальные клетки. В зернах злаков калий накопляется преимущественно в алейроновом слое и в зародыше. В эндосперме его очень мало. Детальными микрохимическими исследованиями установлено, что наличие калия в отдельных тканях растения совпадает с распределением белка.
Весь содержащийся в растении калий может быть полностью выщелочен водой. На этом основании принято считать, что калий находится в растении в ионной форме.
О физиологической роли калия в растении мы можем судить только по тем изменениям в ходе биохимических процессов, которые можно наблюдать при изменении условий калийного питания растений. В этом отношении наиболее обоснованными можно считать следующие положения.
Присутствие калия обеспечивает активное состояние и высокую реакционную способность синтезирующих систем в растительной клетке.
Степень набухаемости плазменных коллоидов под влиянием калия резко возрастает. В этом отношении действие калия является специфичным, так как другие зольные элементы (Ca, Mg) либо не оказывают влияния на водные свойства плазменных коллоидов, либо понижают их гидратируемость. Влияние калия на набухание коллоидов является одним из важнейших моментов в действии его на растение, определяющих нормальнее течение процесса обмена веществ в нем. Способность плазменных коллоидов удерживать влагу при недостатке калия значительно понижается. Необеспеченные калием растения при усилении транспирации теряют тургор и обнаруживают склонность к завяданию. По этим причинам симптомы калийного голодания наиболее резко сказываются в условиях, благоприятствующих повышенной транспирации (сухое лето).
Интенсивность ассимиляции растениями углекислоты при недостатке калия резко падает, хотя содержание хлорофилла при этом почти не изменяется.
При недостатке калия дальнейшее превращение моноз в более сложные формы углеводов — дисахариды и полисахариды — задерживается. Поэтому в условиях калийного голодания часто наблюдается повышенное содержание глюкозы.
Степень обеспеченности растений калием имеет особо ван нее значение для превращения моносахаридов, в частности глюкозы, в более активные, реакциеспособные формы. Наблюдавшееся многими исследователями повышенное накопление глюкозы в растениях во время калийного голодания при одновременном снижении содержания более сложных углеводов может быть объяснено незначительной активности и малой реакционной способностью обычной глюкозы в этих условиях. При достаточной степени обеспеченности растений калием реакционная способность глюкозы резко повышается, вследствие превращения ее в активную модификацию, в более лабильную γ-форму.
Условия калийного питания оказывают большое влияние на синтез белковых веществ в растении. При недостатке калия синтез белка задерживается, что сопровождается накоплением избытка небелкового азота. Синтез белка в растениях происходит со значительной затратой сахаров, используемых при этом в качестве источника энергии. При недостатке калия сахара как бы блокируются и но могут должным образом использоваться в процессе биосинтеза белка. Поэтому при недостатке калия в растениях накопляются в повышенных количествах сахара.
Калий повышает интенсивность окислительных процессов в растительных тканях, почему содержание органических кислот в растениях под влиянием калия повышается.
В условиях калийного голодания значительно повышается интенсивность протеолитического процесса, т. е. процесса распада белка, что создает особенно благоприятные условия для развития в тканях растений патогенных организмов — грибов и бактерии. Недостаточное калийное питание часто является причиной сильного поражения растений такими болезнями, как мучнистая роса (ячмень, пшеница и др.), вилт (хлопчатник) и т. п. Применение калийных удобрений в таких случаях является профилактическим мероприятием в борьбе за получение здоровых, устойчивых к болезням растений.
Нормальное калийное питание растений имеет существенное значение для качества урожая и его сохранности. Овощи и плоды удобренных калием растений значительно лучше сохраняются в лежке и при транспортировке. Калий повышает натуру зерна. При его недостатке зерно получается щуплым, с пониженной всхожестью.
Нормальное калийное питание растений повышает их холодостойкость, делает более устойчивыми к полеганию.
Калий обладает радиоактивными свойствами. Он имеет три изотопа, количество которых во всех соединениях определяется следующими соотношениями:

Радиоактивным является К40, испускающий β-лучи и при радиоактивном распаде превращающийся в Ca. Однако это превращение вследствие весьма слабой радиоактивности калия (период полураспада равен 6*3*10¹⁰ лет) остается практически незаметным. Высказывались предположения, что физиологическая роль калия в растении в значительной степени обусловлена его радиоактивностью. Однако вряд ли имеются основания придавать особое значение этому моменту, так как воздействие на растение другими радиоактивными элементами, в том числе рубидием, имеющим сходную с калием по интенсивности и качеству излучения β-лучи) радиоактивность, ни в какой степени не может заменить функции калия в растении.
Изотопный состав калия в растении, в почве и в удобрении совершенно идентичен.